摘要：當前，電動化、網聯化、智慧化、共享化正在成為汽車產業的發展潮流和趨勢，作為新基建領域之一的新能源充電樁，影響著中國新能源汽車發展的關鍵一環，今天為大家介紹一種實現充電弓與新能源車無線通訊的方案。
根據中國充電聯盟資料，截至2020年1月底，全國已建成公共充電樁53.1萬臺，私人充電樁71.2萬臺，車樁比約為3.5:1，遠低於《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020)》規劃的1:1。根據《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》（徵求意見稿）規劃，到2025年新能源汽車銷量佔汽車銷量的25%左右，保守預計新能源汽車銷量700萬輛左右。以新能源汽車保有量2000萬輛、車樁比1:1估算，需要的充電樁數量約1880萬臺。由此可見，中國在新能源車及充電樁方面將來幾年會迅速發展起來。
傳統充電樁對新能源汽車充電的弊端
目前新能源客車在公交領域普及率最高了，現在的新能源公車大多采用充電槍進行充電，當公車採用充電槍進行充電時，充電電流最大不超過250安，充電時間相對長，而且充電槍在和車上的介面多次插拔後，彼此的間隙越來越大，從而產生放電，導致充電槍被燒的故障，發生此類事故，則必須更換充電槍，維修成本高；另一方面每次充電操作都需要人工操作，當充電槍相關配件因器件老化或者安全措施不到位，充電槍頭也會帶電，在使用過程中，容易發生觸電安全事故。
圖1 傳統充電模式
充電弓的工作原理
為了解決傳統充電模式帶來的安全隱患及操作的繁瑣性，充電弓方案應運而生。充電弓主要包括充電樁電源模組、控制模組以及第一無線傳輸模組，公交部分主要包括BMS電池管理系統以及第二無線傳輸模組，如下圖2原理框圖。與傳統充電樁充電的相同點在於，兩者都是通過充電機與BMS之間建立充電握手配置等階段進行完成充電過程，而不同點在於，充電弓的第一無線通訊模組與大巴車中的第二無線通訊可配對進行無線通訊，完成充電配置，使充電弓下降並進行觸式充電，無需人工干預。
圖2 充電弓充電原理圖
新能源汽車各個ECU之間通訊採用CAN匯流排方式，但是CAN匯流排傳輸的訊號與工業乙太網訊號不相容，那麼為了將電動汽車內傳輸的訊號與充電弓的訊號無線通訊，可用CAN轉WIFI模組使兩者建立無線通訊橋樑，實現建立充電配對。
新能源汽車無線充電控制方案
電動汽車和充電弓分別內建CANWiFi-200T轉換器，可實現充電資料無線傳輸。在充電過程中，使用者可通過駕駛艙中的螢幕實時檢視電池容量、電壓、電流等引數，並可對充電故障實時監控，保證充電安全。
圖3 電動客車充電弓無線通訊方案
CANWiFi-200T是一款高效能工業級WiFi與CAN-bus的資料轉換裝置，它內部集成了2路CAN-bus 介面、1路EtherNet 介面以及1路WiFi介面，自帶成熟穩定的TCP/IP 協議棧，使用者利於它可以輕鬆完成CAN-bus 網路和WiFi網路的互連互通。
圖4 CANWIFI-200T
CANWiFi-200T實現充電弓與電動車無線通訊是通過自帶的AP 熱點模式與Station客戶端模式。
AP模式是指將CANWiFi-200T 作為一個無線熱點，接受其他 WiFi 裝置的連線的模式，就像一臺無線路由器。
Station 模式是指 CANWiFi-200T 作為一個客戶端連線到無線路由器等 AP 熱點上，實現無線接入網路的功能。
圖5 充電弓與電動大巴充電配對
使用者通過配置軟體使充電弓的CANWiFi-200T無線通訊模組工作在AP模式，使大巴車作為Station模式接入，即可實現無線連線。
CANWiFi-200T自帶1路LAN介面，支援TCP Server、TCP Client、UDP 等多種工作模式
TCP Server 模式下，CANWiFi-200T不會主動與其它裝置連線。它始終等待客戶端（TCP Client）的連線，在與客戶端建立 TCP 連線後即可進行雙向資料通訊，如圖6所示。
圖6 CANWiFi-200T-TCP Server 模式
TCP Client模式下，CANWiFi-200T將主動與預先設定好的 TCP 伺服器連線。如果連線不成功，客戶端將會根據設定的連線條件不斷嘗試與 TCP 伺服器建立連線。在與 TCP 伺服器端建立 TCP 連線後即可進行雙向資料通訊，如圖7所示。
圖7 CANWiFi-200T-TCP Client模式
UDP 模式使用 UDP 協議進行資料通訊。UDP 是一種不基於連線的通訊方式，工作在這種方式下的裝置，地位都是相等的，不存在伺服器和客戶端，它不能保證發往目標主機的資料包被正確接收，所以在對可靠性要求較高的場合需要通過上層的通訊協議來保證資料正確，如圖8所示。
圖8 CANWiFi-200T-UDP 模式
注意：LAN與 WLAN不能同時工作，當插入網線時，WLAN停止工作，LAN 工作；當拔掉網線時，WLAN工作，LAN停止工作。