電動汽車充電站中通訊技術的實踐

文/平紅

在環境污染和能源耗竭的壓力下，人們積極尋找和研發能夠代替煤炭、石油等不可再生能源的清潔燃料，從而改善不斷惡化的生態環境。因此，電動汽車以其優勢慢慢被各國和汽車的制造商們所重視。我國處于保護環境，緩解交通壓力、降低噪聲和大氣污染等目的，積極發展電動汽車和電動公交車。在我國推廣電動汽車產業化、技術化的過程中，已經建成或準備建設一些電動汽車的運行示范區。在電動汽車運行中，大功率的充電站是必須建設好的基礎設施。為了智能化管理和運用充電站，設計和建設通信網絡是非常重要的工作。

1 電動汽車充電站雙CAN通信網絡設計

在電動汽車的充電站中安裝有監控系統，其組成主要是充電對象（電動汽車）、充電樁、充電機、充電監控站。電動汽車蓄電池的管理系統和充電機間要想實現數據交換，需要依靠CAN1通信網絡；而充電監控系統和充電機之間的CAN2通信網絡，主要是為了監控系統實時采集、控制和監視充電機的數據。

1.1 CAN1通信網絡結構

蓄電池管理系統和充電機之間CAN1通信網絡有兩個節點，也就是BMS（蓄電池管理系統）和充電機。另外，CAN1通信網絡中還有一個車載監控系統，主要是對車載蓄電池的實施運行狀態進行監視。電動汽車通過CAN1通信網絡傳送的信息主要是蓄電池方面的基本信息，包括蓄電池的荷電狀態、溫度、電壓等等數據，從而便于監控系統對蓄電池的實時工作狀態進行監視。同時，充電機以電動汽車傳輸的數據為基礎，決定針對電動汽車的最佳充電方案。

1.2 CAN2通信網絡結構

CAN2通信網絡結構主要組成是一臺用于監控的計算機與很多臺充電機。CAN總線接入數量受限于CAN總線負載能力，因此一個CAN總線上面最多可以接入的CAN節點是30個。充電監控系統的組成主要是服務器或多臺工作站或一臺工作站，包括有web服務器和監控工作站等等，利用局域網絡實現了這些計算機的連接。假充電站規模不大，需要的充電機不多，只需要一臺監控工作站就能夠達到監控要求；假如充電站規模比較大，需要較多的充電機數量，可以使用兩臺或兩臺以上的監控工作站，同時要依據需求進行服務器的配置。

在充電站監控系統中，充電監控系統是核心部分，通過CAN2通信網絡和充電機實現通信，可以對充電機的故障數據、運行參數、工作狀態和動力電池的故障信息、充電量、SOC、溫度、電壓、基本信息等數據進行實時采集，依據BMS的動力電池數據和上級的系統指令，對充電機充電模式和充電運行參數進行調整。

2 充電設備內部通信設計

2.1 充電樁通信設計

充電樁的作用主要是控制電動機車在充電時的交流電源，充電樁內部通訊有計費讀卡模塊、電量計費模塊、人機交互界面、控制和通訊管理模塊。監控系統和充電樁的連接方式可以采用GPRS無線通訊方式，也可以是紅外通訊和CAN。紅外通信與GPRS通信可以依據需要將充電樁運行狀態的參數上傳，并且和服務器實施IC卡身份認證。

除了可以應用在電動汽車的充電站中外，充電樁通常主要應用在沿街道的停車位、停車場、居民小區等比較分散的一些場所。分散的充電樁利用小區組網、無線發射等方式傳輸信息、認證IC卡的信息等等。

2.2 非車載充電機通信設計

有較大功率的非車載充電機一方面是通過雙CAN通信網絡總線實現監控系統與電動汽車之間的連接，另一方面非車載充電機的內部通訊中還包含了計費讀卡模塊、電量計量模塊、人機交互界面、充電模塊、控制和通訊管理模塊，這些模塊之間實現通信連接。

大功率的非車載充電機通常是并聯很多充電模塊形成一個充電單元，同時利用RS-485實現通信管理單元和充電監控之間的連接，通訊信息中包含有相關的狀態量、控制命令和控制參數等等。

