直流充电桩上电源、CAN、RS485、RS232的隔离应用

 直流充电桩是一个典型的强弱电结合的电子系统，充电功率流的强电部分跟后台的控制、显示、通讯、计费等弱电系统集合在一起，EMC和可靠性兼顾的问题比较棘手。下面简要描下电源、CAN、RS485/232的隔离在直流桩上的应用。

图 1 充电桩示意图

一、直流桩的主要通信方式

1、CAN-bus：根据GB/T 20234.1-2015《电动汽车传导充电用连接装置》的规范，直流桩与电动汽车通过CAN接口进行通信，每一个充电插头都有CAN接口。一桩两充、一桩四充则有多个CAN接口。同时，控制单元和充电机之间一般也通过CAN通信，控制整个充电的过程。

2、RS485：电能表、绝缘检测和控制单元之间一般通过RS-485相连，完成电量的统计计费、漏电检测等。

3、RS232：刷卡、微打等功能部件和控制单元之间，一般用RS-232相连，完成身份识别、扣费、账单打印等功能。

4、Wifi、GPRS、工业以太网等：主要是连接车联网、服务器后台等，方便实现远程的系统监控、升级、数据管理等。

如图 2所示是国家电网的直流充电机通用技术规范示例的通信关系图。

图 2 国家电网的充电桩通信关系图

二、直流桩上的电源、CAN、RS485/232隔离应用解决方案

就CAN、RS485、RS232的通信方式来说，不论是直流桩还是交流桩，因一般通信的距离不会很长，节点数也不需要很多，一般的收发器都能满足波特率、节点数量的需求。对于直流桩而言，同时也需强调其它保护及可靠性的方面的需求：

1、优异的EMS性能：直流桩内部或周边有大功率的充电机，会产生较强的电磁干扰，通信模块自身需能有效防护电磁能量，同时具备隔离功能，降低每个子系统相互之间的串扰及共模噪声的影响。

2、可靠的总线防护：充电桩在给车充电时，充电枪常需跟车载充电口连接、断开，同时不同汽车的车况环境不一样，在此过程中，充电枪内负责跟BMS通信的CAN接口极易产生ESD、瞬态的电压变化、电火花干扰等，若无充分的防护，CAN接口容易损坏。

3、宽泛的温度适应性：直流桩一般安装在空旷的室外，国内南北方的室外温度可达-35℃~+45℃，同时桩内大功率充电机工作时会给周边辐射大量的热量，综合考量环境温度和直流桩工作与否的状态，桩内的温度变化范围预计可达-35℃~+70℃，对各个桩内部件而言，都是严苛的考验，通信模块需能胜任。

4、低故障率：直流桩承担着给电动汽车续航的重任，同时大都安装在高速公路、空旷的野外等环境，出故障后的直接损失和维护成本都比较高，要求包括隔离模块在内的各部件高可靠、低故障，保证充电桩持久稳定的为顾客服务。

结合桩内各子系统的供电应用，CAN、RS485/232的通信方案如所示。

图 3 直流桩上的电源、CAN、RS485/232隔离应用解决方案

ZLG的CTM系列CAN隔离、RSM系列RS485、RS232隔离可轻松应付上述需求，高共模抑制性能、模块化设计，帮助用户快速实现功能，同时满足直流桩的复杂的电磁、温度环境。如CTM1051KT，内部集成新一代技术的隔离DC-DC，整个模块的隔离电压高达3500VDC，允许工作的温度范围支持-40~105℃。

图 4 RSM隔离CAN模块

图 5 隔离RS485收发模块

三、直流桩上的CAN口扩展解决方案

在类似一桩多充等需要较多CAN接口的应用中，主控系统的CAN接口可能不够用，此时需通过外设、从MCU等方式来外壳CAN应用。对此，CSM100L系列嵌入式UART转CAN模块可提供理想的解决方案。CSM100L的UART和CAN之间具备2500VDC的电气隔离，小体积模块化设计，CAN口符合ISO11898标准，支持5K~1Mbps的速率，通过操作UART即可跟CAN设备通信，如图 6 嵌入式UART转CAN所示。

图 6 嵌入式UART转CAN

直流桩内部通信接口的设计主要考虑的是抗电磁干扰、宽温度范围、及常时间工作的可靠性，性能和质量是最重要的考量因素，推荐采用一体化的接口隔离模块，再搭配合理的电源隔离方案，有效帮助用户设计出高可靠的直流桩产品。

图 7 工业级隔离AC-DC电源