一種實現(xiàn)充電弓與新能源車無線通信的方案

當(dāng)前，電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化正在成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢，作為新基建領(lǐng)域之一的新能源充電樁，影響著我國新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，今天為大家介紹一種實現(xiàn)充電弓與新能源車無線通信的方案。

根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至 2020 年 1 月底，全國已建成公共充電樁 53.1 萬臺，私人充電樁 71.2 萬臺，車樁比約為 3.5:1，遠(yuǎn)低于《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020)》規(guī)劃的 1:1。根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》（征求意見稿）規(guī)劃，到 2025 年新能源汽車銷量占汽車銷量的 25%左右，保守預(yù)計新能源汽車銷量 700 萬輛左右。以新能源汽車保有量 2000 萬輛、車樁比 1:1 估算，需要的充電樁數(shù)量約 1880 萬臺。由此可見，我國在新能源車及充電樁方面將來幾年會迅速發(fā)展起來。

一、傳統(tǒng)充電樁對新能源汽車充電的弊端

目前新能源客車在公交領(lǐng)域普及率最高了，現(xiàn)在的新能源公交車大多采用充電槍進(jìn)行充電，當(dāng)公交車采用充電槍進(jìn)行充電時，充電電流最大不超過 250 安，充電時間相對長，而且充電槍在和車上的接口多次插拔后，彼此的間隙越來越大，從而產(chǎn)生放電，導(dǎo)致充電槍被燒的故障，發(fā)生此類事故，則必須更換充電槍，維修成本高；另一方面每次充電操作都需要人工操作，當(dāng)充電槍相關(guān)配件因器件老化或者安全措施不到位，充電槍頭也會帶電，在使用過程中，容易發(fā)生觸電安全事故。

圖 1 傳統(tǒng)充電模式

二、充電弓的工作原理

為了解決傳統(tǒng)充電模式帶來的安全隱患及操作的繁瑣性，充電弓方案應(yīng)運(yùn)而生。充電弓主要包括充電樁電源模塊、控制模塊以及第一無線傳輸模塊，公交部分主要包括 BMS 電池管理系統(tǒng)以及第二無線傳輸模塊，如下圖 2 原理框圖。與傳統(tǒng)充電樁充電的相同點在于，兩者都是通過充電機(jī)與 BMS 之間建立充電握手配置等階段進(jìn)行完成充電過程，而不同點在于，充電弓的第一無線通訊模塊與大巴車中的第二無線通訊可配對進(jìn)行無線通訊，完成充電配置，使充電弓下降并進(jìn)行觸式充電，無需人工干預(yù)。

圖 2 充電弓充電原理圖

新能源汽車各個 ECU 之間通信采用 CAN 總線方式，但是 CAN 總線傳輸?shù)?a target="_blank">信號與工業(yè)以太網(wǎng)信號不兼容，那么為了將電動汽車內(nèi)傳輸?shù)男盘柵c充電弓的信號無線通信，可用 CAN 轉(zhuǎn) WIFI 模塊使兩者建立無線通信橋梁，實現(xiàn)建立充電配對。

三、新能源汽車無線充電控制方案

電動汽車和充電弓分別內(nèi)置 CANWiFi-200T 轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)充電數(shù)據(jù)無線傳輸。在充電過程中，用戶可通過駕駛艙中的屏幕實時查看電池容量、電壓、電流等參數(shù)，并可對充電故障實時監(jiān)控，保證充電安全。

圖 3 電動客車充電弓無線通信方案

CANWiFi-200T 是一款高性能工業(yè)級 WiFi 與 CAN-bus 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，它內(nèi)部集成了 2 路 CAN-bus 接口、1 路 EtherNet 接口以及 1 路 WiFi 接口，自帶成熟穩(wěn)定的 TCP/IP 協(xié)議棧，用戶利于它可以輕松完成 CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)和 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的互連互通。

圖 4 CANWIFI-200T

1. CANWiFi-200T 實現(xiàn)充電弓與電動車無線通信是通過自帶的 AP 熱點模式與 Station 客戶端模式。

AP 模式是指將 CANWiFi-200T 作為一個無線熱點，接受其他 WiFi 設(shè)備的連接的模式，就像一臺無線路由器。

Station 模式是指 CANWiFi-200T 作為一個客戶端連接到無線路由器等 AP 熱點上，實現(xiàn)無線接入網(wǎng)絡(luò)的功能。

圖 5 充電弓與電動大巴充電配對

用戶通過配置軟件使充電弓的 CANWiFi-200T 無線通訊模塊工作在 AP 模式，使大巴車作為 Station 模式接入，即可實現(xiàn)無線連接。

2. CANWiFi-200T 自帶 1 路 LAN 接口，支持 TCP Server、TCP Client、UDP 等多種工作模式

TCP Server 模式下，CANWiFi-200T 不會主動與其它設(shè)備連接。它始終等待客戶端（TCP Client）的連接，在與客戶端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，如圖 6 所示。

圖 6 CANWiFi-200T-TCP Server 模式

TCP Client 模式下，CANWiFi-200T 將主動與預(yù)先設(shè)定好的 TCP 服務(wù)器連接。如果連接不成功，客戶端將會根據(jù)設(shè)置的連接條件不斷嘗試與 TCP 服務(wù)器建立連接。在與 TCP 服務(wù)器端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，如圖 7 所示。

圖 7 CANWiFi-200T-TCP Client 模式

UDP 模式使用 UDP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。UDP 是一種不基于連接的通信方式，工作在這種方式下的設(shè)備，地位都是相等的，不存在服務(wù)器和客戶端，它不能保證發(fā)往目標(biāo)主機(jī)的數(shù)據(jù)包被正確接收，所以在對可靠性要求較高的場合需要通過上層的通信協(xié)議來保證數(shù)據(jù)正確，如圖 8 所示。

圖 8 CANWiFi-200T-UDP 模式

注意：LAN 與 WLAN 不能同時工作，當(dāng)插入網(wǎng)線時，WLAN 停止工作，LAN 工作；當(dāng)拔掉網(wǎng)線時，WLAN 工作，LAN 停止工作。

編輯：hfy