ZHCT452 November 2023 AM625 , MSPM0G3507
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，我和 CharIN 北美分会的执行董事 Erika Myers 讨论了她对 NACS [北美充电标准] 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。”
作为 CharIN 的成员，TI 会继续与我们的客户合作，随着各项标准的发展的深入，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。我们来了解一下影响电动汽车充电制造商设计决策的若干因素。
连接器类型
常用的电动汽车充电连接器类型
假设您正在驾驶一辆电动汽车进行跨国公路旅行，但在某些充电站充电时无法连接。在这种情况下，再加上由于电动汽车电池电量较低导致的里程焦虑，可能会迅速使压力增加到令人沮丧的程度，因为找不到兼容的充电站就会被困在路边。旅程中的下一个直流快速充电站可能与您的电动汽车不兼容，或者其他人已在使用有合适连接器的位置。
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 Meyers 和 Metzner 似乎有不同的意见，但实际上他们的观点是一致的。CharIN 和 Pionix 出现的前提，均是向电动汽车的全球性过渡期间对改善互操作性的要求。在 TI，我们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 下面展示了各种连接器类型及其定义。
| 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，因此您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。
| 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。如果您的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，我们还与 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，还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。
| 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。 |
我们基于 AM625 的 EVSE 开发平台 旨在展示和支持所有符合标准的数字通信，展现了 AM625 处理器系列在任何电动汽车充电应用中的可扩展性。
基于 AM625 且具有 HMI 的智能、互联电动汽车充电站开发平台
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。作为半导体制造商，我们的目标与我们遍布全球的电动汽车充电制造商客户相同：继续设计和开发能够解决互操作性问题的技术，并最终为所有电动汽车驾驶员提供顺畅的充电体验。
其他资源：
- 查看基于 AM625 且具有 HMI 的智能、互联电动汽车充电站开发平台
- 进一步了解 TI 的电动汽车充电解决方案：ti.com/evcharging