【導(dǎo)讀】電動(dòng)汽車 (EV) 充電系統(tǒng)的制造商需要考慮兩個(gè)因素：首先是設(shè)計(jì)能夠在未來(lái)幾年內(nèi)可靠運(yùn)行的充電系統(tǒng)；其次是為消費(fèi)者提供順暢、良好的充電體驗(yàn)。
電動(dòng)汽車 (EV) 充電系統(tǒng)的制造商需要考慮兩個(gè)因素：首先是設(shè)計(jì)能夠在未來(lái)幾年內(nèi)可靠運(yùn)行的充電系統(tǒng)；其次是為消費(fèi)者提供順暢、良好的充電體驗(yàn)。
Charging Interface Initiative (CharIN) 是擁有 330 家會(huì)員公司的行業(yè)協(xié)會(huì)，許多不同國(guó)家/地區(qū)的此類組織正在推動(dòng)在充電系統(tǒng)領(lǐng)域，針對(duì)所有類型的電動(dòng)汽車制定互操作性標(biāo)準(zhǔn)。除了開(kāi)發(fā)已被多個(gè)國(guó)家/地區(qū)的 EV 充電器制造商采用的組合充電系統(tǒng) (CCS)，CharIN 還在穩(wěn)步推進(jìn)，希望通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)美國(guó)特斯拉快速充電站使用的北美充電標(biāo)準(zhǔn) (NACS) 的標(biāo)準(zhǔn)化。
今年早些時(shí)候，Brian Berner 和 CharIN 北美分會(huì)的執(zhí)行董事 Erika Myers 討論了她對(duì)北美充電標(biāo)準(zhǔn) (NACS)在近期被許多汽車制造商采用這一趨勢(shì)的想法。Myers 稱，“CharIN 預(yù)計(jì) CCS 標(biāo)準(zhǔn)和 NACS/SAE J3400 將在一段時(shí)間內(nèi)作為兩種 EV 充電選項(xiàng)共存。我們的看法是，這兩種標(biāo)準(zhǔn)都有提供無(wú)縫用戶體驗(yàn)的潛力，而這對(duì)于滿足消費(fèi)者對(duì)充電可靠性的需求是必不可少的。為了在充電生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一致的互操作性，行業(yè)協(xié)作至關(guān)重要，因?yàn)檫@樣可確保用戶獲得出色體驗(yàn)，同時(shí)降低市場(chǎng)復(fù)雜性，消除消費(fèi)者的困惑并加快電動(dòng)汽車的采用。”
隨著各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展的深入，作為 CharIN 的成員，德州儀器會(huì)繼續(xù)與客戶合作，簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車充電連接，滿足互操作性需求。但目前的事實(shí)是，客戶仍然需要滿足許多標(biāo)準(zhǔn)，要構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，即使是能力最強(qiáng)的工程師團(tuán)隊(duì)也會(huì)感到力不從心。通過(guò)以下內(nèi)容可以了解影響電動(dòng)汽車充電制造商設(shè)計(jì)決策的若干因素。
安全連接器類型
常用的電動(dòng)汽車充電連接器類型
駕駛電動(dòng)汽車進(jìn)行跨國(guó)公路旅行的過(guò)程中，找不到兼容的充電站可能導(dǎo)致被困在路邊，在某些充電站充電時(shí)無(wú)法連接的情況下，再加上電動(dòng)汽車電池電量較低導(dǎo)致的里程焦慮，駕駛員可能會(huì)迅速因此倍感壓力和沮喪。旅程中的下一個(gè)直流快速充電站可能與該電動(dòng)汽車不兼容，或者合適的連接器位置已經(jīng)被他人使用。
解決這一難題的一種建議方法是使用 NACS 連接器，它在進(jìn)行交流和直流充電時(shí)使用相同類型的連接器，并且外形比其他標(biāo)準(zhǔn)化連接器更小。Pionix 的 Janek Metzner 稱，“（采用 NACS 的）多米諾骨牌效應(yīng)比預(yù)期來(lái)得更快。如果 SAE 將連接器正式標(biāo)準(zhǔn)化，將有助于帶來(lái)更高的采用率。”Pionix 基于 Linux 的開(kāi)源 EVerest 平臺(tái)軟件棧可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車供電設(shè)備 (EVSE) 與車輛之間的通信，并與我們的 AM625 處理器兼容。