在人機交互界面上使用了大屏幕的彩色觸摸屏，其通信方式采用的是RS485。在給電動機車充電時，可以選擇從四種模式中選擇：自動（充滿了停止）、定金額、定時間、定電量。在人機交互界面上也可以顯示當前的計費信息、電量（待充電量和已充電量）、時間（剩余的充電時間和已充電時間）、當前的充電模式。

讀卡器使用的通信方式是R232，主要用于識別用戶身份、對消費電量的信息進行記錄。電量的計量單元中，使用獨立電能計量儀表測量電動汽車的充電量、充電機的輸出電量和輸入電量，依據這些數據進行成本核算、電費結算和用電計費等工作，并且利用RS485將電量信息傳輸給通訊管理和控制單元。

3 通信協議和接口設計

3.1 以太網接口和通信協議

以太網的接口芯片使用的是美國半導體公司出產的DP83848-單路以太網收發器，這款10/100Mb/s的單端口物理層器件有非常強大的全功能，能夠達到較低的功耗，一些智能掉電狀態也包含其中。低功耗的模式在使功耗降低的同時，使產品整體的可靠性得到全面提升。以太網接口對很多智能功率模式都支持，所以在使用時工作所需要的電量最小化。以太網通信協議主要采取的是標準UDP協議和ICP/IP協議。

3.2 串口和通信協議

在設計串口接口時，串口接口包括的主要是RS232和RS485，在本文中主要對RS485的串口設計進行介紹。在設計RE485接口時，利用的是亞諾德半導體技術有限公司出產的ADM2587E芯片。ADM2587E芯片屬于隔離型的RS485收發器，可以是全雙工配置或半雙工配置，能夠支持ESD（±15kV）保護和信號隔離電源。RS485收發器件在多點的傳輸線高速通信中比較適用。隔離式的DC-DC電源屬于內部集成形式，不用再使用DC-DC隔離單元，使成本得到有效減少，并且也使設計復雜程度得到大幅度降低。在設計串口的通信協議時，采用了無校驗、1位停止位、8位數據位、19200b/s的波特率。

3.3 CAN接口和通信協議

在設計CAN的接口時，其芯片使用的是亞諾德半導體技術有限公司出產的ADM3053，屬于隔離式的CAN物理層收發器，能夠對DC/DC轉換器實行集成隔離，與ISO11898標準相符。ADM3053形式的CAN物理層收發器通過亞諾德半導體技術有限公司研發的iCoupler?技術，集成亞諾德半導體技術有限公司研發的iCoupler?DC/DC轉換器、CAN物理層收發器和雙通道隔離器，將這些都置于單個表貼的封裝袋里面。

在CAN通信協議的設計中，國家標準和有關的行業標準已經對電動汽車的BMS電池管理系統、非車載充電機的監控單元間的通信協議進行了規定，該通信協議采取的是控制器局域網（CAN2.0）的通信協議。依據有關標準對參數組的定義和參數定義進行了規定，參數定義包括了數據范圍、數據分辨率、數據類型和數據長度等等；參數組定義包括了數據地址、傳輸循環率、數據域長度等等。在CNA1通信系統中，采用的通信設計是CAN2.0，依據CNA1通信系統中的內部數據量進行對通訊協議進行設計。

4 結束語

在現代化的電動汽車充電站建設、維護和使用中，要想充分滿足人們的需求，就必須在電動汽車充電系統中充分運用通訊技術。在電動汽車充電站中，常用監控系統是三層的，并依據各個層次對數據使用和數據特點的需求，和如今主流的通訊技術相結合，在電動機車充電站中融合不同的通訊網絡和協議，從而更好地達到用電要求。與國內外電動汽車充電機的有關標準相結合，提出雙CAN通信網絡在充電機中的應用，并在實際研發和應用中達到較好的效果。充電樁和充電機的內部通訊，有效結合充電機的控制特點和功能，并且達到了統一的對外接口，與標準要求也相符。在選取通訊協議和通訊方式時，要綜合考慮各種通訊方式的不同特點和內部子系統對接口的要求，在研發設備和裝置上有較好的參考價值。

參考文獻

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