電動汽車技術是未來的發展趨勢，也帶來快速發展充電基礎設施的需求。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的使用；此外，還有網絡連接和遠程維護、更新以及安全功能。在不同的充電樁中這些系統需求差異很小。技術分類方面，市場上交流或直流充電技術、以及交直混合和兆瓦級充電樁。此外，為了與獲得市場優勢，充電樁供應商還需提供與競爭對手有差別的新穎創新功能。充電樁控制板產品開發的面臨兩種現實挑戰：現成的控制板通常無法充分滿足需求，而全新的開發需要時間和金錢。
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契機源于合作項目
為了應對這一挑戰，PHYTEC 與其合作伙伴 PIONIX 現已針對電動汽車充電類方案的垂直市場開發了第一款專門的電子組件，它是基于首位合作客戶 Qwello 的產品衍生出來的方案。Qwello 在德國和歐洲的幾個城市和地區運營充電樁基礎設施，通過公共特許經營合同與市政合作伙伴建立合作關系，提供充電基礎設施和充電服務。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最高 22kw 的交流充電，并且可以根據《德國校準法》獲得認證。

?Qwello 的 CP22 充電樁采用了 PHYTEC 和 PIONIX 共同開發的充電控制板。
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在這個產品中，對充電樁的操作將通過一個分屏顯示器和支付終端實現，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，能夠對違規停車進行檢測識別。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；為了實現這一特性，充電樁被集成到了對應的云應用和配套的手機 APP。充電樁的LED 指示燈可以直接在柱體上顯示狀態。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，并適應狹小的公共停車空間。
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基于經過驗證的組件進行開發
為了滿足這些要求，PHYTEC 與 PIONIX（一家為電動汽車充電系統提供開源軟件協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規格：支持兩個顯示器，提供多個接口以便于傳感器和外設的集成，它還集成了一個專門的單片機，用于對安全相關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、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絡彈性法案（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鍵MCU固件由PIONIX開發提供。

?PIONIX 的 BaseCamp 充電軟件已經集成了多種電動汽車充電技術協議，并且還在不斷優化開發。
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6 個月內完成功能樣機制作
給 Qwello 設計的充電控制板的技術規格是在2023年6月確定的。經過僅六個月的開發，首批功能樣機于 11 月交付，并成功獲得了 TüV 認證。新一代 Qwello 充電樁設備在進行了一些微小的調整后，計劃在今年第三季度開始量產。
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Qwello 的首席技術官 Holger Rapp 對這一結果非常滿意：
“我們對與 PHYTEC和 PIONIX 的合作感到非常激動。僅僅經過 6 個月的開發，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作大大縮短了我們產品推出市場的時間。”
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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 開發客制化產品的同時，PHYTEC 和 PIONIX 聯合開發了通用充電控制板 phyVERSO-EVCS。該控制板基于 Qwello 充電控制板的技術規范，但支持 AC 和 DC 兩類充電系統，甚至可以在混合系統中使用。這意味著該控制板可以用于開發符合法規計量要求的充電樁，無論是私人還是公共場景，以及充電站和兆瓦充電園區。

軟件方案，phyVERSO-EVCS 配備了 Linux 操作系統和以及運行于板載MCU的PIONIX 充電固件；這兩種配備的軟件與 EVerest充電操作系統的兼容性已經過測試驗證，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、更新服務及其他服務的此充電樁控制板。

該充電軟件框架支持多種協議，以便與基礎設施、車輛、支付系統等集成，并具有本地 MQTT 服務器，用于通信和網絡集成。企業可以在此基礎上直接開發自己的應用軟件。
PHYTEC 還在整個產品生命周期內為客戶提供全面的服務，從咨詢和加密安全功能的實施，到更新、設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：幾周內完成的定制化充電樁控制板開發
Qwello 的充電樁產品和 phyVERSO 充電控制板的快速開發得益于 PHYTEC 的模塊化設計，利用了經過驗證的核心板以及底板的電路和layout模塊庫。這種結構還將使 phyVERSO 控制板能夠根據其他客戶項目進行快速定制調整。在大多項目中，額外集成外設、連接器的修改或電路板外形的適配都可以在幾周內完成首批功能樣機的生產和交付。PHYTEC 與 PIONIX 之間的合作為充電樁項目提供了一個理想協同的硬件和軟件的整體解決方案，客戶可以直接在此基礎上構建自己的應用。這為開發個性化充電解決方案開辟了廣泛的可能性。phyVERSO-EVCS 相較于現成的標準解決方案具有眾多優勢，同時縮短了批量生產的時間。
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作者：

Mario Haas 在 PHYTEC 負責客戶定制項目的領導工作。他與團隊共同開發了模塊化的 SBC+ 系統，以實現產品的快速響應和靈活性。同時，他也是電動汽車充電解決方案部門的客戶經理。
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