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        CANRS485隔離收發模塊在直流充電樁上的應用

          充電樁是電動汽車的電站,其功能類似于加油站里面的加油機。根據對電動汽車的充電方式,充電樁可分為交流充電樁和直流充電樁兩大類。交流充電樁主要安裝在停車場,造價低廉,適合家用,給普通純電動轎車充滿電需要4-5個小時,俗稱“慢充”。目前小型車多采用交流充電樁充電。直流充電樁主要安裝在大型充電站內,以三相四線制的方式連接電網,能夠提供充足的電力,輸出的電壓和電流調整范圍大,俗稱“快充”。電動大巴車主要通過直流充電樁充電。

          傳導式直流充電樁通過接口與電動汽車相連,人們在充電樁上的人機交互界面處刷卡和進行相應的操作后,即可給電動汽車充電。同時,在充電樁顯示屏上能夠顯示電量、費用、充電時間等數據。這里就需要用到通信協議。直流充電樁主要涉及三類通信:直流充電樁與電動汽車通信、直流充電樁內部設備的通信、直流充電樁與周圍其他設備(如控制中心)之間的通信。

          

          


          直流充電樁與電動汽車之間通信

          充電時,直流充電樁需要與電動汽車進行信息互換,讓充電樁識別插頭連接狀態,如是否可靠連接、是否漏電等,用于確定是否可以開始充電或斷電。GB/T 20234.3-2015對直流充電樁與電動汽車的通信方式及接口進行了規范,二者之間通過CAN協議進行通信,因此每一個直流充電插頭都必須包含CAN接口,一樁多充的充電樁則會有多個CAN接口。如圖2所示。

          直流充電樁內部功能單元之間通信

          在充電樁內部,多個控制單元之間也需要進行數據交換,如多功能智能電表檢測充電電量等。一般智能電表自帶RS485接口,可以通過RS485這種通信方式將電量數據發送給計費控制單元,計費控制單元可實現核對用戶信息、計量、扣費、打印賬單等功能。另外,主控制單元一般通過CAN通信通知充電機開始或結束充電。如圖2所示。

          直流充電樁與周圍其他設備之間的通信

          電動汽車充電樁屬于配網側,其通信方式往往和配網自動化儀器綜合考慮。例如為一個充電站配備一定數量的充電樁時,充電站、充電樁及其他電網設備、管理設備之間需要交換數據來達到配網自動化管理。主流的通信方式由WIFI、GPRS、CAN總線、RS485總線、工業以太網等組成網絡來實現,由于這幾種方式在不同網絡規模、網絡特性的應用中各有優劣,目前行業內也未形成統一的標準,為了保持充電樁接入網絡的靈活性,常見的做法是在控制板上預留幾種主流的通信接口,以適應不同通信網絡要求。如圖2所示,主板預留了以太網、CAN總線和RS485總線的接口。

          

          


          直流充電樁中通信接口模塊選型要點

          除了充電站網絡布局之外,對于CAN隔離收發器和RS485隔離收發器,充電樁并不過分要求通信接口模塊的節點數、通信速率等基礎功能,但不可忽視以下幾個方面的性能:

          電磁敏感性:直流充電樁周圍存在的大功率開關元件產生大量電磁干擾,通信模塊要能夠有效抵御惡劣的電磁環境。

          總線防護:直流充電樁與電動汽車通過CAN總線進行通信時,還需考慮總線防護,因為充電接口會不斷地與不同的汽車連接、斷開,這個過程中CAN總線極有可能產生瞬態電壓、ESD,若無防護,CAN通信接口極易損壞。

          環境溫度:直流充電樁工作于室外,環境溫度一般為-20℃~+50℃;部分散熱不良處溫度可能達到75℃以上。因此,通信接口模塊要能適應嚴苛的工作溫度。

          故障率:通信接口模塊直接關系到直流充電樁充電功能,故要求通信接口模塊故障率極低,同時一旦接口模塊損壞,可以及時方便地進行維修。

          金升陽兩款隔離通信接口模塊TD501DCANH3和TD501D485H滿足以上要求。它們集成了收發芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體,可以幫助工程師簡化設計,節省成本。金升陽CAN和485隔離收發器具有隔離共模干擾功能,能夠適應直流充電樁惡劣的電磁環境。尤其CAN隔離收發模塊,裸機可承受±4KV ESD,故障導致的總線電壓高達±58V時,模塊仍不損壞。另外,CAN隔離收發模塊工作溫度為-40℃~+105℃,RS485隔離收發模塊工作溫度為-40℃~+85℃,滿足直流充電樁嚴苛的工作環境溫度。

          

        總結

          直流充電樁應用中的通信接口設計,主要考慮其抗干擾能力,因此推薦使用隔離收發模塊。金升陽CAN/RS485隔離收發模塊可以切斷共模干擾的傳輸路徑,達到提升信號的共模抑制比,將控制器與外界干擾隔離開來,保證其正常工作。金升陽把收發芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源集成在一個小體積中的模塊中,既省去了用戶購買或設計電源的麻煩,也有利于節約控制板的PCB面積,讓用戶站在更高視角,輕松設計充電樁控制板。

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