电动汽车充电的三大设计注意事项

用于商业和住宅用途的典型电动汽车 (EV) 充电站设计包括电能计量、剩余电流检测（交流和直流）、隔离安全合规性、继电器和接触器，还具有驱动功能、双向通信以及服务和用户界面。虽然充电站的目标是高效地将电力传输到车辆，但实现电力传输仅是其最初的功能。

根据 IHS Markit 的最新报告，到 2030 年，估计有 2000 万个公共电动汽车充电站将连接到电网，小区充电站规模预计将大幅扩展以满足需求。电动汽车充电站设计包含独特的挑战。电动汽车供应设备 (EVSE) 必须结合通信、功能安全和信息安全功能，同时提供简单的升级路径，以便适应未来的电网集成。在本文中，我将在可扩展硬件和软件案例中简要介绍将TI 的 SitaraTM AM625用于 2 级交流电动汽车充电站的三个设计注意事项。

设计注意事项 1：了解未来的通信标准和电网集成

未来的电动汽车有望成为能源来源，即在用电高峰或停电期间将存储的电能返回电网。管理这种潜在的能量交换是电网集成的一个方面，这使得通信成为电动汽车充电站的一项关键设计考量。无论是车辆充电点到电网，还是充电站到云端，前后端通信设计都必须满足充电过程中的数据、功能安全与信息安全标准，如图 1 所示。

图 1：V2G 技术

国际标准化组织 (ISO) 15118 标准概述了电动汽车和充电站之间的双向通信协议，能够交换车辆识别、充电控制和充电状态等信息，从而实现即插即充等功能。囊括前端和后端通信要求以满足 ISO 15118 标准，不仅在当前满足合规性，还能面向未来的电网集成实现设计的长期适用性。

当前选择合适的处理器集成和软件功能，可以面向未来的电网集成实现简单的优化。图 2 所示电动汽车充电设计中使用的 SitaraTM AM625 包括一个带有标准软件开发套件的主线 Linux® 内核，可确保高效维护和简化更新。AM625处理器还支持安全启动以实现 IP 保护，带有内置的硬件安全模块 (HSM)，并采用先进的电源管理支持来优化空闲时的系统功耗。

图 2：交流充电器方框图；直流充电器方框图

设计注意事项 2：利用基于模块的设计实现灵活的交流或直流充电选项

为电动汽车充电器确定合适的连接解决方案包括考虑其用例、安装环境以及针对电网集成的扩展。商用电动汽车充电器通常需要云连接来管理计费、配电以及汽车数据洞察，您可能需要考虑在多个充电点之间进行集中数据管理的功能。小区充电器最终将成为智能家居的延伸，需要与现有的有线和无线网络集成。

开放充电协议 (OCPP) 是定义在充电站和管理数据交换的充电站网络之间通信的标准。面向该协议进行设计需要多种连接选项，可通过以太网、蜂窝、Wi-Fi® 或 Sub-1GHz 信号来实现。

为了应对灵活满足 OCPP 的挑战，电动汽车充电器需要具有多种连接选项。例如，WiFi 无处不在。因此，它可用于将电动汽车充电器连接到现有基础设施，或为有线连接不可行的充电站网络提供本地连接。当电动汽车充电器部署在地下停车场等具有挑战性的射频环境中时，Sub-1GHz 等低频通信在连接可靠性方面优于LTE。无论设计是用于商业还是住宅用途，或者充电器的位置在哪里，设计都需要灵活可靠的连接解决方案。

选择合适的连接解决方案意味着支持更高的工作温度范围，即使在温度变化很大的恶劣环境中也能确保稳定连接。此外，还要确保与商业或家庭网络的互操作性。TI 的WL1837MOD WiLinkTM 8 模块可提供出色的射频性能，以及与其他 WiFi 设备的强大互操作性。它还集成了蓝牙，便于配置和部署。结合 Phytec 可用于大批量生产的 Phycor-am62x 多核 Arm® 处理器系统级模块，WL1837MOD 可提供生态系统软件兼容性，便于第三方软件集成，并为未来 OCPP 2.0.1 及更高版本的迁移和优化提供升级路径。

设计注意事项 3：通过信息安全与功能安全选项管理寿命。

随着 ISO 15118 和 OCPP 2.0.1未来朝着提高数据洞察（对车辆和用户数据）的方向发展，安全软件对于连接和通信都至关重要。该处理器将在实现未来电动汽车充电可扩展方面发挥关键作用，既作为监测数据质量和充电级别的系统监视器，又可为深入了解支付和车辆数据提供安全网关。

ISO 15118 的应用层和传输层都支持数据安全。传输层安全 (TLS) 1.2 或更高版本对传输层通信进行加密。尽管 ISO 15118-2 的 TLS 仅在使用即插即充识别机制时是强制性的，但 TLS 在未来的 ISO 15118-20 标准中对所有用例和所有识别机制都是强制性的。AM625 具有板载 HSM 信息安全功能，例如：