攻克技术难关，ST电动汽车联网方案有谱

发布时间：2014-8-13 10:08 发布者：wangjiamin

　　智慧城市概念是高效可持续发展社会的重要支住。今天，全世界大多数人口都居住在城市中心区，而且研发发现，城市人口数量仍在持续增长。城市人口增长是导致CO2排放量增加的主要原因之一。城市智能化意味着我们需要采用一个以高能效、可持续发展和节能环保为特色且能够提高城市居民的生活品质的城市模型，这是解决全球气候变化难题的新战略。

　　新兴起的智慧城市模型是由一个各种创新技术构成的生态系统，这些创新技术包括智能路灯、智能电表、智能楼宇、智能停车场和电动汽车（E-Mobility）。需要强调地是，为达到双向信息交换的目的，这些技术必须使用不同类型的通信接口。意法半导体能够提供这些技术所需的全部接口：WiFi、蓝牙、RFSubGhz无线通信和宽带/窄带电力线通信。

　　在智慧城市背景下，电动汽车，无论是私家车还是公共汽车，在不久的将来将成为增长最快的应用。

　　插电式电动汽车和智能电网充电应用情景

　　智能电动汽车是智慧城市中的一个重要角色。可持续发展的城市交通工具要求在智慧城市网络中集成电动汽车充电基础设施。作为一个灵活的智慧城市的系统组成部分，电动汽车须支持主动需求响应方案，帮助把电力需求移至再生能源供给充足时段，并兼作额外的再生能源蓄电池。

　　在本文中，插电式电动汽车（PEV）指可以使用外部电源充电的以电动汽车，插电式电动汽车分为两种：

　　-电池电动汽车（BEV）俗称纯电动汽车，所有的动力均由外部电源提供，因此没有传统汽车上的内燃机式发动机。

　　-插电式混动汽车（PHEV）：同时搭载常规内燃机动力系统和电力推动系统。

　　为攻克电动汽车充电控制这一难题，需要在电动汽车（EV）和电动汽车的供电设备（EVSE）之间执行一个通信协议。因此，市场出现了一种通过充电线缆内的控制导频线传输脉宽调制（PWM）信号的信令协议。

　　-供电设备检测到插电式电动汽车（PEV）

　　-供电设备通知电动汽车供电就绪

　　-确定插电式电动汽车的通风要求

　　-向插电式电动汽车提供供电设备的电流容量信息

　　这个技术规范最初出现在2001版的SAE J1772标准内，随后又被IEC 61851标准引用。

　　图1 J1772 信号电路

　　根据IEC61851-1标准，供电设备通过调节PWM占空比向电动汽车发送最大有效充电功率信号，同时电动汽车返回四个改变电压值不同的状态信号，见下图：

　　图2：IEC 61851利用PWM信号表示电动汽车状态

　　不过，在实际智能电网应用中，电网兼容性和快速充电管理则需要更多的复杂的数字信号。目前，ISO/IEC15118 联合工作组技术标准的汽车电网通信接口（V2GCI）对该数字通信有明确的规定。在传导式充电应用领域，电力线通信（PLC）协议是在充电线缆的控制导频线上应用ISO/OSI第1和第2层技术。

　　IEEEP1901 （HomePlugAV/GP）是电力线宽带标准（BPL），是电动汽车与充电站和智能电网之间的基于IP的电力线通信标准。HomePlug®Green PHY （GP）规范是电力线通信协议，用于满足智能电网应用的特殊需求，支持汽车与电网之间的通信，同时兼容HomePlugAV产品和IEEE 1901标准。该标准是标准化组织与主要电力企业合作开发的，旨在于大幅降低功耗和成本。

　　图3：在智慧家居中集成的典型的电动汽车充电系统

　　HomePlugGP可视为一个简化的低功耗的低数据速率版的HomePlugAV，方便芯片厂商研制易用的高速的GreenPHY芯片。该标准的向后兼容性准许设备厂商使用现有的HomePlugAV芯片部署产品原型和早期研发的产品。

　　在这种情况下，意法半导体的新产品ST2100STreamPlug系统芯片（SoC）将目标应用锁定世界智能家居和智能电网市场。该产品完全符合V2GI通信要求，支持HomePlugGreen PHY技术规范，可实现汽车电网联网和主动需求响应应用。

　　　　ST2100STreamPlug概述

　　ST2100StreamPlug系统芯片集成高性能处理子系统和电力线宽带通信（PLC）功能，以及安全算法加速器和各种标准外设。ST2100支持IEEE1905.1标准，让客户能够在一个新的网关或集线器设计内整合以太网、Wi-Fi®等其它网络标准。ST2100StreamPlug支持广泛使用的PLC通信协议，例如，HomePlug®AV和HomePlugGreen PHY，以及IEEE1901宽带电力线连接标准。

　　ST2100STreamPlug系统芯片应用处理器基于330MHzARM926EJ-S内核，并提供一个外部存储器管理子系统。此外，该系统芯片还集成USB2.0和以太网接口、彩色LCD显示控制器和CRYPTO硬件加密引擎，支持AES、DES/3DES和IPSec等加密算法。

　　STreamPlugST2100芯片采用12mmx 12mm TFBGA 373 BGA封装。

　　从软件角度看，虚拟机支持客体操作系统管理，例如，LinuxKernel 2.6。PLC协议支持功能包括最新的IEEE 1901宽带电力线（BPL）标准，以及广泛使用的HomePlug标准，例如，承载HDTV和VoIP业务的200MbpsHomePlug AV，为智能电网应用优化的HomePlugGreen PHY。

　　这些软硬件架构让STreamPlugST2100 Smart HomePlug系统芯片成为在智能家居和智能电网中起重要作用的物联网的重要使技术。

　　ST2100 STreamPlug模块

　　意法半导体与台湾大同公司在T2100STreamPlug系统芯片合作开发项目中取得了多项创新成果，例如，大同的Gateway One网络集线器和其它的智能电能产品。GatewayOne让用户能够建设整合以太网、WLAN、PLC和多媒体设备的多业务承载家庭网络，增加机会大幅改进整个家居的能效、安全、舒适性和便利性。大同的MeterBridge表桥和家庭区域网络（HAN）网桥让多单元住宅受惠于智能能源应用，同时解决用电和电费等难题。下面重点介绍为OEM市场开发的M1i和M3两个模块。这两个模块的开发目的是缩减智能装置开发人员和厂商的研发周期，智能装置为联入电网的设备提供电能管理和网络连接功能。M1i模块是为工业应用专门设计，而M3将目标应用锁定在智能家居和智能楼宇，其中包括插电式电动汽车充电应用。

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