想象一下，你早早回到家，驶入自家车道，便能轻松给你的电动汽车插上电源，无需绕道、无需排队、无需忍受拥挤的公共充电站，在家放松的同时就能享受便捷的居家充电体验。二级充电是家用、办公场所及轻型商用电动汽车基础设施的核心支撑，提供即插即充的便捷体验。 但在这种便捷性的背后，隐藏着电力电子、嵌入式固件、精准能量计量与云连接等高度集成的复杂技术。这是一套经过精密调校的系统，确保每一次充电都安全、高效、可靠。而在电力传输之外，真正驱动全球迈向电动出行时代的关键，在于系统的可靠性、安全性，以及通过无缝软件更新实现持续演进的能力。
了解 EVSE 与二级充电的重要性
电动汽车供电设备（EVSE）是每一次流畅的充电体验背后默默发挥作用的“无名英雄”，涵盖了所有用于在电网与电动汽车电池之间安全连接的硬件和软件。在其简洁的外观之下，EVSE 集成了三大关键功能，支撑可靠智能的充电体验。
它管理电力流动，负责公用电源连接与车辆车载充电器之间的电力传输。它控制交流或直流转换、功率因数校正，并确保符合不断演进的电网标准。
它通过集成的保护机制来确保安全，例如过流断路器、浪涌抑制器和漏电检测（符合 UL 2231-2 标准）。EVSE 确保只有在所有安全条件被验证后，电力才会流动，从而保护用户和车辆的安全。
它使用开放充电点协议（OCPP）等通信协议促进通信 ，与后端系统连接，以交换实时状态、启用远程控制、处理计量与计费，并提供 OTA 更新。
从本质上讲，EVSE 将一个简单的插电动作转化为车辆与电网之间复杂、可靠且可扩展的能量交互过程。
在各种类型的 EVSE 中，二级充电因其实用性强和广泛的日常应用而脱颖而出，在速度较慢、功率较低的一级充电与速度极快但成本高昂的直流快充之间，达成了理想的平衡。一级充电器的输出功率约为 1.9kW，适用于通过标准家用插座在夜间进行补电，直流快充可在 15 至 30 分钟内将电池容量补充至约 80%，但价格通常过于昂贵，更适用于高速公路沿线或商业枢纽。相比之下，二级充电器通过三相连接提供 3.7kW 至 22kW 的充电功率，可在大约 4 至 6 小时内充满电。这使其非常适合日常使用，既能满足大多数电动汽车用户的需求，又具备较高的经济性，便于住宅配电系统升级及大规模公共部署。 其灵活性也使其能够在多种场景中有效部署，如独栋住宅、公寓小区、办公场所、酒店以及轻型商用车车队等。随着旨在在 2030 年至 2040 年逐步淘汰内燃机汽车的政府政策持续推进、消费者需求不断增长以及电池成本迅速下降，二级充电器正日益成为充电基础设施的核心组成部分。其内建的功率因数校正功能以及通过 OCPP 实现的动态负载管理，使其能够支持更加智能、可持续的充电方式，有助于提升电网效率并促进可再生能源的利用。
瑞萨二级电动汽车充电器
瑞萨二级电动汽车充电器提供了一种模块化解决方案，集成了从电力传输到连接功能的各个方面。
精确供电与智能计量：该充电器支持 22kW 交流输出（32A，三相 415V 输入），包括双极 40A 支路电路保护器和一个 18 英尺电缆的 SAE J1772™ 电动汽车连接器等关键组件。能量计量精度通过由 RA2A2 MCU 管理的高度集成模拟前端维持在 ±1%。该 MCU 是一款基于 48MHz Arm® Cortex®-M23 的器件，具备高精度 ADC、用于安全 OTA 固件更新的双 bank 闪存，以及硬件安全功能（AES、安全内存保护单元、闪存访问窗口、TRNG）。校准系数和应用代码存储在 AT25SF081B 串行闪存中，其优化的擦除模块和安全寄存器页确保设备唯一序列号写入及防篡改密钥存储，然后被映射到 RAM 中以供实时执行。同时，iW1821 AccuSwitch™ 数字 PWM 控制器将 1200V 双极晶体管（BJT）功率开关与瑞萨的 PrimAccurate™ 主边数字控制算法结合使用，无需光耦即可实现精准交叉稳压、对大电容负载的平滑启动，并在准谐振模式下实现 小于 50mW 的空载功耗，符合全球能效标准，确保在住宅和商用 EVSE 部署中的长期可靠性。
