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在不断发展的电动汽车充电市场中,为什么提升互操作性非常重要

时间:2024-03-13 16:55:50 作者:德州仪器 阅读:
虽然通用连接器具有简化电动汽车充电体验的潜力,但提供适配器并在充电站中安装不同类型的插头可以解决物理连接器的兼容性问题。
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电动汽车 (EV) 充电系统的制造商需要考虑两个因素:首先是设计能够在未来几年内可靠运行的充电系统;其次是为消费者提供顺畅、良好的充电体验。

Charging Interface Initiative (CharIN) 是拥有 330 家会员公司的行业协会,许多不同国家/地区的此类组织正在推动在充电系统领域,针对所有类型的电动汽车制定互操作性标准。除了开发已被多个国家/地区的 EV 充电器制造商采用的组合充电系统 (CCS),CharIN 还在稳步推进,希望通过多种方式实现美国特斯拉快速充电站使用的北美充电标准 (NACS) 的标准化。

今年早些时候,Brian Berner 和 CharIN 北美分会的执行董事 Erika Myers 讨论了她对北美充电标准 (NACS)在近期被许多汽车制造商采用这一趋势的想法。Myers 称,“CharIN 预计 CCS 标准和 NACS/SAE J3400 将在一段时间内作为两种 EV 充电选项共存。我们的看法是,这两种标准都有提供无缝用户体验的潜力,而这对于满足消费者对充电可靠性的需求是必不可少的。为了在充电生态系统中实现一致的互操作性,行业协作至关重要,因为这样可确保用户获得出色体验,同时降低市场复杂性,消除消费者的困惑并加快电动汽车的采用。”

随着各项标准的发展的深入,作为 CharIN 的成员,德州仪器会继续与客户合作,简化电动汽车充电连接,满足互操作性需求。但目前的事实是,客户仍然需要满足许多标准,要构建整个系统,即使是能力最强的工程师团队也会感到力不从心。通过以下内容可以了解影响电动汽车充电制造商设计决策的若干因素。

安全连接器类型

常用的电动汽车充电连接器类型

驾驶电动汽车进行跨国公路旅行的过程中,找不到兼容的充电站可能导致被困在路边,在某些充电站充电时无法连接的情况下,再加上电动汽车电池电量较低导致的里程焦虑,驾驶员可能会迅速因此倍感压力和沮丧。旅程中的下一个直流快速充电站可能与该电动汽车不兼容,或者合适的连接器位置已经被他人使用。

解决这一难题的一种建议方法是使用 NACS 连接器,它在进行交流和直流充电时使用相同类型的连接器,并且外形比其他标准化连接器更小。Pionix 的 Janek Metzner 称,“(采用 NACS 的)多米诺骨牌效应比预期来得更快。如果 SAE 将连接器正式标准化,将有助于带来更高的采用率。”Pionix 基于 Linux 的开源 EVerest 平台软件栈可实现电动汽车供电设备 (EVSE) 与车辆之间的通信,并与我们的 AM625 处理器兼容。

虽然表述不同,但 Meyers 和 Metzner 的观点实际上是一致的。向电动汽车的全球性过渡期间对改善互操作性的要求是 CharIN 和 Pionix 出现的前提。德州仪器专注于开发嵌入式处理器和模拟产品,帮助设计人员创建相关应用,逐渐过渡到更多地使用可再生能源的世界,还可支持高效的 EV 充电和更高效、更智能的电网。只要充电站和车辆双方在物理上兼容、通信方式相同、连接器类型基本上就无关紧要。表 1 展示了各种连接器类型及其定义。

 1 连接器类型、首字母缩略词和定义

 

连接器类型 定义
SAE J1772 机电连接器标准获得汽车工程师协会 (SAE) 认可,适用于交流电动汽车服务设备 (EVSE),常用于北美。也称为 1 类连接器。
2 类连接器 与 1 类连接器等效,适用于欧洲。也称为 Mennekes 或 IEC 62196-2。
CCS1、CCS2 1 类和 2 类连接器的直流充电扩展,在用于通信和交流电源的引脚下方添加了更大的直流 ± 引脚。
NACS 北美充电标准,即“特斯拉”连接器,一种目前被定义和标准化为 SAE J3400 的连接器类型。

