充電樁從電源隔離到溫度監(jiān)測的一體化方案設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
摘要：在全球能源危機和環(huán)境危機的大背景下，電動汽車近年來行業(yè)增長迅速，充電樁也迎來了快速發(fā)展階段。本文將提供一種充電樁從電源隔離到溫度監(jiān)測的一體化設(shè)計方案，有效提高充電樁的抗干擾能力、穩(wěn)定性和安全性。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202307/449110.htm
充電樁的介紹及使用場景
充電樁是用于電動汽車的充電設(shè)備，相當于汽車的加油機，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。充電樁通常由一個主控系統(tǒng)和多個子系統(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
一般來說，交流充電樁（慢充）是通過車載充電機為電動汽車提供電能，充電速度較慢，電流電壓較??；直流充電樁（快充）則可以直接為電動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的通信距離都不會很長，所以節(jié)點數(shù)并不多，一般的隔離通信器件都能滿足波特率、節(jié)點數(shù)量的需求。但是充電樁本身是一個強弱電結(jié)合的電子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)之間還會相互串擾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、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)境也相對較嚴格，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內(nèi)，空間狹小，車輛密集，容發(fā)生火災(zāi)事故。所以對充電樁的過溫故障實時監(jiān)測、預(yù)防火災(zāi)險情是充電樁必不可少的一項功能。
針對上述情況，我司提供了一種從電源隔離到溫度監(jiān)測一體化的設(shè)計方案，可以有效地解決充電樁的電磁干擾、高溫燒損等問題，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
圖3 充電樁整體方案框圖
該方案使用了致遠電子的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，幫助用戶輕松快速實現(xiàn)功能，同時滿足復(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)點如下：
A6G2C系列 無線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無線功能，搭載Linux或AWorks IoT操作系統(tǒng)。核心板上自帶Wi-Fi、藍牙模塊，可以實時遠程收發(fā)數(shù)據(jù)，對充電樁的系統(tǒng)進行監(jiān)控、升級，及時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87%；
l 可持續(xù)短路，自恢復(fù)；
l 輸出過壓保護、輸出過流保護；
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個節(jié)點；
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、絕緣檢測模塊與主控板之間的隔離通信，實現(xiàn)穩(wěn)定電量的統(tǒng)計與計費，漏電檢測。
RSM485M產(chǎn)品特性：
l 隔離電壓2500VDC；
l 超小體積；
l 最多可連接64個節(jié)點；
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，完成身份識別、扣費等功能。
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量模塊
ZAM6222B測溫模塊，用于充電槍接頭的溫度監(jiān)測。充電接頭是充電樁與電動汽車的充電連接點，易發(fā)生過溫現(xiàn)象。ZAM6222B監(jiān)測該點的溫度，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損壞，同時也可以作為充電樁內(nèi)部的實時溫度監(jiān)測模塊，起到火災(zāi)預(yù)警作用。
l ZAM6222B產(chǎn)品特性：
l 兩通道PT1000熱電阻測量；
l -100℃~300℃測溫范圍；
l 0.02%±0.1℃測溫誤差（三線制）；
l 0.1%±0.2℃測溫誤差（二線制）；
l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃；
l 斷線檢測功能。
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