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2020年04月15日 | 如何实现充电弓快速充电的无线通讯？
2020-04-15
当前，电动化、网联化、智能化、共享化正在成为汽车产业的发展潮流和趋势，作为新基建领域之一的新能源充电桩，影响着我国新能源汽车发展的关键一环，今天为大家介绍一种实现充电弓与新能源车无线通信的方案。
根据中国充电联盟数据，截至 2020 年 1 月底，全国已建成公共充电桩 53.1 万台，私人充电桩 71.2 万台，车桩比约为 3.5:1，远低于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》规划的 1:1。根据《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》（征求意见稿）规划，到 2025 年新能源汽车销量占汽车销量的 25%左右，保守预计新能源汽车销量 700 万辆左右。以新能源汽车保有量 2000 万辆、车桩比 1:1 估算，需要的充电桩数量约 1880 万台。由此可见，我国在新能源车及充电桩方面将来几年会迅速发展起来。
一、传统充电桩对新能源汽车充电的弊端
目前新能源客车在公交领域普及率最高了，现在的新能源公交车大多采用充电枪进行充电，当公交车采用充电枪进行充电时，充电电流最大不超过 250 安，充电时间相对长，而且充电枪在和车上的接口多次插拔后，彼此的间隙越来越大，从而产生放电，导致充电枪被烧的故障，发生此类事故，则必须更换充电枪，维修成本高；另一方面每次充电操作都需要人工操作，当充电枪相关配件因器件老化或者安全措施不到位，充电枪头也会带电，在使用过程中，容易发生触电安全事故。
图 1 传统充电模式
二、充电弓的工作原理
为了解决传统充电模式带来的安全隐患及操作的繁琐性，充电弓方案应运而生。充电弓主要包括充电桩电源模块、控制模块以及第一无线传输模块，公交部分主要包括 BMS 电池管理系统以及第二无线传输模块，如下图 2 原理框图。与传统充电桩充电的相同点在于，两者都是通过充电机与 BMS 之间建立充电握手配置等阶段进行完成充电过程，而不同点在于，充电弓的第一无线通讯模块与大巴车中的第二无线通讯可配对进行无线通讯，完成充电配置，使充电弓下降并进行触式充电，无需人工干预。
图 2 充电弓充电原理图
新能源汽车各个 ECU 之间通信采用 CAN 总线方式，但是 CAN 总线传输的信号与工业以太网信号不兼容，那么为了将电动汽车内传输的信号与充电弓的信号无线通信，可用 CAN 转 WIFI 模块使两者建立无线通信桥梁，实现建立充电配对。
三、新能源汽车无线充电控制方案
电动汽车和充电弓分别内置 CANWiFi-200T 转换器，可实现充电数据无线传输。在充电过程中，用户可通过驾驶舱中的屏幕实时查看电池容量、电压、电流等参数，并可对充电故障实时监控，保证充电安全。
图 3 电动客车充电弓无线通信方案
CANWiFi-200T 是一款高性能工业级 WiFi 与 CAN-bus 的数据转换设备，它内部集成了 2 路 CAN-bus 接口、1 路 EtherNet 接口以及 1 路 WiFi 接口，自带成熟稳定的 TCP/IP 协议栈，用户利于它可以轻松完成 CAN-bus 网络和 WiFi 网络的互连互通。
图 4 CANWIFI-200T
1. CANWiFi-200T 实现充电弓与电动车无线通信是通过自带的 AP 热点模式与 Station 客户端模式。
AP 模式是指将 CANWiFi-200T 作为一个无线热点，接受其他 WiFi 设备的连接的模式，就像一台无线路由器。
Station 模式是指 CANWiFi-200T 作为一个客户端连接到无线路由器等 AP 热点上，实现无线接入网络的功能。
图 5 充电弓与电动大巴充电配对
用户通过配置软件使充电弓的 CANWiFi-200T 无线通讯模块工作在 AP 模式，使大巴车作为 Station 模式接入，即可实现无线连接。
2. CANWiFi-200T 自带 1 路 LAN 接口，支持 TCP Server、TCP Client、UDP 等多种工作模式
TCP Server 模式下，CANWiFi-200T 不会主动与其它设备连接。它始终等待客户端（TCP Client）的连接，在与客户端建立 TCP 连接后即可进行双向数据通信，如图 6 所示。
图 6 CANWiFi-200T-TCP Server 模式
TCP Client 模式下，CANWiFi-200T 将主动与预先设定好的 TCP 服务器连接。如果连接不成功，客户端将会根据设置的连接条件不断尝试与 TCP 服务器建立连接。在与 TCP 服务器端建立 TCP 连接后即可进行双向数据通信，如图 7 所示。
图 7 CANWiFi-200T-TCP Client 模式
UDP 模式使用 UDP 协议进行数据通信。UDP 是一种不基于连接的通信方式，工作在这种方式下的设备，地位都是相等的，不存在服务器和客户端，它不能保证发往目标主机的数据包被正确接收，所以在对可靠性要求较高的场合需要通过上层的通信协议来保证数据正确，如图 8 所示。
图 8 CANWiFi-200T-UDP 模式
注意：LAN 与 WLAN 不能同时工作，当插入网线时，WLAN 停止工作，LAN 工作；当拔掉网线时，WLAN 工作，LAN 停止工作。
史海拾趣
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