在全球能源危机和环境危机的大背景下,电动汽车近年来行业增长迅速,充电桩也迎来了快速发展阶段。本文将提供一种充电桩从电源隔离到温度监测的一体化设计方案,有效提高充电桩的抗干扰能力、稳定性和安全性。
充电桩的介绍及使用场景
充电桩是用于电动汽车的充电设备,相当于汽车的加油机,从充电方式上可分为直流充电桩和交流充电桩,从使用环境上可分为室外充电桩和室内充电桩。充电桩通常由一个主控系统和多个子系统构成,子系统一般包括电源供电系统、充电枪、电表、显示屏、读卡模块、温度检测系统等,子系统与主控系统之间由CAN、RS485等隔离器件连接通信。
一般来说,交流充电桩(慢充)是通过车载充电机为电动汽车提供电能,充电速度较慢,电流电压较小;直流充电桩(快充)则可以直接为电动汽车的蓄电池提供直流电能,充电速度快,电流电压较大。不论是直流桩还是交流桩,充电桩内部的CAN、RS485、RS232的通信距离都不会很长,所以节点数并不多,一般的隔离通信器件都能满足波特率、节点数量的需求。但是充电桩本身是一个强弱电结合的电子系统,每个子系统之间还会相互串扰和存在共模噪声影响,并且充电桩常常置于室外工作,易受雷击、浪涌等外界环境影响。所以选择具备更好EMC防护、可靠性更高的隔离通信方案尤为重要。
另外,充电桩的使用环境也相对较严格,室外充电桩受自然环境影响更容易出现线路老化、漏电、短路等问题;室内充电桩大多位于地下车库内,空间狭小,车辆密集,容发生火灾事故。所以对充电桩的过温故障实时监测、预防火灾险情是充电桩必不可少的一项功能。
针对上述情况,我司提供了一种从电源隔离到温度监测一体化的设计方案,可以有效地解决充电桩的电磁干扰、高温烧损等问题,提高了充电桩的抗干扰能力、稳定性和安全性。
方案设计
图3充电桩整体方案框图该方案使用了致远电子的A6G2C系列Cortex-A7核心板、CTM系列CAN隔离、RSM系列RS485、RS232隔离、ZAM系列PT1000测温,可以完全满足上述要求。高隔离耐压性能、高精度温度采集、小体积模块与核心板一体化设计,帮助用户轻松快速实现功能,同时满足复杂的电磁环境、宽泛的工作温度范围,有效保障充电环境的安全与稳定。方案使用模块及性能优点如下:
模块 | 性能优点 | 工作温度 |
A6G2C-W256LI | -30℃~+85℃ | |
E_UHBDD-10W | 具备优异的EMS性能的电源隔离模块,高输入范围,自带输出过压、过流保护。 | -40℃~+85℃ |
CTM1051AMG | 超小体积封装CAN总线隔离模块,具备极低电磁辐射和高的抗电磁干扰性,有效防止ESD、电火花等干扰。 | -40℃~+105℃ |
RSM485MG | 超小体积封装485隔离通信模块,集成电源隔离和信号隔离,可支持64个节点连接。 | -40℃~+105℃ |
RSM232D | 具备极低电磁辐射和高的抗电磁干扰性的232隔离通信模块,超宽压输入电源供电。 | -40℃~+85℃ |
ZAM6222B | PT1000测温模块,兼容二线制、三线制PT1000测温,最高速率可达9Hz/通道,具备断线检测功能。 | -40℃~+85℃ |
A6G2C-W256LI核心板可作为充电桩的主控板,板载高性能应用处理器,并集成Wi-Fi、zigbee、LoRa或NFC无线功能,搭载Linux或AWorks IoT操作系统。核心板上自带Wi-Fi、蓝牙模块,可以实时远程收发数据,对充电桩的系统进行监控、升级,及时了解充电桩的全面情况。
A6G2C-W256LI产品特性:
- 内核Cortex-A7;
- 主频528MHz;
- 内存256M;
- 低功耗、高性能;
- Linux或AWorks IoT操作系统;
- 工作环境温度-30℃~+85℃。
E_UHBDD-10W电源隔离模块,用于主控板的隔离电源供电,可以提供优异的EMS性能。
E_UHBDD-10W产品特性:
隔离电压1500VDC;
输入电压范围9V~75V;
效率高达87%;
可持续短路,自恢复;
输出过压保护、输出过流保护;
- 工作环境温度-40℃~+85℃。
CTM1051AMG隔离模块,用于充电枪和主控板之间的CAN总线隔离通信,可以有效防止充电枪与汽车的连接与断开时产生的ESD、瞬态的电压变化、电火花等干扰,提供可靠的总线防护功能。
CTM1051AMG产品特性:
隔离电压2500VDC;
支持CAN FD,最高速率5Mbps;
单网络最多可连接110个节点;
超小体积,仅为一般产品的40%;
具备极低电磁辐射和高的抗电磁干扰性;
工作环境温度-40℃~+105℃。
RSM485MG隔离模块,用于电表、绝缘检测模块与主控板之间的隔离通信,实现稳定电量的统计与计费,漏电检测。
RSM485MG产品特性:
隔离电压2500VDC;
超小体积;
最多可连接64个节点;
电磁辐射EME极低;
电磁干扰EMS极高;
集成电源隔离和信号隔离;
工作环境温度-40℃~+105℃。
RSM232D隔离模块,用于显示系统、读卡模块与主控板之间的隔离通信,完成身份识别、扣费等功能。
RSM232D产品特性:
隔离电压2500VDC;
3.15V~5.25V 超宽压输入电源供电;
电磁辐射EME极低;
电磁干扰EMS极高;
工作环境温度-40℃~+85℃。
ZAM6222B测温模块,用于充电枪接头的温度监测。充电接头是充电桩与电动汽车的充电连接点,易发生过温现象。ZAM6222B监测该点的温度,配合主控系统及电子锁模块,可以预防充电过程中过压、短路、漏电等故障引起充电枪的高温损坏,同时也可以作为充电桩内部的实时温度监测模块,起到火灾预警作用。
ZAM6222B产品特性:
两通道PT1000热电阻测量;
-100℃~300℃测温范围;
0.02%±0.1℃测温误差(三线制);
0.1%±0.2℃测温误差(二线制);
工作环境温度-40℃~+85℃;
- 断线检测功能。
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