電動汽車技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢，也帶來快速發(fā)展充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求。在近期的一個合作項目中，德國嵌入式板級方案提供商? PHYTEC 和 PIONIX公司 僅用了6 個月時間為客戶 Qwello 開發(fā)了用于充電樁的電子組件。這個項目的成功也進而促成了通用充電控制板 phyVERSO-EVCS 的誕生，目前這個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、負載管理到與樁車通信以及用戶識別和計費系統(tǒng)的使用；此外，還有網(wǎng)絡(luò)連接和遠程維護、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，市場上交流或直流充電技術(shù)、以及交直混合和兆瓦級充電樁。此外，為了與獲得市場優(yōu)勢，充電樁供應(yīng)商還需提供與競爭對手有差別的新穎創(chuàng)新功能。充電樁控制板產(chǎn)品開發(fā)的面臨兩種現(xiàn)實挑戰(zhàn)：現(xiàn)成的控制板通常無法充分滿足需求，而全新的開發(fā)需要時間和金錢。
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契機源于合作項目
為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，PHYTEC 與其合作伙伴 PIONIX 現(xiàn)已針對電動汽車充電類方案的垂直市場開發(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)品衍生出來的方案。Qwello 在德國和歐洲的幾個城市和地區(qū)運營充電樁基礎(chǔ)設(shè)施，通過公共特許經(jīng)營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)。而對于它新推出的 CP22 充電樁，Qwello 需要充電的電子組件，滿足同時在兩個充電口實現(xiàn)最高 22kw 的交流充電，并且可以根據(jù)《德國校準法》獲得認證。

?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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在這個產(chǎn)品中，對充電樁的操作將通過一個分屏顯示器和支付終端實現(xiàn)，可以支持兩個并行的充電過程。作為這個充電樁特殊功能，它還配備了停車傳感器，能夠?qū)`規(guī)停車進行檢測識別。這使得在充電樁不斷電時，仍可以準確地判斷充電樁是否處于可用狀態(tài)；為了實現(xiàn)這一特性，充電樁被集成到了對應(yīng)的云應(yīng)用和配套的手機 APP。充電樁的LED 指示燈可以直接在柱體上顯示狀態(tài)。此外，這個項目對于控制板外觀的進一步要求是，所有電子組件應(yīng)被安置在一個簡約、纖細的柱體中，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)過驗證的組件進行開發(fā)
為了滿足這些要求，PHYTEC 與 PIONIX（一家為電動汽車充電系統(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：支持兩個顯示器，提供多個接口以便于傳感器和外設(shè)的集成，它還集成了一個專門的單片機，用于對安全相關(guān)的充電過程進行控制。除了兩個交流充電輸出外，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，特別是針對歐洲的網(wǎng)絡(luò)彈性法案（Cyber Resilience Act），控制板上還安裝了一個硬件安全模塊（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，還集成了負載均衡的能源管理功能，并支持通過常用標準 OCPP 1.6J 和 OCPP 2.0 進行身份驗證和支付。此外，還集成了充電樁所需的特定功能，如備用電源、直流接地故障保護和自動插頭鎖定等。充電樁負責功能安全的關(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 個月內(nèi)完成功能樣機制作
給 Qwello 設(shè)計的充電控制板的技術(shù)規(guī)格是在2023年6月確定的。經(jīng)過僅六個月的開發(fā)，首批功能樣機于 11 月交付，并成功獲得了 TüV 認證。新一代 Qwello 充電樁設(shè)備在進行了一些微小的調(diào)整后，計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 對這一結(jié)果非常滿意：
“我們對與 PHYTEC和 PIONIX 的合作感到非常激動。僅僅經(jīng)過 6 個月的開發(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)品推出市場的時間。”
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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，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)計量要求的充電樁，無論是私人還是公共場景，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)過測試驗證，并提供適配過的開源代碼供下載。PIONIX公司對外提供與Pionix BaseCamp 充電軟件綁定，并提供軟件維護、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，還能確保符合未來新推出的標準和功能安全的要求。
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展望未來：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，利用了經(jīng)過驗證的核心板以及底板的電路和layout模塊庫。這種結(jié)構(gòu)還將使 phyVERSO 控制板能夠根據(jù)其他客戶項目進行快速定制調(diào)整。在大多項目中，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)完成首批功能樣機的生產(chǎn)和交付。PHYTEC 與 PIONIX 之間的合作為充電樁項目提供了一個理想?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)成的標準解決方案具有眾多優(yōu)勢，同時縮短了批量生產(chǎn)的時間。
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作者：

Mario Haas 在 PHYTEC 負責客戶定制項目的領(lǐng)導工作。他與團隊共同開發(fā)了模塊化的 SBC+ 系統(tǒng)，以實現(xiàn)產(chǎn)品的快速響應(yīng)和靈活性。同時，他也是電動汽車充電解決方案部門的客戶經(jīng)理。
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