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行充電，當(dāng)公交車采用充電槍進行充電時，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與 BMS 之間建立充電握手配置等階段進行完成充電過程，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行無線通訊，完成充電配置，使充電弓下降并進行觸式充電，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