在不斷發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)充電市場(chǎng)中，為什么提升互操作性非常重要
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電動(dòng)汽車(chē) (EV) 充電系統(tǒng)的制造商需要考慮兩個(gè)因素：首先是設(shè)計(jì)能夠在未來(lái)幾年內(nèi)可靠運(yùn)行的充電系統(tǒng)；其次是為消費(fèi)者提供順暢、良好的充電體驗(yàn)。
本文引用地址：http://2s4d.com/article/202403/456691.htmCharging Interface Initiative (CharIN) 是擁有 330 家會(huì)員公司的行業(yè)協(xié)會(huì)，許多不同國(guó)家/地區(qū)的此類(lèi)組織正在推動(dòng)在充電系統(tǒng)領(lǐng)域，針對(duì)所有類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)制定互操作性標(biāo)準(zhǔn)。除了開(kāi)發(fā)已被多個(gè)國(guó)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(jìn)，希望通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)美國(guó)特斯拉快速充電站使用的北美充電標(biāo)準(zhǔn) (NACS) 的標(biāo)準(zhǔn)化。
今年早些時(shí)候，Brian Berner 和 CharIN 北美分會(huì)的執(zhí)行董事 Erika Myers 討論了她對(duì)北美充電標(biāo)準(zhǔn) (NACS)在近期被許多汽車(chē)制造商采用這一趨勢(shì)的想法。Myers 稱(chēng)，“CharIN 預(yù)計(jì) CCS 標(biāo)準(zhǔn)和 NACS/SAE J3400 將在一段時(shí)間內(nèi)作為兩種 EV 充電選項(xiàng)共存。我們的看法是，這兩種標(biāo)準(zhǔn)都有提供無(wú)縫用戶體驗(yàn)的潛力，而這對(duì)于滿足消費(fèi)者對(duì)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(shí)現(xiàn)一致的互操作性，行業(yè)協(xié)作至關(guān)重要，因?yàn)檫@樣可確保用戶獲得出色體驗(yàn)，同時(shí)降低市場(chǎng)復(fù)雜性，消除消費(fèi)者的困惑并加快電動(dòng)汽車(chē)的采用?！?/p>
隨著各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展的深入，作為 CharIN 的成員，德州儀器會(huì)繼續(xù)與客戶合作，簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)充電連接，滿足互操作性需求。但目前的事實(shí)是，客戶仍然需要滿足許多標(biāo)準(zhǔn)，要構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，即使是能力最強(qiáng)的工程師團(tuán)隊(duì)也會(huì)感到力不從心。通過(guò)以下內(nèi)容可以了解影響電動(dòng)汽車(chē)充電制造商設(shè)計(jì)決策的若干因素。
安全連接器類(lèi)型
常用的電動(dòng)汽車(chē)充電連接器類(lèi)型
駕駛電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行跨國(guó)公路旅行的過(guò)程中，找不到兼容的充電站可能導(dǎo)致被困在路邊，在某些充電站充電時(shí)無(wú)法連接的情況下，再加上電動(dòng)汽車(chē)電池電量較低導(dǎo)致的里程焦慮，駕駛員可能會(huì)迅速因此倍感壓力和沮喪。旅程中的下一個(gè)直流快速充電站可能與該電動(dòng)汽車(chē)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(jìn)行交流和直流充電時(shí)使用相同類(lèi)型的連接器，并且外形比其他標(biāo)準(zhǔn)化連接器更小。Pionix 的 Janek Metzner 稱(chēng)，“（采用 NACS 的）多米諾骨牌效應(yīng)比預(yù)期來(lái)得更快。如果 SAE 將連接器正式標(biāo)準(zhǔn)化，將有助于帶來(lái)更高的采用率?！盤(pán)ionix 基于 Linux 的開(kāi)源 EVerest 平臺(tái)軟件?？蓪?shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)供電設(shè)備 (EVSE) 與車(chē)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(diǎn)實(shí)際上是一致的。向電動(dòng)汽車(chē)的全球性過(guò)渡期間對(duì)改善互操作性的要求是 CharIN 和 Pionix 出現(xiàn)的前提。德州儀器專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)嵌入式處理器和模擬產(chǎn)品，幫助設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建相關(guān)應(yīng)用，逐漸過(guò)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(chē)輛雙方在物理上兼容、通信方式相同、連接器類(lèi)型基本上就無(wú)關(guān)緊要。表 1 展示了各種連接器類(lèi)型及其定義。
表 1 連接器類(lèi)型、首字母縮略詞和定義
連接器類(lèi)型 | 定義 |
SAE J1772 | 機(jī)電連接器標(biāo)準(zhǔn)獲得汽車(chē)工程師協(xié)會(huì) (SAE) 認(rèn)可，適用于交流電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)設(shè)備 (EVSE)，常用于北美。也稱(chēng)為 1 類(lèi)連接器。 |
2 類(lèi)連接器 | 與 1 類(lèi)連接器等效，適用于歐洲。也稱(chēng)為 Mennekes 或 IEC 62196-2。 |
CCS1、CCS2 | 1 類(lèi)和 2 類(lèi)連接器的直流充電擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)，即“特斯拉”連接器，一種目前被定義和標(biāo)準(zhǔn)化為SAE J3400 的連接器類(lèi)型。 |
模擬握手
