充電樁從電源隔離到溫度監(jiān)測(cè)的一體化方案設(shè)計(jì)

摘要：在全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的大背景下，電動(dòng)汽車近年來(lái)行業(yè)增長(zhǎng)迅速，充電樁也迎來(lái)了快速發(fā)展階段。本文將提供一種充電樁從電源隔離到溫度監(jiān)測(cè)的一體化設(shè)計(jì)方案，有效提高充電樁的抗干擾能力、穩(wěn)定性和安全性。

充電樁的介紹及使用場(chǎng)景

充電樁是用于電動(dòng)汽車的充電設(shè)備，相當(dāng)于汽車的加油機(jī)，從充電方式上可分為直流充電樁和交流充電樁，從使用環(huán)境上可分為室外充電樁和室內(nèi)充電樁。充電樁通常由一個(gè)主控系統(tǒng)和多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)一般包括電源供電系統(tǒng)、充電槍、電表、顯示屏、讀卡模塊、溫度檢測(cè)系統(tǒng)等，子系統(tǒng)與主控系統(tǒng)之間由CAN、RS485等隔離器件連接通信。

圖1 充電樁受到外界干擾示例

一般來(lái)說(shuō)，交流充電樁（慢充）是通過車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車提供電能，充電速度較慢，電流電壓較小；直流充電樁（快充）則可以直接為電動(dòng)汽車的蓄電池提供直流電能，充電速度快，電流電壓較大。不論是直流樁還是交流樁，充電樁內(nèi)部的CAN、RS485、RS232的通信距離都不會(huì)很長(zhǎng)，所以節(jié)點(diǎn)數(shù)并不多，一般的隔離通信器件都能滿足波特率、節(jié)點(diǎn)數(shù)量的需求。但是充電樁本身是一個(gè)強(qiáng)弱電結(jié)合的電子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)之間還會(huì)相互串?dāng)_和存在共模噪聲影響，并且充電樁常常置于室外工作，易受雷擊、浪涌等外界環(huán)境影響。所以選擇具備更好EMC防護(hù)、可靠性更高的隔離通信方案尤為重要。

圖2 過溫引起火災(zāi)險(xiǎn)情（圖片源自網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

另外，充電樁的使用環(huán)境也相對(duì)較嚴(yán)格，室外充電樁受自然環(huán)境影響更容易出現(xiàn)線路老化、漏電、短路等問題；室內(nèi)充電樁大多位于地下車庫(kù)內(nèi)，空間狹小，車輛密集，容發(fā)生火災(zāi)事故。所以對(duì)充電樁的過溫故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)防火災(zāi)險(xiǎn)情是充電樁必不可少的一項(xiàng)功能。

針對(duì)上述情況，我司提供了一種從電源隔離到溫度監(jiān)測(cè)一體化的設(shè)計(jì)方案，可以有效地解決充電樁的電磁干擾、高溫?zé)龘p等問題，提高了充電樁的抗干擾能力、穩(wěn)定性和安全性。

方案設(shè)計(jì)

圖3 充電樁整體方案框圖

該方案使用了致遠(yuǎn)電子的A6G2C系列Cortex-A7核心板、CTM系列CAN隔離、RSM系列RS485、RS232隔離、ZAM系列PT1000測(cè)溫，可以完全滿足上述要求。高隔離耐壓性能、高精度溫度采集、小體積模塊與核心板一體化設(shè)計(jì)，幫助用戶輕松快速實(shí)現(xiàn)功能，同時(shí)滿足復(fù)雜的電磁環(huán)境、寬泛的工作溫度范圍，有效保障充電環(huán)境的安全與穩(wěn)定。方案使用模塊及性能優(yōu)點(diǎn)如下：

A6G2C系列 無(wú)線IoT核心板

A6G2C-W256LI核心板可作為充電樁的主控板，板載高性能應(yīng)用處理器，并集成Wi-Fi、zigbee、LoRa或NFC無(wú)線功能，搭載Linux或AWorks IoT操作系統(tǒng)。核心板上自帶Wi-Fi、藍(lán)牙模塊，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程收發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)充電樁的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、升級(jí)，及時(shí)了解充電樁的全面情況。

A6G2C-W256LI產(chǎn)品特性：

l 內(nèi)核Cortex-A7；

l 主頻528MHz；

l 內(nèi)存256M；

l 低功耗、高性能；

l Linux或AWorks IoT操作系統(tǒng)；

l 工作環(huán)境溫度-30℃~+85℃。

10W隔主寬電壓輸入電源模塊

E_UHBDD-10W電源隔離模塊，用于主控板的隔離電源供電，可以提供優(yōu)異的EMS性能。

E_UHBDD-10W產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓1500VDC；

l 輸入電壓范圍9V~75V；

l 效率高達(dá)87%；

l 可持續(xù)短路，自恢復(fù)；

l 輸出過壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃。

CTM1051AMG隔離模塊

CTM1051AMG隔離模塊，用于充電槍和主控板之間的CAN總線隔離通信，可以有效防止充電槍與汽車的連接與斷開時(shí)產(chǎn)生的ESD、瞬態(tài)的電壓變化、電火花等干擾，提供可靠的總線防護(hù)功能。

CTM1051AMG產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 支持CAN FD，最高速率5Mbps；

l 單網(wǎng)絡(luò)最多可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)；

l 超小體積，僅為一般產(chǎn)品的40%；

l 具備極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+105℃。

RSM485M隔離模塊

RSM485M隔離模塊，用于電表、絕緣檢測(cè)模塊與主控板之間的隔離通信，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電量的統(tǒng)計(jì)與計(jì)費(fèi)，漏電檢測(cè)。

RSM485M產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 超小體積；

l 最多可連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)；

l 電磁輻射EME極低；

l 電磁干擾EMS極高；

l 集成電源隔離和信號(hào)隔離；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+105℃。

RSM232D隔離模塊

RSM232D隔離模塊，用于顯示系統(tǒng)、讀卡模塊與主控板之間的隔離通信，完成身份識(shí)別、扣費(fèi)等功能。

RSM232D產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 3.15V~5.25V 超寬壓輸入電源供電；

l 電磁輻射EME極低；

l 電磁干擾EMS極高；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃。

ZAM6222系列雙通道熱電阻溫度測(cè)量模塊

ZAM6222B測(cè)溫模塊，用于充電槍接頭的溫度監(jiān)測(cè)。充電接頭是充電樁與電動(dòng)汽車的充電連接點(diǎn)，易發(fā)生過溫現(xiàn)象。ZAM6222B監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的溫度，配合主控系統(tǒng)及電子鎖模塊，可以預(yù)防充電過程中過壓、短路、漏電等故障引起充電槍的高溫?fù)p壞，同時(shí)也可以作為充電樁內(nèi)部的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)模塊，起到火災(zāi)預(yù)警作用。

l ZAM6222B產(chǎn)品特性：

l 兩通道PT1000熱電阻測(cè)量；

l -100℃~300℃測(cè)溫范圍；

l 0.02%±0.1℃測(cè)溫誤差（三線制）；

l 0.1%±0.2℃測(cè)溫誤差（二線制）；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃；

l 斷線檢測(cè)功能。