文章導(dǎo)讀

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，今年一季度新能源汽車產(chǎn)銷分別為129.3萬輛和125.7萬輛，同比翻倍。在銷量構(gòu)成中，純電汽車占比超過70%，中國新能源汽車市場由純電汽車主導(dǎo)。

電動汽車的充電問題一直是大家關(guān)注的重點，本文帶你了解瑞薩RA6M1單片機在電動汽車交流充電樁的應(yīng)用及快速開發(fā)過程。

作者簡介

Trent Jiang(蔣韜)

安富利現(xiàn)場應(yīng)用工程師，具有10年MCU研發(fā)工作經(jīng)驗和系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，使用Infineon、Renesas、ST和Microchip等廠家的MCU開發(fā)過不同類型的產(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，解決客戶遇到的MCU及系統(tǒng)級技術(shù)問題。目前正在編寫《Infineon PSoC4 自學(xué)筆記》一書，預(yù)計2022年底由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

電動汽車交流充電樁

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汽車或可插電混合動力電動汽車充電，為電動汽車車載充電機提供交流電源的供電裝置，相當(dāng)于只是起了一個控制電源的作用。

根據(jù)不同車輛電池容量，車輛充滿電的時間一般需要3至8個小時。根據(jù)交流充電樁系統(tǒng)實際需求，一般會搭配兩顆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、電能計量、計費單元控制和通信傳輸;另一顆MCU用于在無網(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)存儲在內(nèi)部Data Flash中

交流充電樁的設(shè)計框圖如圖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合

· PWM監(jiān)測汽車的CP信號

· ADC采集高壓信號

· UART用于射頻非接卡和LCD等通訊

· 溫濕度監(jiān)測和4G模組

· Data Flash使用

PWM監(jiān)測電動汽車的CP信號模塊介紹

交流充電樁的CP信號是用于監(jiān)控電動汽車和充電樁交互的功能的信號，它是由MCU發(fā)出的PWM信號。CP信號的幅值范圍是±12V，PWM信號的占空比表示當(dāng)前充電樁為電動汽車提供的最大充電電流數(shù)據(jù)，當(dāng)PWM為1kHz， 53%占空比的時候，可以為電動汽車提供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體或企業(yè)內(nèi)部使用時候，無需計費單元和聯(lián)網(wǎng)功能，可使用射頻非接卡可以進行自助充電，完全可以脫離網(wǎng)絡(luò)對電動汽車進行充電。

GPIO和光耦控制繼電器的開合

由于整個系統(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，同時使用MOS和繼電器控制電源的通斷。

溫濕度監(jiān)測和4G模組

板級溫濕度監(jiān)測, 主要用于監(jiān)測PCB的板載溫度，由于整板采用交流220V電源供電，同時后續(xù)電路有多顆LDO，使用溫濕度傳感器監(jiān)測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，保證客戶在使用過程中即便發(fā)生無網(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)計完成后，開始進行軟件程序編寫，Renesas IDE 是e2 studio，調(diào)試器是E2-lite，官方文檔很詳細，基本上熟悉一天的話，底層的驅(qū)動及應(yīng)用就可以上手了，同時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天的時間內(nèi)，我完成了樣機的Demo調(diào)試，性能完全滿足要求。

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

原文標(biāo)題：一文學(xué)會快速開發(fā)電動汽車交流充電樁

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