直流充電樁融合了電力電子技術、嵌入式技術和IoT技術。一款高端的充電樁，有多個MCU（為表述方便，文中將DSP、單片機、ARM等不同類型的芯片都統稱為MCU），譬如能效電氣自有品牌的高端充電樁U20，以及能效電氣為蔚來汽車和小鵬汽車打造的高端20kW充電樁，里面總共有8個MCU，分別控制PFC、DC/DC（下文簡寫成ＤＣ）、CCU、TCU、藍牙模組、4G模組、燈語，風扇，有8個嵌入式的程序。為了實現遠端控制，還要開發手機APP程序，服務器程序。在PFC和DC之間，DC和CCU之間，CCU和TCU之間，TCU和云平臺之間都有“通信”，包括串口通信，CAN通信或者無線通信。既然有通信，就有“通信協議”。通信協議定義了通信物理層、數據鏈路層及應用層。我們通常將一個或多個具有相同參數組編號的“CAN數據幀”稱為“報文”。最常提及的“報文”是充電樁和車輛之間，也即CCU和BMS之間。
電力電子技術已全面進入數字控制時代。充電模塊包括PFC和ＤＣ兩個部分，都是采用了基于DSP或ARM的數字控制技術。PFC和DC之間有一些必要的信息交互，信息量不是很大，為節省成本考慮，一般就用串口通信方式實現。動力電池的BMS是充電系統的大腦，充電樁里的充電控制器（CCU，Charging Control Unit）和BMS之間進行通信，兩者之間采用CAN通信，有國標《GB/T 27930，電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議》定義了兩者之間的協議。遠程信息控制器（TCU，Telematics Control Unit）和后臺以及CCU之間進行信息交互，TCU接收CCU的信息，再傳遞給云平臺。CCU和TCU可以分開成兩個基于ARM的單板實現，也可以用一個ARM實現。CCU和TCU之間是企業的自有協議，可以采用CAN通信或串口通信。TCU通過無線通信的方式和云平臺連接，對接的協議也是自有協議。這些MCU組成的系統框圖如圖1所示。在不同廠家的云平臺之間也可以進行通信，云和云的連接有“中電聯”互聯互通標準、《T／CEC 102.1—2016電動汽車充換電服務信息交換》。
按國標定義，充電過程分為六大階段，從物理連接到充電結束，充電模塊有兩次開機，第一次開機是為了實現絕緣檢測功能，第二次開機才是真正開始充電。第二次開機之前，CCU和BMS之間按充電流程已完成物理連接，絕緣檢測，充電樁和車輛電池之間參數交互、確認，并且CCU要收到云平臺的開機指令。各種判斷條件都滿足后，CCU才向DC發出開機命令，DC再向PFC發出開機命令。整個過程中，云平臺、TCU、CCU、BMS、PFC、DC之間交互各種信息，而且要遵循必要的時序。
PFC和ＤＣ之間的信息流
PFC和DC之間采用串行通信接口（Serial Communication Interface）簡稱：SCI，是一個雙線異步串行端口，即通常所說的UART。SCI模塊支持CPU和其他使用標準不歸零（NRZ）格式的異步外圍設備之間的通信。SCI接收器和發送器具有獨立的16級深度的FIFO，并且具有獨立的中斷控制位，可工作在半雙工模式和全雙工模式下。為保證數據的完整性，SCI對接收的數據進行間斷檢測、奇偶校驗、超時檢測及幀格式檢測等，通過一個16位波特率選擇寄存器，可將比特率設定為超過65000個不同的速度。PFC在接收到DC發送的數據后才向DC發送數據。PFC向DC發送的信息包括：輸入交流電壓值（包括單相和三相A、B、C相）， 輸入交流電流值（包括單相和三相A、B、C相），PFC母線電壓值（包括總母線、正母線和負母線），PFC的故障位， PFC采樣的溫度值，PFC的運行狀態（包括待機、故障、啟動、運行），PFC的環路參數（Kp、Ki）， 輸入電壓和輸入電流校準值（K和B值），PFC的調試變量（上位機顯示窗口，用來PFC的調試變量顯示）。DC在上電后主動給PFC發通信數據，主循環發送，發送周期為10ms，發送的信息包括：給PFC的開關機命令、 給PFC的工作模式命令（包括正向充電、并網V2G、離網、V2V、單相輸入等）、給PFC母線電壓的請求、4 DC的采樣溫度值、給PFC的輸入電壓和輸入電流的校準K、B值設定、DC的運行狀態(包括待機、故障、啟動、運行)、電池電壓（主要用在PFC反向輸出時的功率控制）、風扇占空比請求、PFC反向輸出的限流值、FCT 模式請求、靜音模式請求、待機模式請求。
ＤＣ和CCU之間的信息流
