【解决方案】充电桩从电源隔离到温度监测的一体化方案设计

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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。



图1 充电桩受到外界干扰示例

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。



图2 过温引起火灾险情（图片源自网络，侵删）

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	高集成、低功耗的Cortex-A7核心板，支持Linux、AWorks IoT操作系统，板载Wi-Fi、蓝牙模块。	-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℃
RSM485M	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10Hz/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℃。

RSM485M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。
RSM485M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。