充電樁從電源隔離到溫度監(jiān)測的一體化方案設計

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)測的一體化設計方案，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景

充電樁是用于電動汽車的充電設備，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?過溫引起火災險情（圖片源自網(wǎng)絡，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)生火災事故。所以對充電樁的過溫故障實時監(jiān)測、預防火災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計，幫助用戶輕松快速實現(xiàn)功能，同時滿足復雜的電磁環(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：

• 內(nèi)核Cortex-A7；
• 主頻528MHz；
• 內(nèi)存256M；
• 低功耗、高性能；
• Linux或AWorks IoT操作系統(tǒng)；
• 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：

• 隔離電壓1500VDC；
• 輸入電壓范圍9V~75V；
• 效率高達87%；
• 可持續(xù)短路，自恢復；
• 輸出過壓保護、輸出過流保護；
• 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：

• 隔離電壓2500VDC；
• 支持CAN FD，最高速率5Mbps；
• 單網(wǎng)絡最多可連接110個節(jié)點；
• 超小體積，僅為一般產(chǎn)品的40%；
• 具備極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性；
• 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：

• 隔離電壓2500VDC；
• 超小體積；
• 最多可連接64個節(jié)點；
• 電磁輻射EME極低；
• 電磁干擾EMS極高；
• 集成電源隔離和信號隔離；
• 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：

• 隔離電壓2500VDC；
• 3.15V~5.25V 超寬壓輸入電源供電；
• 電磁輻射EME極低；
• 電磁干擾EMS極高；
• 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，起到火災預警作用。

• ZAM6222B產(chǎn)品特性：
• 兩通道PT1000熱電阻測量；
• -100℃~300℃測溫范圍；
• 0.02%±0.1℃測溫誤差（三線制）；
• 0.1%±0.2℃測溫誤差（二線制）；
• 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃；
• 斷線檢測功能。