如何实现充电弓快速充电的无线通讯？

摘要：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。

l 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。

l 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

l 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

l  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

l 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。