電動(dòng)汽車技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，也帶來(lái)快速發(fā)展充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求。在近期的一個(gè)合作項(xiàng)目中，德國(guó)嵌入式板級(jí)方案提供商? PHYTEC 和 PIONIX公司 僅用了6 個(gè)月時(shí)間為客戶 Qwello 開發(fā)了用于充電樁的電子組件。這個(gè)項(xiàng)目的成功也進(jìn)而促成了通用充電控制板 phyVERSO-EVCS 的誕生，目前這個(gè)控制板方案已可以向其他客戶開放。


充電樁的控制板必須符合充電樁的各種需求：系統(tǒng)組成方面，控制板需滿足從能源管理、負(fù)載管理到與樁車通信以及用戶識(shí)別和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的使用；此外，還有網(wǎng)絡(luò)連接和遠(yuǎn)程維護(hù)、更新以及安全功能。在不同的充電樁中這些系統(tǒng)需求差異很小。技術(shù)分類方面，市場(chǎng)上交流或直流充電技術(shù)、以及交直混合和兆瓦級(jí)充電樁。此外，為了與獲得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，充電樁供應(yīng)商還需提供與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有差別的新穎創(chuàng)新功能。充電樁控制板產(chǎn)品開發(fā)的面臨兩種現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)：現(xiàn)成的控制板通常無(wú)法充分滿足需求，而全新的開發(fā)需要時(shí)間和金錢。
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契機(jī)源于合作項(xiàng)目
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，PHYTEC 與其合作伙伴 PIONIX 現(xiàn)已針對(duì)電動(dòng)汽車充電類方案的垂直市場(chǎng)開發(fā)了第一款專門的電子組件，它是基于首位合作客戶 Qwello 的產(chǎn)品衍生出來(lái)的方案。Qwello 在德國(guó)和歐洲的幾個(gè)城市和地區(qū)運(yùn)營(yíng)充電樁基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)公共特許經(jīng)營(yíng)合同與市政合作伙伴建立合作關(guān)系，提供充電基礎(chǔ)設(shè)施和充電服務(wù)。而對(duì)于它新推出的 CP22 充電樁，Qwello 需要充電的電子組件，滿足同時(shí)在兩個(gè)充電口實(shí)現(xiàn)最高 22kw 的交流充電，并且可以根據(jù)《德國(guó)校準(zhǔn)法》獲得認(rèn)證。

?Qwello 的 CP22 充電樁采用了 PHYTEC 和 PIONIX 共同開發(fā)的充電控制板。
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在這個(gè)產(chǎn)品中，對(duì)充電樁的操作將通過(guò)一個(gè)分屏顯示器和支付終端實(shí)現(xiàn)，可以支持兩個(gè)并行的充電過(guò)程。作為這個(gè)充電樁特殊功能，它還配備了停車傳感器，能夠?qū)`規(guī)停車進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。這使得在充電樁不斷電時(shí)，仍可以準(zhǔn)確地判斷充電樁是否處于可用狀態(tài)；為了實(shí)現(xiàn)這一特性，充電樁被集成到了對(duì)應(yīng)的云應(yīng)用和配套的手機(jī) APP。充電樁的LED 指示燈可以直接在柱體上顯示狀態(tài)。此外，這個(gè)項(xiàng)目對(duì)于控制板外觀的進(jìn)一步要求是，所有電子組件應(yīng)被安置在一個(gè)簡(jiǎn)約、纖細(xì)的柱體中，以便與城市景觀相融合，并適應(yīng)狹小的公共停車空間。
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基于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的組件進(jìn)行開發(fā)
為了滿足這些要求，PHYTEC 與 PIONIX（一家為電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)提供開源軟件協(xié)議棧和定制解決方案的公司）共同制定了基于 phyCORE-AM62x 核心板的充電樁控制板技術(shù)規(guī)格：支持兩個(gè)顯示器，提供多個(gè)接口以便于傳感器和外設(shè)的集成，它還集成了一個(gè)專門的單片機(jī)，用于對(duì)安全相關(guān)的充電過(guò)程進(jìn)行控制。除了兩個(gè)交流充電輸出外，控制板還配備了千兆以太網(wǎng)、雙頻 WiFi、BLE 和 LTE 模塊，以及 Modbus 和 CAN FD 接口。為了保障安全加密方面的需求，特別是針對(duì)歐洲的網(wǎng)絡(luò)彈性法案（Cyber Resilience Act），控制板上還安裝了一個(gè)硬件安全模塊（TPM 2.0）。
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控制板軟件支持所有常見充電協(xié)議
控制板的主處理器，采用了由 PHYTEC 定制的基于 Yocto 的 Linux BSP，并結(jié)合了專門針對(duì)充電的 EVerest layer。該軟件棧支持所有常見的充電協(xié)議，例如 Plug and Charge / ISO 15118、Autocharge 和 EIM/RFID 讀卡器，還集成了負(fù)載均衡的能源管理功能，并支持通過(guò)常用標(biāo)準(zhǔn) OCPP 1.6J 和 OCPP 2.0 進(jìn)行身份驗(yàn)證和支付。此外，還集成了充電樁所需的特定功能，如備用電源、直流接地故障保護(hù)和自動(dòng)插頭鎖定等。充電樁負(fù)責(zé)功能安全的關(guān)鍵MCU固件由PIONIX開發(fā)提供。