在電子領(lǐng)域，“握手”是指需要在同一系統(tǒng)中協(xié)同工作的兩個(gè)集成電路之間達(dá)成的協(xié)議。握手可以發(fā)生在同一電路板上的兩個(gè) IC 之間，但如果兩個(gè)系統(tǒng)之間存在電纜則更易于理解。好在 EV 充電站和車(chē)輛始終通過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)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(gè)系統(tǒng)正在握手。
EV 充電所涉及的握手，其關(guān)鍵概念是在一側(cè)生成電壓，并在另一側(cè)使用電阻器進(jìn)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(yù)定義電阻值，因此除非出現(xiàn)故障，否則這種握手總會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。出現(xiàn)故障時(shí)將做出決策，要么繼續(xù)進(jìn)行基本充電，要么進(jìn)行更深入的協(xié)商，稱(chēng)為高級(jí)充電。
雖然從通信的角度來(lái)看基本充電很簡(jiǎn)單，但打開(kāi)或關(guān)閉繼電器以及檢測(cè)故障情況所需的電路可能非常復(fù)雜。交流 2 級(jí)充電器平臺(tái)參考設(shè)計(jì)可用于在典型 EV 供電設(shè)備 (EVSE) 系統(tǒng)中開(kāi)始實(shí)現(xiàn)許多功能塊。對(duì)于許多基本充電器來(lái)說(shuō)，MSPM0G3507 等小型微控制器可能就足夠了。但是，如果充電站和電動(dòng)汽車(chē)都支持高級(jí)充電，就會(huì)同意切換為數(shù)字通信，并且?guī)缀跏冀K需要一款運(yùn)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(xiàng)。
表 2 模擬握手術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義
模擬握手 | 定義 |
接近引導(dǎo) (PP) | 車(chē)輛使用此信號(hào)確定何時(shí)連接到充電站（北美）。在歐洲、充電站也可以使用此信號(hào)來(lái)確定充電電纜的電流容量。 |
控制引導(dǎo) (CP) | 充電站使用此信號(hào)確定車(chē)輛何時(shí)與其連接。 |
IEC 61581 | 國(guó)際電工委員會(huì) 61851 標(biāo)準(zhǔn)，也是與通過(guò)壁式充電箱進(jìn)行簡(jiǎn)單交流充電關(guān)系最為緊密的標(biāo)準(zhǔn)，通常在電動(dòng)汽車(chē)所有者的家中進(jìn)行這種充電，也稱(chēng)為基本充電。 |
數(shù)字通信 - 語(yǔ)言和方言
兩個(gè)人說(shuō)相同的語(yǔ)言并不意味著他們一定會(huì)理解彼此的地區(qū)方言、口音或俚語(yǔ)。ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)就像是電動(dòng)汽車(chē)和充電站的通用語(yǔ)言，而特定品牌使用此標(biāo)準(zhǔn)的方式往往就像俚語(yǔ)。如果充電站不熟悉這個(gè)電動(dòng)汽車(chē)品牌，很容易產(chǎn)生誤解。
用戶體驗(yàn)會(huì)極大地影響消費(fèi)者是否考慮購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)，在電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施中使用通用的數(shù)字通信語(yǔ)言對(duì)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(kāi)源 EV 充電軟件堆棧，旨在應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電行業(yè)當(dāng)今面臨的最復(fù)雜挑戰(zhàn)：提供全面測(cè)試且符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，并能與市面上幾乎所有電動(dòng)汽車(chē)兼容。 表 3 列出了與電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)相關(guān)的各種數(shù)字通信選項(xiàng)。
表 3 數(shù)字通信術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義
數(shù)字通信 | 定義 |
ISO 15118 | 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 15118 是一種通信協(xié)議，支持在充電過(guò)程中使用高級(jí)功能，例如直流充電、即插即充和雙向充電，也稱(chēng)為高級(jí)充電。 |
DIN SPEC 70121 | 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì) 70121 標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)的前身，有時(shí)可與 ISO 15118 標(biāo)準(zhǔn)互換使用。 |
PLC PHY | 可編程邏輯控制器物理層是一種特定類(lèi)型的集成電路，用于電動(dòng)汽車(chē)與充電站之間的通信，在進(jìn)行高級(jí)充電時(shí)，雙方都需要有此集成電路。也稱(chēng)為 HomePlug GreenPHY。 |
德州儀器基于 AM625 的 EVSE 開(kāi)發(fā)平臺(tái)旨在展示和支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，展現(xiàn)了 AM625 處理器系列在電動(dòng)汽車(chē)充電應(yīng)用中的可擴(kuò)展性。
無(wú)縫充電體驗(yàn)
雖然通用連接器具有簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)充電體驗(yàn)的潛力，但提供適配器并在充電站中安裝不同類(lèi)型的插頭可以解決物理連接器的兼容性問(wèn)題。模擬握手是底層的基本原理。創(chuàng)建易于使用的標(biāo)準(zhǔn)化充電基礎(chǔ)設(shè)施需要每個(gè)充電站都與連接的所有電動(dòng)汽車(chē)使用相同的語(yǔ)言和方言。作為半導(dǎo)體制造商，德州儀器與遍布全球的電動(dòng)汽車(chē)充電制造商客戶擁有相同的目標(biāo)：繼續(xù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能夠解決互操作性問(wèn)題的技術(shù)，并最終為所有電動(dòng)汽車(chē)駕駛員提供順暢的充電體驗(yàn)。
其他資源
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（來(lái)源：德州儀器）
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