雖然表述不同，但 Meyers 和 Metzner 的觀點(diǎn)實(shí)際上是一致的。向電動(dòng)汽車的全球性過(guò)渡期間對(duì)改善互操作性的要求是 CharIN 和 Pionix 出現(xiàn)的前提。德州儀器專注于開(kāi)發(fā)嵌入式處理器和模擬產(chǎn)品，幫助設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建相關(guān)應(yīng)用，逐漸過(guò)渡到更多地使用可再生能源的世界，還可支持高效的 EV 充電和更高效、更智能的電網(wǎng)。只要充電站和車輛雙方在物理上兼容、通信方式相同、連接器類型基本上就無(wú)關(guān)緊要。表 1 展示了各種連接器類型及其定義。
表 1 連接器類型、首字母縮略詞和定義
連接器類型 | 定義 |
SAE J1772 | 機(jī)電連接器標(biāo)準(zhǔn)獲得汽車工程師協(xié)會(huì) (SAE) 認(rèn)可，適用于交流電動(dòng)汽車服務(wù)設(shè)備 (EVSE)，常用于北美。也稱為 1 類連接器。 |
2 類連接器 | 與 1 類連接器等效，適用于歐洲。也稱為 Mennekes 或 IEC 62196-2。 |
CCS1、CCS2 | 1 類和 2 類連接器的直流充電擴(kuò)展，在用于通信和交流電源的引腳下方添加了更大的直流 ± 引腳。 |
NACS | 北美充電標(biāo)準(zhǔn)，即“特斯拉”連接器，一種目前被定義和標(biāo)準(zhǔn)化為SAE J3400 的連接器類型。 |
模擬握手
在電子領(lǐng)域，“握手”是指需要在同一系統(tǒng)中協(xié)同工作的兩個(gè)集成電路之間達(dá)成的協(xié)議。握手可以發(fā)生在同一電路板上的兩個(gè) IC 之間，但如果兩個(gè)系統(tǒng)之間存在電纜則更易于理解。好在 EV 充電站和車輛始終通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的電纜連接，因此可以把電纜插頭插入插座、形成電氣連接直觀地理解為兩個(gè)系統(tǒng)正在握手。
EV 充電所涉及的握手，其關(guān)鍵概念是在一側(cè)生成電壓，并在另一側(cè)使用電阻器進(jìn)行端接，將電壓降低到特定電平。由于所有人都使用相同的電壓和相同的預(yù)定義電阻值，因此除非出現(xiàn)故障，否則這種握手總會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。出現(xiàn)故障時(shí)將做出決策，要么繼續(xù)進(jìn)行基本充電，要么進(jìn)行更深入的協(xié)商，稱為高級(jí)充電。
雖然從通信的角度來(lái)看基本充電很簡(jiǎn)單，但打開(kāi)或關(guān)閉繼電器以及檢測(cè)故障情況所需的電路可能非常復(fù)雜。交流 2 級(jí)充電器平臺(tái)參考設(shè)計(jì)可用于在典型 EV 供電設(shè)備 (EVSE) 系統(tǒng)中開(kāi)始實(shí)現(xiàn)許多功能塊。對(duì)于許多基本充電器來(lái)說(shuō)，MSPM0G3507 等小型微控制器可能就足夠了。但是，如果充電站和電動(dòng)汽車都支持高級(jí)充電，就會(huì)同意切換為數(shù)字通信，并且?guī)缀跏冀K需要一款運(yùn)行嵌入式 Linux 且基于 Arm 的處理器。表 2 突出顯示了充電系統(tǒng)中的各種模擬握手選項(xiàng)。
表 2 模擬握手術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義
模擬握手 | 定義 |
接近引導(dǎo) (PP) | 車輛使用此信號(hào)確定何時(shí)連接到充電站（北美）。在歐洲、充電站也可以使用此信號(hào)來(lái)確定充電電纜的電流容量。 |
控制引導(dǎo) (CP) | 充電站使用此信號(hào)確定車輛何時(shí)與其連接。 |
IEC 61581 | 國(guó)際電工委員會(huì) 61851 標(biāo)準(zhǔn)，也是與通過(guò)壁式充電箱進(jìn)行簡(jiǎn)單交流充電關(guān)系最為緊密的標(biāo)準(zhǔn)，通常在電動(dòng)汽車所有者的家中進(jìn)行這種充電，也稱為基本充電。 |