 

模拟握手

在电子领域,“握手”是指需要在同一系统中协同工作的两个集成电路之间达成的协议。握手可以发生在同一电路板上的两个 IC 之间,但如果两个系统之间存在电缆则更易于理解。好在 EV 充电站和车辆始终通过相对较长的电缆连接,因此可以把电缆插头插入插座、形成电气连接直观地理解为两个系统正在握手。

EV 充电所涉及的握手,其关键概念是在一侧生成电压,并在另一侧使用电阻器进行端接,将电压降低到特定电平。由于所有人都使用相同的电压和相同的预定义电阻值,因此除非出现故障,否则这种握手总会产生相同的结果。出现故障时将做出决策,要么继续进行基本充电,要么进行更深入的协商,称为高级充电。

虽然从通信的角度来看基本充电很简单,但打开或关闭继电器以及检测故障情况所需的电路可能非常复杂。交流 2 级充电器平台参考设计可用于在典型 EV 供电设备 (EVSE) 系统中开始实现许多功能块。对于许多基本充电器来说,MSPM0G3507 等小型微控制器可能就足够了。但是,如果充电站和电动汽车都支持高级充电,就会同意切换为数字通信,并且几乎始终需要一款运行嵌入式 Linux 且基于 Arm 的处理器。表 2 突出显示了充电系统中的各种模拟握手选项。

 2 模拟握手术语、首字母缩略词和定义

 

模拟握手 定义
接近引导 (PP) 车辆使用此信号确定何时连接到充电站(北美)。在欧洲、充电站也可以使用此信号来确定充电电缆的电流容量。
控制引导 (CP) 充电站使用此信号确定车辆何时与其连接。
IEC 61581 国际电工委员会 61851 标准,也是与通过壁式充电箱进行简单交流充电关系最为紧密的标准,通常在电动汽车所有者的家中进行这种充电,也称为基本充电。

 

数字通信 - 语言和方言

两个人说相同的语言并不意味着他们一定会理解彼此的地区方言、口音或俚语。ISO 15118 标准就像是电动汽车和充电站的通用语言,而特定品牌使用此标准的方式往往就像俚语。如果充电站不熟悉这个电动汽车品牌,很容易产生误解。

用户体验会极大地影响消费者是否考虑购买电动汽车,在电动汽车充电基础设施中使用通用的数字通信语言对提高采用率很有必要。除了与 CharIN 合作之外,德州仪器还与 Pionix 合作,向客户提供 Pionix 的开源 EV 充电软件堆栈,旨在应对电动汽车充电行业当今面临的最复杂挑战:提供全面测试且符合标准的数字通信,并能与市面上几乎所有电动汽车兼容。 表 3 列出了与电动汽车充电系统相关的各种数字通信选项。

 3 数字通信术语、首字母缩略词和定义

 

数字通信 定义
ISO 15118 国际标准化组织 15118 是一种通信协议,支持在充电过程中使用高级功能,例如直流充电、即插即充和双向充电,也称为高级充电。
DIN SPEC 70121 德国标准化学会 70121 标准是 ISO 15118 标准的前身,有时可与 ISO 15118 标准互换使用。
PLC PHY 可编程逻辑控制器物理层是一种特定类型的集成电路,用于电动汽车与充电站之间的通信,在进行高级充电时,双方都需要有此集成电路。也称为 HomePlug GreenPHY。

 

无缝充电体验

虽然通用连接器具有简化电动汽车充电体验的潜力,但提供适配器并在充电站中安装不同类型的插头可以解决物理连接器的兼容性问题。模拟握手是底层的基本原理。创建易于使用的标准化充电基础设施需要每个充电站都与连接的所有电动汽车使用相同的语言和方言。

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