【導讀】電動汽車 (EV) 充電系統(tǒng)的制造商需要考慮兩個因素：首先是設計能夠在未來幾年內(nèi)可靠運行的充電系統(tǒng)；其次是為消費者提供順暢、良好的充電體驗。
電動汽車 (EV) 充電系統(tǒng)的制造商需要考慮兩個因素：首先是設計能夠在未來幾年內(nèi)可靠運行的充電系統(tǒng)；其次是為消費者提供順暢、良好的充電體驗。
Charging Interface Initiative (CharIN) 是擁有 330 家會員公司的行業(yè)協(xié)會，許多不同國家/地區(qū)的此類組織正在推動在充電系統(tǒng)領域，針對所有類型的電動汽車制定互操作性標準。除了開發(fā)已被多個國家/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，希望通過多種方式實現(xiàn)美國特斯拉快速充電站使用的北美充電標準 (NACS) 的標準化。
今年早些時候，Brian Berner 和 CharIN 北美分會的執(zhí)行董事 Erika Myers 討論了她對北美充電標準 (NACS)在近期被許多汽車制造商采用這一趨勢的想法。Myers 稱，“CharIN 預計 CCS 標準和 NACS/SAE J3400 將在一段時間內(nèi)作為兩種 EV 充電選項共存。我們的看法是，這兩種標準都有提供無縫用戶體驗的潛力，而這對于滿足消費者對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)中實現(xiàn)一致的互操作性，行業(yè)協(xié)作至關重要，因為這樣可確保用戶獲得出色體驗，同時降低市場復雜性，消除消費者的困惑并加快電動汽車的采用。”
隨著各項標準的發(fā)展的深入，作為 CharIN 的成員，德州儀器會繼續(xù)與客戶合作，簡化電動汽車充電連接，滿足互操作性需求。但目前的事實是，客戶仍然需要滿足許多標準，要構建整個系統(tǒng)，即使是能力最強的工程師團隊也會感到力不從心。通過以下內(nèi)容可以了解影響電動汽車充電制造商設計決策的若干因素。
安全連接器類型
常用的電動汽車充電連接器類型
駕駛電動汽車進行跨國公路旅行的過程中，找不到兼容的充電站可能導致被困在路邊，在某些充電站充電時無法連接的情況下，再加上電動汽車電池電量較低導致的里程焦慮，駕駛員可能會迅速因此倍感壓力和沮喪。旅程中的下一個直流快速充電站可能與該電動汽車不兼容，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，它在進行交流和直流充電時使用相同類型的連接器，并且外形比其他標準化連接器更小。Pionix 的 Janek Metzner 稱，“（采用 NACS 的）多米諾骨牌效應比預期來得更快。如果 SAE 將連接器正式標準化，將有助于帶來更高的采用率。”Pionix 基于 Linux 的開源 EVerest 平臺軟件?？蓪崿F(xiàn)電動汽車供電設備 (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 的觀點實際上是一致的。向電動汽車的全球性過渡期間對改善互操作性的要求是 CharIN 和 Pionix 出現(xiàn)的前提。德州儀器專注于開發(fā)嵌入式處理器和模擬產(chǎn)品，幫助設計人員創(chuàng)建相關應用，逐漸過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關緊要。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 | 機電連接器標準獲得汽車工程師協(xié)會 (SAE) 認可，適用于交流電動汽車服務設備 (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 | 北美充電標準，即“特斯拉”連接器，一種目前被定義和標準化為SAE J3400 的連接器類型。 |
模擬握手
在電子領域，“握手”是指需要在同一系統(tǒng)中協(xié)同工作的兩個集成電路之間達成的協(xié)議。握手可以發(fā)生在同一電路板上的兩個 IC 之間，但如果兩個系統(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相對較長的電纜連接，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系統(tǒng)正在握手。
EV 充電所涉及的握手，其關鍵概念是在一側生成電壓，并在另一側使用電阻器進行端接，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定義電阻值，因此除非出現(xiàn)故障，否則這種握手總會產(chǎn)生相同的結果。出現(xiàn)故障時將做出決策，要么繼續(xù)進行基本充電，要么進行更深入的協(xié)商，稱為高級充電。
雖然從通信的角度來看基本充電很簡單，但打開或關閉繼電器以及檢測故障情況所需的電路可能非常復雜。交流 2 級充電器平臺參考設計可用于在典型 EV 供電設備 (EVSE) 系統(tǒng)中開始實現(xiàn)許多功能塊。對于許多基本充電器來說，MSPM0G3507 等小型微控制器可能就足夠了。但是，如果充電站和電動汽車都支持高級充電，就會同意切換為數(shù)字通信，并且?guī)缀跏冀K需要一款運行嵌入式 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。
表 2 模擬握手術語、首字母縮略詞和定義
模擬握手 | 定義 |
接近引導 (PP) | 車輛使用此信號確定何時連接到充電站（北美）。在歐洲、充電站也可以使用此信號來確定充電電纜的電流容量。 |
控制引導 (CP) | 充電站使用此信號確定車輛何時與其連接。 |
IEC 61581 | 國際電工委員會 61851 標準，也是與通過壁式充電箱進行簡單交流充電關系最為緊密的標準，通常在電動汽車所有者的家中進行這種充電，也稱為基本充電。 |
數(shù)字通信 - 語言和方言
兩個人說相同的語言并不意味著他們一定會理解彼此的地區(qū)方言、口音或俚語。ISO 15118 標準就像是電動汽車和充電站的通用語言，而特定品牌使用此標準的方式往往就像俚語。如果充電站不熟悉這個電動汽車品牌，很容易產(chǎn)生誤解。
用戶體驗會極大地影響消費者是否考慮購買電動汽車，在電動汽車充電基礎設施中使用通用的數(shù)字通信語言對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 的開源 EV 充電軟件堆棧，旨在應對電動汽車充電行業(yè)當今面臨的最復雜挑戰(zhàn)：提供全面測試且符合標準的數(shù)字通信，并能與市面上幾乎所有電動汽車兼容。 表 3 列出了與電動汽車充電系統(tǒng)相關的各種數(shù)字通信選項。
表 3 數(shù)字通信術語、首字母縮略詞和定義
數(shù)字通信 | 定義 |
ISO 15118 | 國際標準化組織 15118 是一種通信協(xié)議，支持在充電過程中使用高級功能，例如直流充電、即插即充和雙向充電，也稱為高級充電。 |
DIN SPEC 70121 | 德國標準化學會 70121 標準是 ISO 15118 標準的前身，有時可與 ISO 15118 標準互換使用。 |
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，用于電動汽車與充電站之間的通信，在進行高級充電時，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 開發(fā)平臺旨在展示和支持所有符合標準的數(shù)字通信，展現(xiàn)了 AM625 處理器系列在電動汽車充電應用中的可擴展性。
無縫充電體驗
雖然通用連接器具有簡化電動汽車充電體驗的潛力，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題。模擬握手是底層的基本原理。創(chuàng)建易于使用的標準化充電基礎設施需要每個充電站都與連接的所有電動汽車使用相同的語言和方言。作為半導體制造商，德州儀器與遍布全球的電動汽車充電制造商客戶擁有相同的目標：繼續(xù)設計和開發(fā)能夠解決互操作性問題的技術，并最終為所有電動汽車駕駛員提供順暢的充電體驗。
其他資源
進一步了解德州儀器的電動汽車充電解決方案：ti.com/evcharging
（來源：德州儀器）
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