随着电动汽车（EV）的日益普及，其配套基础设施也在快速发展。电动汽车供电设备（EVSE）是这一基础设施的关键组成部分。电动汽车供电设备通常被称为充电站，但它的功能远不止仅是一个电源插座。本文将为您探讨电动汽车供电设备的概念、重要性，以及如何将其与Wi-SUN（无线智能普适网络）现场区域网络（FAN）集成，从而增强电动汽车充电基础设施，以及由Silicon Labs（芯科）所推出的相关解决方案。
设计电动汽车供电设备的关键考虑因素
电动汽车供电设备指的是将外部电源的电能输送到电动汽车电池，同时确保安全、高效和可靠的组件。电动汽车供电设备包括导线、连接器、插头、插座，以及管理充电过程所需的软件和通信协议。
电动汽车供电设备对于电动汽车的广泛普及至关重要，它确保电动汽车无论在家中、工作场所还是旅途中都能安全高效地充电。随着电动汽车数量的增长，强大可靠的充电基础设施变得至关重要。电动汽车充电设备在满足这一需求和支持向可持续交通转型方面发挥着关键作用。一项名为“车网互动”（V2G）的新功能已被推出，并在一些地区成为强制性配置。未来，电动汽车有望作为家庭备用电池，甚至成为电网的能源储备。
电动汽车充电设备在设计时，需要考虑多项关键考虑因素，首先是负载管理，商业安装需要平衡充电电流，以维持稳定的电力分配并防止电网过载，尤其是在住宅安装中，负载管理对于防止保险丝熔断／断路器跳闸至关重要。其次则需考虑需求响应，在电网负荷过重的情况下，配电系统运营商（DSO）和输电系统运营商（TSO）可以将电动汽车充电器用作灵活负载，通过调整充电速率或暂时停止充电来减轻电网压力。
另一方面，身份识别也相当重要，用户和车辆身份识别可防止未经授权的充电，用户身份信息必须与最新的授权数据库相符。准确计费则是另一项关键需求，正确的身份识别可确保将消耗的电量计入正确的电动汽车充电设备，这对于电动汽车车主和充电站运营商都至关重要，可避免计费差异。
面向住宅和商业充电的综合电动汽车供电设备解决方案
电动汽车供电设备对于电动汽车的日益普及至关重要，随着市场的扩张，了解适用于住宅和商业充电的各种解决方案（从交流电到直流电）至关重要，涵盖住宅充电与商用应用场景，并需要引入车网互动（V2G）技术的概念。
住宅充电解决方案主要关注个人用户的便利性和易用性，这些解决方案通常采用交流电充电，适合在家中进行夜间充电。目前已有多种无线技术适用于住宅电动汽车供电设备，包括Wi-Fi可为家用充电站提供可靠的连接，使用户能够远程监控和控制其电动汽车供电设备。此外，可通过Wi-Fi将Matter协议集成到住宅电动汽车充电系统中，可增强连接性和互操作性，并支持负载控制、分时优化，和通过能源管理集群进行成本优化等功能。
另一方面，低功耗蓝牙（BLE）则可用于为电动汽车充电设备与用户智能手机或其他设备之间的短距离通信，以提供经济高效的解决方案。Sub-GHz射频网状网络/Wi-SUN则可确保远距离稳定通信，使其非常适合户外安装和城市的地下室等场所。
商用电动汽车充电设备解决方案旨在支持大型设施，例如社区车库、停车场和其他公共场所。这些解决方案通常采用交流充电以满足高用量需求。Wi-SUN FAN技术针对其中一部分设施，为大型商用环境提供可靠的连接和管理。此外，还有适用于大型直流部署的方案，虽然规模较小，但可为特定应用场景提供强大的解决方案。这些直流部署还可以利用有线或蜂窝网络连接，以确保最佳性能。
将采用Wi-SUN技术的智能电动汽车充电站集成到统一的智能城市网络中，可带来诸多优势。该统一网络可以涵盖智能路灯、交通信号灯、智能停车系统等，从而打造一个协调高效的城市环境。
利用Wi-SUN FAN来应对电动汽车供电的挑战
想要解决上述的电动汽车供电设备的关键考虑因素，便需要解决以下的几个挑战。首先是停车场通信难题，传统的2.4GHz无线方案在停车场中常常因障碍物、距离过远和可扩展性问题而失效。Wi-SUN FAN采用Sub-GHz频段，即使在停车场等复杂环境中也能提供稳定的连接，其多跳网络功能可确保远距离和绕过障碍物也能实现可靠通信，这确保了电动汽车充电设备系统的持续高效运行。
此外，还需考虑安装和维护成本，因为安装和维护有线通信系统成本高昂且耗费人力，Wi-SUN FAN则提供了一种更易于安装和维护的无线替代方案，从而减少了对大量布线的需求。这显着降低了电动汽车充电设备供应商和集成商的总体成本。另一方面，确保在各种环境下稳定可靠的连接，这对于电动汽车充电设备的运行至关重要。Wi-SUN FAN提供强大的网状网络，可确保各种智能城市应用之间的可靠通信。
利用现有网络基础设施是一项明智的商业举措，可以将更多路灯改造成便捷的路边充电桩，这种统一连接实现了电动汽车充电站与其他智能基础设施（例如路灯、交通信号灯和停车系统）的无缝集成，城市可以优化能源利用并降低运营成本。例如，路灯可以在交通低谷时段调暗，电动汽车充电桩可以在非高峰时段运行，从而平衡电网负荷。