安全和标准合规性：在任何 EVSE 设计中，安全性都是不可妥协的要求。瑞萨的二级电动汽车充电器集成了多重保护机制，以保障用户和设备的安全。专用的充电电路中断装置（CCID）监测漏电流，其跳闸阈值仅为 5mA，符合 UL 2231-2 对五个独立 CCID 单元的要求，并可在故障状态解除后延迟 15 分钟自动复位。如果驾驶员在充电过程中拔出 SAE J1772™ 接头，充电器会立即切断输出电压，以防止电弧或电缆上出现残余电压。这些主动保护功能建立在对关键安全标准的全面合规基础之上：UL 2231-1 和 UL 2231-2（针对电击的人身防护），UL 2594（用于固定式 EV 充电系统），以及 NEC 第 625 条（关于安全安装与布线方法）。这些措施共同构建了一个不仅满足、甚至超越行业对于用户和电网安全预期的充电器。
先进的连接性与安全网络通信：为确保充电器在各种部署环境中均可稳定联网，瑞萨二级电动汽车充电器支持本地和广域通信。对于没有固定宽带的场所，可通过商用 CDMA 或 GPRS 蜂窝调制解调器实现不中断的广域网（WAN）连接，从而确保即使在偏远地区也能传输会话数据、计量日志和固件更新。在本地，用户可通过以下方式进行交互：
- Wi-Fi：由 DA16200MOD 超低功耗模块提供支持，该模块集成了 DA16200 系统级芯片（SoC）、4MB 闪存、射频元件（晶体振荡器、集总滤波器）以及片上天线或外接天线接口。该模块已通过 FCC、IC 和 CE 认证，具备较长电池寿命与快速上市能力。DA16200MOD 提供稳定的宽带连接，用于 OCPP 消息传输、远程诊断、动态负载管理和 OTA 固件更新，使充电器能够持续连接云平台，且无需额外的射频设计或认证流程。
- 低功耗蓝牙®：由 DA14531MOD SmartBond TINY™ 模块提供支持，该模块是世界上尺寸最小、功耗最低的蓝牙 5.1 SoC 集成模块，内置天线。技术人员或用户可通过智能手机进行配对，实现本地配置、人机界面设置或固件烧录，无需拆卸设备或暴露网络凭据。其微型封装与极低待机功耗使其非常适合住宅或商用场景下的常驻访问。
- 近场通信（NFC）：PTX100R 读卡 IC 集成了正弦波硬件收发器与瑞萨 DiRAC™ 技术，具备高达 2W 的天线驱动能力和 –80dB 的灵敏度，实现稳健的远距离卡片检测。该芯片完全符合 EMVCo 3.0/3.1 L1 标准，并配备快速调试功能，可实现安全的“轻触启动”认证流程。只需将预先注册的 RFID 卡或 NFC 智能手机靠近充电器，PTX100R 即可在几毫秒内完成凭据验证并开始充电会话。由于所有 NFC 协议处理、安全校验及密钥存储均在该专用模块中完成，主控 MCU 固件得以简化，系统整体安全性亦得以增强，防止未经授权的访问。
直观的人机界面（HMI）： 该充电器的 HMI 由瑞萨 RA6M3 MCU 提供支持，该芯片搭载高性能 Arm Cortex-M4 核心，集成 TFT 控制器、2D 图形加速器和 JPEG 解码器，可实现流畅、响应迅速的显示效果。RA6M3 还具备板载以太网 MAC（含专用 DMA）和 USB 高速接口，确保在充电器的传感器、计量引擎与外部网络之间实现高速数据传输，最大限度地减少更新屏幕信息时的延迟。该 MCU 基于 40nm 工艺构建，配合运行 FreeRTOS 的灵活配置软件包（FSP），提供模块化软件生态系统，便于根据应用发展替换为其他 RTOS 或中间件。