數(shù)字通信 - 語(yǔ)言和方言
兩個(gè)人說(shuō)相同的語(yǔ)言并不意味著他們一定會(huì)理解彼此的地區(qū)方言、口音或俚語(yǔ)。ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)就像是電動(dòng)汽車和充電站的通用語(yǔ)言，而特定品牌使用此標(biāo)準(zhǔn)的方式往往就像俚語(yǔ)。如果充電站不熟悉這個(gè)電動(dòng)汽車品牌，很容易產(chǎn)生誤解。
用戶體驗(yàn)會(huì)極大地影響消費(fèi)者是否考慮購(gòu)買電動(dòng)汽車，在電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施中使用通用的數(shù)字通信語(yǔ)言對(duì)提高采用率很有必要。除了與 CharIN 合作之外，德州儀器還與 Pionix 合作，向客戶提供 Pionix 的開(kāi)源 EV 充電軟件堆棧，旨在應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車充電行業(yè)當(dāng)今面臨的最復(fù)雜挑戰(zhàn)：提供全面測(cè)試且符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，并能與市面上幾乎所有電動(dòng)汽車兼容。 表 3 列出了與電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)相關(guān)的各種數(shù)字通信選項(xiàng)。
表 3 數(shù)字通信術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義
數(shù)字通信 | 定義 |
ISO 15118 | 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 15118 是一種通信協(xié)議，支持在充電過(guò)程中使用高級(jí)功能，例如直流充電、即插即充和雙向充電，也稱為高級(jí)充電。 |
DIN SPEC 70121 | 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì) 70121 標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)的前身，有時(shí)可與 ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)互換使用。 |
PLC PHY | 可編程邏輯控制器物理層是一種特定類型的集成電路，用于電動(dòng)汽車與充電站之間的通信，在進(jìn)行高級(jí)充電時(shí)，雙方都需要有此集成電路。也稱為 HomePlug GreenPHY。 |
德州儀器基于 AM625 的 EVSE 開(kāi)發(fā)平臺(tái)旨在展示和支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，展現(xiàn)了 AM625 處理器系列在電動(dòng)汽車充電應(yīng)用中的可擴(kuò)展性。
無(wú)縫充電體驗(yàn)
雖然通用連接器具有簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車充電體驗(yàn)的潛力，但提供適配器并在充電站中安裝不同類型的插頭可以解決物理連接器的兼容性問(wèn)題。模擬握手是底層的基本原理。創(chuàng)建易于使用的標(biāo)準(zhǔn)化充電基礎(chǔ)設(shè)施需要每個(gè)充電站都與連接的所有電動(dòng)汽車使用相同的語(yǔ)言和方言。作為半導(dǎo)體制造商，德州儀器與遍布全球的電動(dòng)汽車充電制造商客戶擁有相同的目標(biāo)：繼續(xù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能夠解決互操作性問(wèn)題的技術(shù)，并最終為所有電動(dòng)汽車駕駛員提供順暢的充電體驗(yàn)。
其他資源
查看基于 AM625 且具有 HMI 的智能、互聯(lián)電動(dòng)汽車充電站開(kāi)發(fā)平臺(tái)
進(jìn)一步了解德州儀器的電動(dòng)汽車充電解決方案：ti.com/evcharging
（來(lái)源：德州儀器）
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