RA6M1在電動(dòng)汽車交流充電樁的應(yīng)用

交流充電樁俗稱“慢充”，交流單相充電樁（一般最大額定功率為7kW），充電樁一般與交流電網(wǎng)（市電）連接。交流充電樁主要適用于為小型純電動(dòng)汽車或可插電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車充電，為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)提供交流電源的供電裝置，相當(dāng)于只是起了一個(gè)控制電源的作用。

本文介紹了RA6M1單片機(jī)在電動(dòng)汽車交流充電樁的應(yīng)用及快速開發(fā)過程

電動(dòng)汽車交流充電樁

交流充電樁俗稱“慢充”，交流單相充電樁（一般最大額定功率為7kW），充電樁一般與交流電網(wǎng)（市電）連接。交流充電樁主要適用于為小型純電動(dòng)汽車或可插電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車充電，為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)提供交流電源的供電裝置，相當(dāng)于只是起了一個(gè)控制電源的作用。

根據(jù)不同車輛電池容量，車輛充滿電的時(shí)間一般需要3至8個(gè)小時(shí)。根據(jù)交流充電樁系統(tǒng)實(shí)際需求，一般會(huì)搭配兩顆ARM Cortex M4內(nèi)核以上的MCU，其中一顆為主要核心MCU，用于整樁控制，包含充電控制、電能計(jì)量、計(jì)費(fèi)單元控制和通信傳輸；另一顆MCU用于在無網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)使用，可搭配射頻卡或Wi-Fi使用，一般應(yīng)用于個(gè)體使用或企業(yè)內(nèi)部使用。

整體交流充電樁使用的外設(shè)及資源包含：GPIO、ADC、PWM、IIC、UART和USB等資源。Renesas RA6M1 MCU，性能非常適合本設(shè)計(jì)的要求。

RA6M1

●   100Pin的QFP封裝

●   ARM Cortex M4內(nèi)核的MCU帶有DSP等功能

●   豐富的GPIO和外設(shè)資源；

●   120MZH的主頻

●   帶有512kB Flash和256kB SRAM，可以減少片外FLASH的需求，可以將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部Data Flash中。

交流充電樁的設(shè)計(jì)框圖如圖1及部分硬件原理圖如圖2所示：

圖1  交流充電樁原理圖

模塊功能介紹

●   GPIO和光耦控制繼電器的開合

●   PWM監(jiān)測汽車的CP信號(hào)

●   ADC采集高壓信號(hào)

●   UART用于射頻非接卡和LCD等通訊

●   溫濕度監(jiān)測和4G模組

●   Data Flash 使用

●   PWM監(jiān)測電動(dòng)汽車的CP信號(hào)模塊介紹

交流充電樁的CP信號(hào)是用于監(jiān)控電動(dòng)汽車和充電樁交互的功能的信號(hào)，它是由MCU發(fā)出的PWM信號(hào)。CP信號(hào)的幅值范圍是±12V，PWM信號(hào)的占空比表示當(dāng)前充電樁為電動(dòng)汽車提供的最大充電電流數(shù)據(jù)，當(dāng)PWM為1kHz，53%占空比的時(shí)候，可以為電動(dòng)汽車提供32A的充電電流。

●   UART用于射頻非接卡和LCD等通訊模塊介紹

LCD選用迪文的觸摸液晶屏，主要用于人機(jī)界面顯示和急停按鈕反饋，LCD屏幕輸出充電樁當(dāng)前的信息，包含輸出電壓、電流、充電量和費(fèi)用清單等。

射頻非接卡是預(yù)留的交互接口，為交流充電樁可配置選型，當(dāng)交流充電樁的終端用戶為個(gè)體或企業(yè)內(nèi)部使用時(shí)候，無需計(jì)費(fèi)單元和聯(lián)網(wǎng)功能，可使用射頻非接卡可以進(jìn)行自助充電，完全可以脫離網(wǎng)絡(luò)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。

●   GPIO和光耦控制繼電器的開合

由于整個(gè)系統(tǒng)采用交流220V供電，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性GPIO的輸出控制全部帶有光耦，同時(shí)使用MOS和繼電器控制電源的通斷。

●   溫濕度監(jiān)測和4G模組

板級(jí)溫濕度監(jiān)測, 主要用于監(jiān)測PCB的板載溫度，由于整板采用交流220V電源供電，同時(shí)后續(xù)電路有多顆LDO，使用溫濕度傳感器監(jiān)測整板溫度異常和安裝環(huán)境的濕度異常，當(dāng)發(fā)生異常后MCU將關(guān)閉充電功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

●   Data Flash

Data Flash主要用于記錄在斷網(wǎng)狀態(tài)下充電樁的結(jié)算數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)記錄，保證客戶在使用過程中即便發(fā)生無網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)客戶的充電數(shù)據(jù)信息都可以記錄。

圖2  交流充電樁部分原理圖

在硬件設(shè)計(jì)完成后，開始進(jìn)行軟件程序編寫，Renesas IDE是e2 studio，調(diào)試器是E2-lite，官方文檔很詳細(xì)，基本上熟悉一天的話，底層的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用就可以上手了，同時(shí)Renesas給出了很多例程都可以快速的導(dǎo)入到IDE里面，在新建工程時(shí)建議將編譯工具鏈選擇最新版本，不僅編譯速度快而且電腦不卡。在不到60天的時(shí)間內(nèi)，我完成了樣機(jī)的Demo調(diào)試，性能完全滿足要求。

在使用過Renesas的MCU后，感覺Renesas基于ARM Cortex M內(nèi)核的MCU在功能和IDE方面非常好用，無論在硬件軟件上Renesas MCU都是值得選擇的單片機(jī)，從此開始了我的Renesas MCU開發(fā)之路。