通过触摸屏显示器，用户可以实时查看充电状态，包括已充电千瓦数、充电时长、电压和电流指标。借助 2D 加速器驱动的可定制图形组件，车队运营商或家庭用户可清晰地查看进度条、数值读数和诊断警报等信息。底层方面，RA6M3 的大容量片上 RAM 可缓存平滑动画，并支持未来的 HMI 功能扩展，例如：通过 USB 或以太网进行的充电计划设置、负载管理设置或固件更新提示等交互式菜单——这些全都集成在单颗 MCU 中实现。
软件栈支持：瑞萨为二级电动汽车充电器提供交钥匙式实时软件平台，包含经过全面测试的 OCPP 1.6 和 OCPP 2.0.1 协议栈，加速开发进程，并确保与中央管理系统的互操作性。这两套协议栈均构建于实时操作系统（RTOS）之上，具备确定性任务调度能力，有助于在充电控制环路、通信和用户界面更新之间实现协调与平衡。网络功能则由 FreeRTOS™ TCP Plus 库处理，该库对静态和动态 IP 配置提供强大支持，使其无需更改代码即可安装在企业局域网、家庭宽带或由 DHCP 管理的网络上。为简化用户身份验证和计费系统集成，软件栈中预置了 RFID 库，您可直接读取并处理非接触式卡片或标签，无需编写底层 ISO/IEC 14443 代码。OCPP 1.6 软件栈专注于基本的充电桩操作——启动/停止充电会话、计量值报告和交易对账，而 OCPP 2.0.1 软件栈则扩展了这些功能，新增了智能充电、设备管理和固件管理等高级功能，所有功能均已全面集成、验证并通过行业标准测试套件调试。安全性至关重要：OCPP 2.0.1 软件栈利用 MCU 内置的加密引擎实现传输层安全（TLS），以确保传输加密、会话认证和证书安全管理，保护用户数据和固件更新通道。对于人机界面（HMI），OCPP 2.0.1 软件栈提供了一个基于 emWin 的 HMI 框架，使开发者能够从零开始快速构建丰富的图形触控界面，如菜单、状态指示器和诊断屏幕。通过将这些软件组件整合为一个统一的软件包，瑞萨消除了多厂商解决方案常见的碎片化和集成难题，加快了产品上市进程，并确保您的二级电动汽车充电器固件不仅符合最新协议版本，还具备良好的安全性、可维护性和前瞻性。
移动应用程序集成：除了本地用户界面和后端 OCPP 管理之外，充电器的 Wi-Fi 和蜂窝网络连接还支持与第三方移动应用的集成。通过安全的 API，车主可以启动移动应用来查看实时充电状态（已充电量、充电时长）、查看账单摘要，甚至直接从手机支付充电费用。所有通信均采用端到端加密，移动应用还可接入充电器的 RFID 和 OCPP 软件栈，以验证用户身份、核对计量值以及触发充电会话的启动/停止命令，从而为车队和公共充电站运营方提供完全由应用驱动的使用体验，无需在充电器本体上增加任何额外布线或定制固件。
总结
电动汽车改变了我们的出行理念，而充电体验的提升是这场变革能否顺利推进的关键。瑞萨的二级电动汽车充电器充分体现了模块化设计、嵌入式安全、强大连接能力与 OCPP 软件栈的融合如何构建出一套可靠的充电解决方案。无论是部署家用充电桩，还是管理大规模商用车队，瑞萨全面的硬件、固件与软件生态系统均能助您打造安全、高效、具备竞争力的 EVSE 产品，满足新一代电动出行的需求。每一次充电都会助力构建更具韧性的电网、更高效的能源生态系统，以及为大规模电气化奠定切实可行的基础。请访问 www.renesas.com/win，了解该解决方案及瑞萨的其他成功产品组合。