電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)的3個(gè)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

適用于商業(yè)和住宅用途的典型電動(dòng)汽車 (EV) 充電站設(shè)計(jì)包括電能計(jì)量、交流和直流剩余電流檢測(cè)、符合安全法規(guī)的隔離、帶驅(qū)動(dòng)器的繼電器和接觸器、雙向通信、服務(wù)和用戶界面。 。電動(dòng)汽車充電站的目標(biāo)是高效地向車輛輸送電力，但實(shí)現(xiàn)電力輸送只是一個(gè)開始。

到 2030 年，將有 2000 萬(wàn)個(gè)公共電動(dòng)汽車充電站并網(wǎng)，住宅充電站的數(shù)量預(yù)計(jì)將大幅增加以滿足需求。設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車充電站面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。為了跟上未來(lái)電網(wǎng)一體化的步伐，電動(dòng)汽車供電設(shè)備 (EVSE) 必須包括通信、安全和保障，同時(shí)提供簡(jiǎn)單的升級(jí)路徑。本文將簡(jiǎn)要介紹使用 TI 的Sitara AM625處理器進(jìn)行 2 級(jí)交流電動(dòng)汽車充電站的可擴(kuò)展硬件和軟件演示中使用的三個(gè)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

首先 考慮：了解未來(lái)的 通信 標(biāo)準(zhǔn) 和 網(wǎng)格 集成

未來(lái)的電動(dòng)汽車預(yù)計(jì)將作為一種能源，在需求增加或發(fā)生停電時(shí)將存儲(chǔ)的能量返回電網(wǎng)。管理這種潛在的能量交換可以被視為電網(wǎng)集成的一個(gè)方面，“通信”是設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車充電站時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。前端和后端通信設(shè)計(jì)必須滿足充電過(guò)程中的數(shù)據(jù)、安全和保障標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示的“車輛充電點(diǎn)到電網(wǎng)”和“充電站到云端”連接。

圖1：V2G技術(shù)

ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)15118標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了電動(dòng)汽車和充電站之間的雙向通信協(xié)議，通過(guò)交換有關(guān)車輛識(shí)別、充電控制和充電狀態(tài)的信息來(lái)支持插頭和充電等功能。滿足 ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)的前端和后端通信要求可確保您的設(shè)計(jì)符合當(dāng)今的法規(guī)，并為未來(lái)的電網(wǎng)集成做好準(zhǔn)備。

現(xiàn)在選擇正確級(jí)別的處理器集成和軟件功能可以為未來(lái)的網(wǎng)格集成進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化。圖 2 所示的電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)中使用的Sitara AM625包括主線 Linux ® 內(nèi)核以及標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)套件，以確保高效維護(hù)和簡(jiǎn)化更新。AM625處理器還通過(guò)內(nèi)置硬件安全模塊(HSM)支持安全啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)IP保護(hù)，并提供先進(jìn)的電源管理支持以優(yōu)化空閑時(shí)的系統(tǒng)功耗。

圖2：交流充電框圖;直流充電框圖

第二個(gè) 考慮因素：利用基于模塊的 設(shè)計(jì)來(lái)支持靈活的交流或直流充電選項(xiàng)

確定最合適的電動(dòng)汽車充電器連接解決方案需要考慮用例、安裝環(huán)境和電網(wǎng)集成的擴(kuò)展。商用電動(dòng)汽車充電器通常需要云連接來(lái)管理計(jì)費(fèi)分配和車輛數(shù)據(jù)洞察，并且還可以考慮通過(guò)跨多個(gè)充電點(diǎn)匯集數(shù)據(jù)來(lái)集中管理數(shù)據(jù)。家用充電器最終將成為智能家居的延伸，需要與現(xiàn)有的有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集成。