?PIONIX 的 BaseCamp 充電軟件已經(jīng)集成了多種電動(dòng)汽車充電技術(shù)協(xié)議，并且還在不斷優(yōu)化開發(fā)。
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6 個(gè)月內(nèi)完成功能樣機(jī)制作
給 Qwello 設(shè)計(jì)的充電控制板的技術(shù)規(guī)格是在2023年6月確定的。經(jīng)過(guò)僅六個(gè)月的開發(fā)，首批功能樣機(jī)于 11 月交付，并成功獲得了 TüV 認(rèn)證。新一代 Qwello 充電樁設(shè)備在進(jìn)行了一些微小的調(diào)整后，計(jì)劃在今年第三季度開始量產(chǎn)。
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Qwello 的首席技術(shù)官 Holger Rapp 對(duì)這一結(jié)果非常滿意：
“我們對(duì)與 PHYTEC和 PIONIX 的合作感到非常激動(dòng)。僅僅經(jīng)過(guò) 6 個(gè)月的開發(fā)，我們就收到了首批充電控制板。基于他們硬件和軟件的互相協(xié)作大大縮短了我們產(chǎn)品推出市場(chǎng)的時(shí)間。”
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phyVERSO-EVCS: 為 AC/DC 充電解決方案打造的通用的“模塊化組件”
在為 Qwello 開發(fā)客制化產(chǎn)品的同時(shí)，PHYTEC 和 PIONIX 聯(lián)合開發(fā)了通用充電控制板 phyVERSO-EVCS。該控制板基于 Qwello 充電控制板的技術(shù)規(guī)范，但支持 AC 和 DC 兩類充電系統(tǒng)，甚至可以在混合系統(tǒng)中使用。這意味著該控制板可以用于開發(fā)符合法規(guī)計(jì)量要求的充電樁，無(wú)論是私人還是公共場(chǎng)景，以及充電站和兆瓦充電園區(qū)。

軟件方案，phyVERSO-EVCS 配備了 Linux 操作系統(tǒng)和以及運(yùn)行于板載MCU的PIONIX 充電固件；這兩種配備的軟件與 EVerest充電操作系統(tǒng)的兼容性已經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，并提供適配過(guò)的開源代碼供下載。PIONIX公司對(duì)外提供與Pionix BaseCamp 充電軟件綁定，并提供軟件維護(hù)、更新服務(wù)及其他服務(wù)的此充電樁控制板。

該充電軟件框架支持多種協(xié)議，以便與基礎(chǔ)設(shè)施、車輛、支付系統(tǒng)等集成，并具有本地 MQTT 服務(wù)器，用于通信和網(wǎng)絡(luò)集成。企業(yè)可以在此基礎(chǔ)上直接開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。
PHYTEC 還在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)為客戶提供全面的服務(wù)，從咨詢和加密安全功能的實(shí)施，到更新、設(shè)備管理及硬件和軟件的生命周期管理。而通過(guò)與 PIONIX 的合作，企業(yè)不僅獲得專為充電樁提供的軟件解決方案支持，還能確保符合未來(lái)新推出的標(biāo)準(zhǔn)和功能安全的要求。
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展望未來(lái)：幾周內(nèi)完成的定制化充電樁控制板開發(fā)
Qwello 的充電樁產(chǎn)品和 phyVERSO 充電控制板的快速開發(fā)得益于 PHYTEC 的模塊化設(shè)計(jì)，利用了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的核心板以及底板的電路和layout模塊庫(kù)。這種結(jié)構(gòu)還將使 phyVERSO 控制板能夠根據(jù)其他客戶項(xiàng)目進(jìn)行快速定制調(diào)整。在大多項(xiàng)目中，額外集成外設(shè)、連接器的修改或電路板外形的適配都可以在幾周內(nèi)完成首批功能樣機(jī)的生產(chǎn)和交付。PHYTEC 與 PIONIX 之間的合作為充電樁項(xiàng)目提供了一個(gè)理想?yún)f(xié)同的硬件和軟件的整體解決方案，客戶可以直接在此基礎(chǔ)上構(gòu)建自己的應(yīng)用。這為開發(fā)個(gè)性化充電解決方案開辟了廣泛的可能性。phyVERSO-EVCS 相較于現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)解決方案具有眾多優(yōu)勢(shì)，同時(shí)縮短了批量生產(chǎn)的時(shí)間。
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作者：

Mario Haas 在 PHYTEC 負(fù)責(zé)客戶定制項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)工作。他與團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了模塊化的 SBC+ 系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速響應(yīng)和靈活性。同時(shí)，他也是電動(dòng)汽車充電解決方案部門的客戶經(jīng)理。
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