《電子技術(shù)應(yīng)用》
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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)

2023-08-31
來(lái)源:ZLG致遠(yuǎn)電子

  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(chē)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(chē)的充電設(shè)備,相當(dāng)于汽車(chē)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。

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  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(guò)車(chē)載充電機(jī)為電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)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(mǎn)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。

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  圖2 過(guò)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(xiàn)路老化、漏電、短路等問(wèn)題;室內(nèi)充電樁大多位于地下車(chē)庫(kù)內(nèi),空間狹小,車(chē)輛密集,容發(fā)生火災(zāi)事故。所以對(duì)充電樁的過(guò)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(wèn)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)

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  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(mǎn)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(hù)輕松快速實(shí)現(xiàn)功能,同時(shí)滿(mǎn)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:

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  A6G2C系列 無(wú)線(xiàn)IoT核心板

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  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(xiàn)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:

  • 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

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  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(dá)87%;

  • 可持續(xù)短路,自恢復(fù);

  • 輸出過(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)流保護(hù);

  • 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃。

  CTM1051AMG隔離模塊

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  CTM1051AMG隔離模塊,用于充電槍和主控板之間的CAN總線(xiàn)隔離通信,可以有效防止充電槍與汽車(chē)的連接與斷開(kāi)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(xiàn)防護(hù)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(luò)最多可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn);

  • 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

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  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:

  • 隔離電壓2500VDC;

  • 超小體積;

  • 最多可連接64個(gè)節(jié)點(diǎn);

  • 電磁輻射EME極低;

  • 電磁干擾EMS極高;

  • 集成電源隔離和信號(hào)隔離;

  • 工作環(huán)境溫度-40℃~+105℃。

  RSM232D隔離模塊

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  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:

  • 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(cè)量模塊

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  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(chē)的充電連接點(diǎn),易發(fā)生過(guò)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(guò)程中過(guò)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。

  • ZAM6222B產(chǎn)品特性:

  • 兩通道PT1000熱電阻測(cè)量;

  • -100℃~300℃測(cè)溫范圍;

  • 0.02%±0.1℃測(cè)溫誤差(三線(xiàn)制);

  • 0.1%±0.2℃測(cè)溫誤差(二線(xiàn)制);

  • 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃;

  • 斷線(xiàn)檢測(cè)功能。



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