OCPP(開放充電點(diǎn)協(xié)議)是充電站和管理數(shù)據(jù)交換的充電站網(wǎng)絡(luò)之間定義的通信標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)此協(xié)議需要多種連接選項(xiàng)，這可以通過(guò)以太網(wǎng)、蜂窩、Wi-Fi® 或低于 1 GHz 信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了應(yīng)對(duì) OCPP 準(zhǔn)備就緒的靈活性挑戰(zhàn)，電動(dòng)汽車充電站需要多種連接選項(xiàng)。例如，WiFi 無(wú)處不在。因此，它可用于將電動(dòng)汽車充電器連接到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，或在無(wú)法實(shí)現(xiàn)有線連接時(shí)為充電站網(wǎng)絡(luò)提供本地連接。當(dāng)電動(dòng)汽車充電器部署在地下停車場(chǎng)等射頻困難環(huán)境時(shí)，Sub-1GHz等低頻通信優(yōu)于LTE，保證連接穩(wěn)定性。無(wú)論設(shè)計(jì)是商業(yè)還是住宅，或者充電器位于何處，都需要靈活可靠的連接解決方案。

選擇正確的連接解決方案意味著支持更高的工作溫度范圍，即使在可能發(fā)生較大溫度變化的惡劣環(huán)境下也能確保可靠的連接。此外，還必須保證與商業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)的互操作性。 TI 的 WL1837MOD WiLink 8 模塊提供出色的 RF 性能以及與其他 WiFi 設(shè)備的強(qiáng)大互操作性。此外，集成藍(lán)牙還簡(jiǎn)化了配置和部署。 WL1837MOD與Phytec的?生產(chǎn)?就緒?型Phycor-am62x多核Arm®處理器?模塊系統(tǒng) (SOM) 一起使用時(shí)，可為第三方軟件集成提供生態(tài)系統(tǒng)軟件兼容性，并支持 OCPP 2.0 之外的未來(lái)遷移和優(yōu)化提供升級(jí)路徑。

第三個(gè) 考慮因素：通過(guò)安全 選項(xiàng) 管理壽命

隨著 ISO 15118 和 OCPP 2.0.1 的未來(lái)不斷發(fā)展，以增加對(duì)車輛和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)洞察力，安全軟件現(xiàn)在對(duì)于連接和通信至關(guān)重要。該處理器將在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電的可擴(kuò)展未來(lái)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，充當(dāng)數(shù)據(jù)質(zhì)量和充電水平的系統(tǒng)監(jiān)視器的組合，并為有關(guān)支付和車輛數(shù)據(jù)的高級(jí)信息提供安全網(wǎng)關(guān)。

ISO 15118 的應(yīng)用層和傳輸層都支持?jǐn)?shù)據(jù)安全。傳輸層安全性 (TLS) 1.2 或更高版本對(duì)傳輸層通信進(jìn)行加密。盡管 ISO 15118-2 中的 TLS 并非僅在使用即插即充識(shí)別機(jī)制時(shí)才強(qiáng)制使用，但在未來(lái)的 ISO 15118-20 標(biāo)準(zhǔn)中，所有用例和所有識(shí)別機(jī)制都將強(qiáng)制使用 TLS。AM625具有以下板載 HSM 安全功能：

· 安全啟動(dòng)

· 自編程硬件 (eFuse) 鍵。

· 加密和驗(yàn)證啟動(dòng)支持

· 調(diào)試(聯(lián)合行動(dòng)組)端口：

· 在高安全性設(shè)備上默認(rèn)關(guān)閉

· 支持eFuse設(shè)置，支持永久關(guān)閉

任何電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)都涉及多個(gè)安全方面，包括安全布線、接地故障監(jiān)控、繼電器驅(qū)動(dòng)和高壓隔離。 TI 的DRV8220電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成電路具有集成的 H 橋、邏輯控制和保護(hù)功能，可輕松實(shí)現(xiàn)插頭鎖定、接地故障監(jiān)控和繼電器驅(qū)動(dòng)器。

結(jié)論

電動(dòng)汽車充電行業(yè)正在不斷發(fā)展，并向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、高效化方向發(fā)展。設(shè)計(jì)人員必須考慮靈活的連接性和安全性，以便與電網(wǎng)長(zhǎng)期集成。選擇正確的基于處理器的設(shè)計(jì)必須考慮不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理要求以及對(duì)可靠軟件堆棧的需求。