统一的网络可支持对各种服务的实时监控和控制，驾驶员可以接收有关可用停车位、最佳充电时间和交通状况的通知，从而提升便利性并缓解交通拥堵，提升用户体验。然而，公用事业公司和智能城市必须应对将多个应用和供应商整合到包含高级计量基础设施、智能交通系统、智能照明等在内的网络中的挑战，电动汽车充电将成为需要管理的另一个应用。
在智能城市中部署电动汽车充电站时，连接性和互操作性至关重要。Wi-SUN FAN是唯一基于开放标准的通信网络，能够确保必要的安全性、可靠性和互操作性，这对于构建一个协调一致的智能城市生态系统至关重要，在该生态系统中，各种应用可以高效地通信和协作。Wi-SUN FAN的网状网络架构支持大规模部署，具有可扩展性，可满足日益增长的电动汽车和其他智能设备的需求。这种灵活性对于在不显着增加成本的情况下，使其适用于在城市和农村地区扩展电动汽车充电网络。
车网互动（V2G）技术是一种创新方法，它允许电动汽车与电网互动，从而带来诸如储能和电网稳定等优势。通过将V2G功能集成到电动汽车供电设备解决方案中，可以提升充电基础设施的整体效率和可持续性。这项技术对于商业场所尤为重要，因为多辆电动汽车的聚合能量会对电网管理产生显着影响。
安全性是另一个重要议题，当充电桩连接到本地网络时，安全至关重要，因为充电桩容易受到潜在攻击。Wi-SUN FAN的安全机制基于广泛应用的行业标准，访问控制基于IEEE 802.1X和IEEE 802.11i标准，可实现加入节点与Wi-SUN边界路由器之间的双向认证和安全关联。帧安全采用IEEE 802.15.4标准的AES-CCM*加密算法，确保数据机密性和真实性。
满足电动汽车充电站需求的Wi-SUN解决方案
十多年来，Silicon Labs一直致力于为工业和商业应用开发解决方案，在Wi-SUN标准的开发方面拥有悠久的历史和卓越的业绩。其产品组合涵盖OFDM和FSK支持、Wi-SUN认证IC，以及全套参考设计和开发工具。Silicon Labs提供的高发射功率、一流的链路预算、sub-GHz无线和网状网络解决方案，即使在远距离也能提供稳定的连接，并能穿透障碍物。
低延迟则是电动汽车充电站需求的另一个关键考虑要素，在一个系统中可能包含数百个充电站，它们需要不断通信以平衡负载，延迟会严重影响系统性能，高延迟会增加系统过载的风险。FG25无线SoC支持Wi-SUN FAN 1.1的MR SUN OFDM调制，可实现高达2.4 Mbps的数据速率和低延迟。
除了Wi-SUN FAN的安全机制外，Silicon Labs的解决方案还能保护设备免受复杂的硬件和软件攻击，其Secure Vault™功能已获得PSA 3级认证，拥有最高级别的安全性。
Silicon Labs提供全面的电动汽车供电设备系统解决方案，利用Wi-Fi、Matter、低功耗蓝牙（BLE）、私有无线（RF）和Wi-SUN技术，满足家庭和商业场所的需求。这些解决方案确保了强大的无线连接，从而实现电动汽车充电器与电网之间高效安全的通信。Silicon Labs的解决方案拥有业界领先的射频性能、能源效率和对安全性的高度重视，这些优势共同助力设备制造商打造创新、可靠且安全的电动汽车充电解决方案。
Silicon Labs推出众多相关的产品来满足电动汽车供电设备系统需求，像是EFR32FG23 Sub-GHz无线SoC具备远距离、覆盖全城的无线传输能力，可提供业界领先的安全性和低功耗，是可靠的可再生能源解决方案的理想之选。EFR32FG28结合Sub-GHz和2.4 GHz无线，这款双频无线SoC是智能家居、安防、照明、楼宇自动化和计量等物联网应用的理想解决方案。
此外，EFR32MG24 Series 2多协议无线SoC则是一款超低功耗、多协议2.4 GHz SoC，具备PSA 3级安全防护，可为电池供电设备带来AI/ML和高性能无线功能。另一款SiWx917M Wi-Fi 6结合低功耗蓝牙5.4无线SoC，这款超低功耗Wi-Fi 6、BLE 5.4和Matter SoC可为可再生能源应用提供安全的云连接、控制和OTA更新。
结语
将电动汽车充电设备与Wi-SUN FAN网络集成，是构建更高效、可扩展且安全的电动汽车充电基础设施的前瞻性方法。这种组合充分利用了两种技术的优势，以支持不断增长的电动汽车市场，并促进可持续的互联交通生态系统的发展。通过利用Wi-SUN，电动汽车充电网络可以与智能城市应用无缝交互，Silicon Labs的相关产品线，将为扩展电动汽车基础设施，提供经济高效且面向未来的解决方案。