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CAN/RS485隔离收发模块在直流充电桩上的应用

2016-04-26 10:33 来源:电源网 作者:Bamboo

充电桩是电动汽车的电站,其功能类似于加油站里面的加油机。根据对电动汽车的充电方式,充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两大类。交流充电桩主要安装在停车场,造价低廉,适合家用,给普通纯电动轿车充满电需要4-5个小时,俗称“慢充”。目前小型车多采用交流充电桩充电。直流充电桩主要安装在大型充电站内,以三相四线制的方式连接电网,能够提供充足的电力,输出的电压和电流调整范围大,俗称“快充”。电动大巴车主要通过直流充电桩充电。

传导式直流充电桩通过接口与电动汽车相连,人们在充电桩上的人机交互界面处刷卡和进行相应的操作后,即可给电动汽车充电。同时,在充电桩显示屏上能够显示电量、费用、充电时间等数据。这里就需要用到通信协议。直流充电桩主要涉及三类通信:直流充电桩与电动汽车通信、直流充电桩内部设备的通信、直流充电桩与周围其他设备(如控制中心)之间的通信。

直流充电桩和电动汽车
图一 直流充电桩和电动汽车

直流充电桩与电动汽车之间通信

充电时,直流充电桩需要与电动汽车进行信息互换,让充电桩识别插头连接状态,如是否可靠连接、是否漏电等,用于确定是否可以开始充电或断电。GB/T20234.3-2015对直流充电桩与电动汽车的通信方式及接口进行了规范,二者之间通过CAN协议进行通信,因此每一个直流充电插头都必须包含CAN接口,一桩多充的充电桩则会有多个CAN接口。如图2所示。

直流充电桩内部功能单元之间通信

在充电桩内部,多个控制单元之间也需要进行数据交换,如多功能智能电表检测充电电量等。一般智能电表自带RS485接口,可以通过RS485这种通信方式将电量数据发送给计费控制单元,计费控制单元可实现核对用户信息、计量、扣费、打印账单等功能。另外,主控制单元一般通过CAN通信通知充电机开始或结束充电。如图2所示。

直流充电桩与周围其他设备之间的通信

电动汽车充电桩属于配网侧,其通信方式往往和配网自动化仪器综合考虑。例如为一个充电站配备一定数量的充电桩时,充电站、充电桩及其他电网设备、管理设备之间需要交换数据来达到配网自动化管理。主流的通信方式由WIFI、GPRS、CAN总线、RS485总线、工业以太网等组成网络来实现,由于这几种方式在不同网络规模、网络特性的应用中各有优劣,目前行业内也未形成统一的标准,为了保持充电桩接入网络的灵活性,常见的做法是在控制板上预留几种主流的通信接口,以适应不同通信网络要求。如图2所示,主板预留了以太网、CAN总线和RS485总线的接口。

直流充电桩控制电路通信方案
图二 直流充电桩控制电路通信方案

直流充电桩中通信接口模块选型要点

除了充电站网络布局之外,对于CAN隔离收发器和RS485隔离收发器,充电桩并不过分要求通信接口模块的节点数、通信速率等基础功能,但不可忽视以下几个方面的性能:

电磁敏感性:直流充电桩周围存在的大功率开关元件产生大量电磁干扰,通信模块要能够有效抵御恶劣的电磁环境。

总线防护:直流充电桩与电动汽车通过CAN总线进行通信时,还需考虑总线防护,因为充电接口会不断地与不同的汽车连接、断开,这个过程中CAN总线极有可能产生瞬态电压、ESD,若无防护,CAN通信接口极易损坏。

环境温度:直流充电桩工作于室外,环境温度一般为-20℃~+50℃;部分散热不良处温度可能达到75℃以上。因此,通信接口模块要能适应严苛的工作温度。

故障率:通信接口模块直接关系到直流充电桩充电功能,故要求通信接口模块故障率极低,同时一旦接口模块损坏,可以及时方便地进行维修。

金升阳两款隔离通信接口模块TD501DCANH3和TD501D485H满足以上要求。它们集成了收发芯片、隔离芯片及DC/DC隔离电源于一体,可以帮助工程师简化设计,节省成本。金升阳CAN和485隔离收发器具有隔离共模干扰功能,能够适应直流充电桩恶劣的电磁环境。尤其CAN隔离收发模块,裸机可承受±4KV ESD,故障导致的总线电压高达±58V时,模块仍不损坏。另外,CAN隔离收发模块工作温度为-40℃~+105℃,RS485隔离收发模块工作温度为-40℃~+85℃,满足直流充电桩严苛的工作环境温度。

CAN隔离收发模块TD501DCANH3
图三 CAN隔离收发模块TD501DCANH3

RS485隔离收发模块TD501D485H
图四 RS485隔离收发模块TD501D485H

总结

直流充电桩应用中的通信接口设计,主要考虑其抗干扰能力,因此推荐使用隔离收发模块。金升阳CAN/RS485隔离收发模块可以切断共模干扰的传输路径,达到提升信号的共模抑制比,将控制器与外界干扰隔离开来,保证其正常工作。金升阳把收发芯片、隔离芯片及DC/DC隔离电源集成在一个小体积中的模块中,既省去了用户购买或设计电源的麻烦,也有利于节约控制板的PCB面积,让用户站在更高视角,轻松设计充电桩控制板。

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