文章導(dǎo)讀

據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，今年一季度新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別為129.3萬(wàn)輛和125.7萬(wàn)輛，同比翻倍。在銷(xiāo)量構(gòu)成中，純電汽車(chē)占比超過(guò)70%，中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)由純電汽車(chē)主導(dǎo)。

電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題一直是大家關(guān)注的重點(diǎn)，本文帶你了解瑞薩RA6M1單片機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁的應(yīng)用及快速開(kāi)發(fā)過(guò)程。

作者簡(jiǎn)介

Trent Jiang(蔣韜)

安富利現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，具有10年MCU研發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，使用Infineon、Renesas、ST和Microchip等廠家的MCU開(kāi)發(fā)過(guò)不同類(lèi)型的產(chǎn)品。主要工作包括推薦整體解決方案，協(xié)助客戶完成MCU的軟硬件設(shè)計(jì)，解決客戶遇到的MCU及系統(tǒng)級(jí)技術(shù)問(wèn)題。目前正在編寫(xiě)《Infineon PSoC4 自學(xué)筆記》一書(shū)，預(yù)計(jì)2022年底由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁

交流充電樁俗稱“慢充”，交流單相充電樁一般最大額定功率為7kW，充電樁一般與交流電網(wǎng)(市電)連接。交流充電樁主要適用于為小型純電動(dòng)汽車(chē)或可插電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)充電，為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)提供交流電源的供電裝置，相當(dāng)于只是起了一個(gè)控制電源的作用。

根據(jù)不同車(chē)輛電池容量，車(chē)輛充滿電的時(shí)間一般需要3至8個(gè)小時(shí)。根據(jù)交流充電樁系統(tǒng)實(shí)際需求，一般會(huì)搭配兩顆ARM Cortex M4內(nèi)核以上的MCU，其中一顆為主要核心MCU，用于整樁控制，包含充電控制、電能計(jì)量、計(jì)費(fèi)單元控制和通信傳輸;另一顆MCU用于在無(wú)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)使用，可搭配射頻卡或Wi-Fi使用，一般應(yīng)用于個(gè)體使用或企業(yè)內(nèi)部使用。

整體交流充電樁使用的外設(shè)及資源包含：GPIO、ADC、PWM、IIC、UART和USB等資源。Renesas RA6M1 MCU，性能非常適合本設(shè)計(jì)的要求。

RA6M1

- 100Pin的QFP封裝

- ARM Cortex M4內(nèi)核的MCU帶有DSP等功能

- 豐富的GPIO和外設(shè)資源

- 120MZH的主頻

- 帶有512kB Flash和 256kB SRAM，可以減少片外FLASH的需求，可以將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部Data Flash中

交流充電樁的設(shè)計(jì)框圖如圖1及部分硬件原理圖如圖2所示：

圖1 交流充電樁原理圖

模塊功能介紹

· GPIO和光耦控制繼電器的開(kāi)合

· PWM監(jiān)測(cè)汽車(chē)的CP信號(hào)

· ADC采集高壓信號(hào)

· UART用于射頻非接卡和LCD等通訊

· 溫濕度監(jiān)測(cè)和4G模組

· Data Flash使用

PWM監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車(chē)的CP信號(hào)模塊介紹

交流充電樁的CP信號(hào)是用于監(jiān)控電動(dòng)汽車(chē)和充電樁交互的功能的信號(hào)，它是由MCU發(fā)出的PWM信號(hào)。CP信號(hào)的幅值范圍是±12V，PWM信號(hào)的占空比表示當(dāng)前充電樁為電動(dòng)汽車(chē)提供的最大充電電流數(shù)據(jù)，當(dāng)PWM為1kHz， 53%占空比的時(shí)候，可以為電動(dòng)汽車(chē)提供32A的充電電流。

UART用于射頻非接卡和LCD等通訊模塊介紹

LCD選用迪文的觸摸液晶屏，主要用于人機(jī)界面顯示和急停按鈕反饋，LCD屏幕輸出充電樁當(dāng)前的信息，包含輸出電壓、電流、充電量和費(fèi)用清單等。

射頻非接卡是預(yù)留的交互接口，為交流充電樁可配置選型，當(dāng)交流充電樁的終端用戶為個(gè)體或企業(yè)內(nèi)部使用時(shí)候，無(wú)需計(jì)費(fèi)單元和聯(lián)網(wǎng)功能，可使用射頻非接卡可以進(jìn)行自助充電，完全可以脫離網(wǎng)絡(luò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。

GPIO和光耦控制繼電器的開(kāi)合

由于整個(gè)系統(tǒng)采用交流220V供電，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性GPIO的輸出控制全部帶有光耦，同時(shí)使用MOS和繼電器控制電源的通斷。

溫濕度監(jiān)測(cè)和4G模組

板級(jí)溫濕度監(jiān)測(cè), 主要用于監(jiān)測(cè)PCB的板載溫度，由于整板采用交流220V電源供電，同時(shí)后續(xù)電路有多顆LDO，使用溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)整板溫度異常和安裝環(huán)境的濕度異常，當(dāng)發(fā)生異常后MCU將關(guān)閉充電功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

Data Flash

Data Flash主要用于記錄在斷網(wǎng)狀態(tài)下充電樁的結(jié)算數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)記錄，保證客戶在使用過(guò)程中即便發(fā)生無(wú)網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)客戶的充電數(shù)據(jù)信息都可以記錄。

圖2 交流充電樁部分原理圖

在硬件設(shè)計(jì)完成后，開(kāi)始進(jìn)行軟件程序編寫(xiě)，Renesas IDE 是e2 studio，調(diào)試器是E2-lite，官方文檔很詳細(xì)，基本上熟悉一天的話，底層的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用就可以上手了，同時(shí)Renesas給出了很多例程都可以快速的導(dǎo)入到IDE里面，在新建工程時(shí)建議將編譯工具鏈選擇最新版本，不僅編譯速度快而且電腦不卡。在不到60天的時(shí)間內(nèi)，我完成了樣機(jī)的Demo調(diào)試，性能完全滿足要求。

在使用過(guò)Renesas的MCU后, 感覺(jué)Renesas基于ARM Cortex M內(nèi)核的MCU在功能和IDE方面非常好用，無(wú)論在硬件軟件上Renesas MCU都是值得選擇的單片機(jī)，從此開(kāi)始了我的Renesas MCU開(kāi)發(fā)之路。

原文標(biāo)題：一文學(xué)會(huì)快速開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁

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