个性化充电桩控制板方案：联合开发仅需6个月

电动汽车技术是未来的发展趋势，也带来快速发展充电基础设施的需求。在近期的一个合作项目中，德国嵌入式板级方案提供商  PHYTEC 和 PIONIX公司 仅用了6 个月时间为客户 Qwello 开发了用于充电桩的电子组件。这个项目的成功也进而促成了通用充电控制板 phyVERSO-EVCS 的诞生，目前这个控制板方案已可以向其他客户开放。


充电桩的控制板必须符合充电桩的各种需求：系统组成方面，控制板需满足从能源管理、负载管理到与桩车通信以及用户识别和计费系统的使用；此外，还有网络连接和远程维护、更新以及安全功能。在不同的充电桩中这些系统需求差异很小。技术分类方面，市场上交流或直流充电技术、以及交直混合和兆瓦级充电桩。此外，为了与获得市场优势，充电桩供应商还需提供与竞争对手有差别的新颖创新功能。充电桩控制板产品开发的面临两种现实挑战：现成的控制板通常无法充分满足需求，而全新的开发需要时间和金钱。
 
契机源于合作项目
为了应对这一挑战，PHYTEC 与其合作伙伴 PIONIX 现已针对电动汽车充电类方案的垂直市场开发了第一款专门的电子组件，它是基于首位合作客户 Qwello 的产品衍生出来的方案。Qwello 在德国和欧洲的几个城市和地区运营充电桩基础设施，通过公共特许经营合同与市政合作伙伴建立合作关系，提供充电基础设施和充电服务。而对于它新推出的 CP22 充电桩，Qwello 需要充电的电子组件，满足同时在两个充电口实现最高 22kw 的交流充电，并且可以根据《德国校准法》获得认证。

 Qwello 的 CP22 充电桩采用了 PHYTEC 和 PIONIX 共同开发的充电控制板。
 
在这个产品中，对充电桩的操作将通过一个分屏显示器和支付终端实现，可以支持两个并行的充电过程。作为这个充电桩特殊功能，它还配备了停车传感器，能够对违规停车进行检测识别。这使得在充电桩不断电时，仍可以准确地判断充电桩是否处于可用状态；为了实现这一特性，充电桩被集成到了对应的云应用和配套的手机 APP。充电桩的LED 指示灯可以直接在柱体上显示状态。此外，这个项目对于控制板外观的进一步要求是，所有电子组件应被安置在一个简约、纤细的柱体中，以便与城市景观相融合，并适应狭小的公共停车空间。
 
基于经过验证的组件进行开发
为了满足这些要求，PHYTEC 与 PIONIX（一家为电动汽车充电系统提供开源软件协议栈和定制解决方案的公司）共同制定了基于 phyCORE-AM62x 核心板的充电桩控制板技术规格：支持两个显示器，提供多个接口以便于传感器和外设的集成，它还集成了一个专门的单片机，用于对安全相关的充电过程进行控制。除了两个交流充电输出外，控制板还配备了千兆以太网、双频 WiFi、BLE 和 LTE 模块，以及 Modbus 和 CAN FD 接口。为了保障安全加密方面的需求，特别是针对欧洲的网络弹性法案（Cyber Resilience Act），控制板上还安装了一个硬件安全模块（TPM 2.0）。
 
控制板软件支持所有常见充电协议
控制板的主处理器，采用了由 PHYTEC 定制的基于 Yocto 的 Linux BSP，并结合了专门针对充电的 EVerest layer。该软件栈支持所有常见的充电协议，例如 Plug and Charge / ISO 15118、Autocharge 和 EIM/RFID 读卡器，还集成了负载均衡的能源管理功能，并支持通过常用标准 OCPP 1.6J 和 OCPP 2.0 进行身份验证和支付。此外，还集成了充电桩所需的特定功能，如备用电源、直流接地故障保护和自动插头锁定等。充电桩负责功能安全的关键MCU固件由PIONIX开发提供。

 PIONIX 的 BaseCamp 充电软件已经集成了多种电动汽车充电技术协议，并且还在不断优化开发。
 
6 个月内完成功能样机制作
给 Qwello 设计的充电控制板的技术规格是在2023年6月确定的。经过仅六个月的开发，首批功能样机于 11 月交付，并成功获得了 TÜV 认证。新一代 Qwello 充电桩设备在进行了一些微小的调整后，计划在今年第三季度开始量产。
 
Qwello 的首席技术官 Holger Rapp 对这一结果非常满意：
“我们对与 PHYTEC和 PIONIX 的合作感到非常激动。仅仅经过 6 个月的开发，我们就收到了首批充电控制板。基于他们硬件和软件的互相协作大大缩短了我们产品推出市场的时间。”
 
phyVERSO-EVCS: 为 AC/DC 充电解决方案打造的通用的“模块化组件”
在为 Qwello 开发客制化产品的同时，PHYTEC 和 PIONIX 联合开发了通用充电控制板 phyVERSO-EVCS。该控制板基于 Qwello 充电控制板的技术规范，但支持 AC 和 DC 两类充电系统，甚至可以在混合系统中使用。这意味着该控制板可以用于开发符合法规计量要求的充电桩，无论是私人还是公共场景，以及充电站和兆瓦充电园区。

软件方案，phyVERSO-EVCS 配备了 Linux 操作系统和以及运行于板载MCU的PIONIX 充电固件；这两种配备的软件与 EVerest充电操作系统的兼容性已经过测试验证，并提供适配过的开源代码供下载。PIONIX公司对外提供与Pionix BaseCamp 充电软件绑定，并提供软件维护、更新服务及其他服务的此充电桩控制板。

该充电软件框架支持多种协议，以便与基础设施、车辆、支付系统等集成，并具有本地 MQTT 服务器，用于通信和网络集成。企业可以在此基础上直接开发自己的应用软件。
PHYTEC 还在整个产品生命周期内为客户提供全面的服务，从咨询和加密安全功能的实施，到更新、设备管理及硬件和软件的生命周期管理。而通过与 PIONIX 的合作，企业不仅获得专为充电桩提供的软件解决方案支持，还能确保符合未来新推出的标准和功能安全的要求。
 
展望未来：几周内完成的定制化充电桩控制板开发
Qwello 的充电桩产品和 phyVERSO 充电控制板的快速开发得益于 PHYTEC 的模块化设计，利用了经过验证的核心板以及底板的电路和layout模块库。这种结构还将使 phyVERSO 控制板能够根据其他客户项目进行快速定制调整。在大多项目中，额外集成外设、连接器的修改或电路板外形的适配都可以在几周内完成首批功能样机的生产和交付。PHYTEC 与 PIONIX 之间的合作为充电桩项目提供了一个理想协同的硬件和软件的整体解决方案，客户可以直接在此基础上构建自己的应用。这为开发个性化充电解决方案开辟了广泛的可能性。phyVERSO-EVCS 相较于现成的标准解决方案具有众多优势，同时缩短了批量生产的时间。
 
作者：

Mario Haas 在 PHYTEC 负责客户定制项目的领导工作。他与团队共同开发了模块化的 SBC+ 系统，以实现产品的快速响应和灵活性。同时，他也是电动汽车充电解决方案部门的客户经理。