新国标下的交流充电桩电源及信号接口解决方案

摘 要

       传导式交流充电桩是为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。2016年初，国家颁布了针对充电桩的新标准。本文重点介绍了新国标对交流充电桩的一些技术要求，并推荐了典型的电源解决方案。

关键词：电动汽车；车载充电机；交流充电桩

一、新国标对交流充电桩的要求

       2015年底国家发布了GB/T 20234.1-2015、GB/T 20234.2-2015、GB/T 18487.1-2015等标准。对比之前的版本，新国标修改和增加了一些对交流充电桩的要求。例如：交流充电桩的充电电流从“不超过32A”，修改为“不超过63A“；又如：在车辆接口、供电接口方面有了规定：交流充电电流大于16A时，供电接口和车辆接口应具有锁止功能，该锁止功能应符合GB/T20234.1-2015的相关要求。

       另外，考虑到充电桩使用的环境及EMC方面特性，内部的辅助电源在这方面的性能与整机要求相一致，简单罗列环境条件与电磁兼容性如下：

1.1环境条件

       工作环境温度：-20℃～+50℃；
       相对湿度：5％～95％；
       海拔高度≤2000m；
       在特殊环境下，充电机的使用应在厂家和用户之间进行协商；

       使用地点不得有爆炸危险介质，周围不含有腐蚀性和破坏绝缘的有害气体及导电介质。

1.2电磁兼容性

       静电放电抗扰度：充电机应能承受GB／T 17626.2—2006中第5章规定的试验等级为3级的静电放电抗扰度试验，接触放电试验电压6KV，空气放电试验电压8KV；

       射频电磁场辐射抗扰度：充电机应能承受GB／T 17626.3—2006中第5章规定的试验等级为3级的射频电磁场辐射抗扰度试验，频率范围80~1000MHz，试验场强10V/m，正弦波1kHz，80%幅度调制；

       电快速瞬变脉冲群抗扰度：充电机应能承受GB／T 17626.4—2008中第5章规定的试验等级为3级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，在输入输出端口试验电压2KV，重复频率5kHz和100kHz；

       浪涌(冲击)抗扰度：充电机应能承受GB/T 17626.5—2008中第5章规定的试验等级为3级的浪涌(冲击)抗扰度试验，线-线：1KV，线-地：2KV；

       电压暂降、短时中断抗扰度试验：交流充电桩在工作状态下，按GB/T 17626.11的规定，试验电压等级0%~70%，试验3次；

       对于抗扰度试验，判定的标准有如下2类结果认为合格：

       A类：试验时和试验后交流充电桩均能正常工作，不应有任何误动作、损坏、死机、复位现象，数据采集应准确；
       B类：试验时交流充电桩可以出现短时通信中断和液晶显示瞬时闪屏等，其他功能和性能都应正常，试验后无需人工干预，交流充电桩应可以自行恢复，所有保留数据不应丢失。

二、电源解决方案推荐

       充电桩内部各组成负载所需电源的要求存在一定的差异性。下面，推荐常见的供电方式如下图一所示：

       控制部分推荐金升阳隔离AC/DC电源模块LH10-10C0512-02。此电源模块可输出三路电源，输出+5V给数字控制电路以及GPRS通信模块和小尺寸的显示单元供电；输出±12V给控制引导的CP供电。而隔离AC/DC电源模块LH20-10B12输出12V电压，主要给继电器单元以及电子锁供电。

       整个充电桩通信部分推荐TD501D485H隔离收发模块。该产品为5V供电的485通信隔离模块，可实现充电桩内部的计量仪表（电表）的485通信隔离，将电量数据信息传递给主控电路，计算出需要收取的电费等信息，再通过GPRS将信息传到主站等设备。

       当然电子锁供电也可以集成在同一个模块中去。因电子锁所需功率为瞬态功率，正常工作时可以将余留的功率给整个主控装置供电，所得的一个典型的应用方案如下图二所示：

       该方案与前述方案除了主供电电源集合在一起外，在CP控制信号方面采用了WRA1212S-3WR2模块来实现隔离供电；同时在显示屏数据传输方面，通过TD501D232H隔离收发模块对RS232信号做了隔离，有效地避免了显示屏受到脉冲群等干扰。

三、设计说明

       上述推荐的两个应用方案在设计方面来说，主要有三个好处：

       一、辅助电源供电设计相对简单。电压需求可以灵活地配选，以切合系统中不同的负载电压要求，例如：12V、5V、±12V的电压需求；
       二、EMC抗扰度高。上文推荐的金升阳LH系列AC/DC电源模块不需要增加过多的外围电路就可以达到前文所述的国标对于充电桩的EMC抗扰度要求，在电路设计方面又简化了外围参数。
       三、模块电源具有小型化、散热均匀等优势，同时模块电源内部含有电子灌封料，在充电桩整机做IP防护方面，关键的辅助供电部分要求就不会那么高了。

四、总结

       依据国家发改委的规划，国家电网预计到2020年，充电桩市场需求总规模将达2000亿元，这给充电桩制造企业带来良好的发展机遇。而交流充电桩相对直流充电桩来说，以其成本相对低廉，将会占有大部分市场份额，为电源行业带来一个发展的高峰期。