ＤＣ的具體信息處理是DC控制單板，之前都是基于DSP實現的，現在流行用ARM來實現。ARM的成本更低，資源更豐富。CCU一般都是用ARM來實現的。CCU向ＤＣ發送01和02兩種ID的信息。內容包括2類：第1類：每隔250ms發送如下6種信息：1，開機 2，關機 3，電壓給定 4，電流給定 5，兩種不同的降額系數 6，模式（標準、靜音）。 第2類：ＣＣＵ隨機發送查詢指令，ＤＣ實時返回查詢結果。ＤＣ向ＣＣＵ發送20和21兩種ID的信息。內容包括2類：第1類：ＤＣ每隔200ms發送4種信息：1，輸出電壓 2，輸出電流 3，工作狀態 4，主要故障。第2類：ＤＣ每隔1s發送模塊的所有故障信息。主要故障信息和所有故障，是模塊廠家自己定義的。
TCU和CCU之間的信息流
TCU和CCU可以合并為一個ARM的硬件平臺。如采用兩個ARM，它們之間的通信內容包括：
CCU主動定時向TCU發送的數據主要包括：遙信遙測定時5S間隔時間發送：當前輸出電壓、電流、功率、電量、SOC、BMS需求電壓電流、充電模式、BMS測量充電電壓電流、槍頭溫度、電池電壓、交流輸入電壓、電池組相關數據; CCU狀態幀定時1s間隔時間發送：工作狀態、車輛連接狀態、電子鎖、急停、接觸器、各故障位、告警位狀態。
CCU 特定狀態下向TCU發送的數據主要包括：充電停止原因、BMS電池相關信息（允許充電電壓電流等）、充電機輸出能力、絕緣阻值、故障信息等；VIN碼識別到后發送VIN碼。TCU主動定時向CCU發送的數據主要包括：遠程服務是否可用。TCU特定狀態向CCU發送的數據主要包括：設置充電功率、電子鎖控制、充電啟動、充電停止、充電模式設置、急停命令等。
TCU 和云平臺之間的信息流
TCU和云平臺的協議交互，各家車企都不完全一致，但大體類似。通常包含以下內容：
1.登錄信息：樁的版本信息、樁號、樁類型、槍數、網絡連接信息、SIM卡信息等
2.心跳信息：TCU主動定時發送，云端回應
3.費用模型信息：不同時段的費用信息，可以由TCU向云端查詢費用信息，云端下發具體費用信息
4.TCU定時上傳樁的狀態信息：訂單號、樁號、槍號、狀態、充電電壓電流、槍溫、累計充電時間、剩余充電時間、充電電量、故障位等
5.TCU不同階段上傳的信息：與車輛充電交互不同階段，將充電樁和BMS交互的相關信息上報給云端（握手階段、參數配置階段、充電結束階段、錯誤報文、中止報文、充電過程報文）
6.TCU主動向云端發起充電啟動請求，云端回應
7.云端主動向TCU下發充電啟動或停止，YCU回應
8.云端主動向TCU下發的設置命令：充電功率設置、對時設置、遠程重啟、遠程升級等。YCU回應
云平臺和云平臺之間的信息流
充電樁的云和云互聯互通，國內一般遵循《T／CEC 102.1—2016電動汽車充換電服務信息交換》標準。通信內容主要包括以下：
1.不同云平臺之間的認證服務：獲得互聯互通的認證許可
2.運營管理云向控樁云發送請求充電命令、停止充電命令、查詢充電狀態
a.充電命令：訂單號、樁號、槍號。控樁云返回啟動結果和訂單狀態
b.停止充電命令：訂單號、樁號、槍號。控樁云返回啟動結果和訂單狀態
c.查詢充電狀態：訂單號。控樁云返回：訂單狀態、接口狀態、交流輸入電壓、電流、開始充電時間、本次采樣時間、累計充電電量、累計電費、累計服務費、累計總金額、平均功率、當前功率
3.控樁云向運營管理云發送推送報文：啟動充電結果、充電狀態、停止充電結果、充電訂單信息、設備狀態變換、訂單對賬結果
a.啟動充電結果、充電狀態、停止充電結果與上面內容相同，運營管理云收到后返回確認信息
b.充電訂單信息：運營商編碼、時間戳、訂單號、開始充電時間、結束充電時間、充電量、總電費、總服務費、累計金額、充電結束原因。運營管理云收到后返回確認信息
c.設備狀態變換：運營商編碼、時間戳、訂單號、充電樁接口狀態、車位狀態、地鎖狀態、故障詳情、故障原因、處理措施。運營管理云收到后返回確認信息
d.訂單對賬結果：運營商編碼、時間戳、訂單對賬流水號、開始充電時間、結束充電時間、訂單數量、總電量、總金額、訂單列表、充電訂單號、累計充電電量、累計總金額。運營管理云收到后返回：訂單對賬流水號、開始充電時間、結束充電時間、爭議訂單數量、總電量、總金額、訂單列表、充電訂單號、累計充電電量、累計總金額
CCU和BMS之間的信息流
如前述，CCU和BMS之間的通信協議由國標27930定義。CCU和BMS之間總共有22種報文，報文代號和報文描述整理如下。整個充電過程，請參考我們之前的文章。
掃碼充電過程的信息流
手機APP（或小程序）獲取二維碼包含的充電樁唯一編碼和槍口序號，用戶點擊啟動或者停止按鈕時，手機會通過運營商無線網絡 ( 網絡協議 https) 將啟動 / 停止這樣的操作命令、充電樁唯一編碼、槍口序號以及用戶在 app 中唯一識別號一起作為一包數據發往阿里云 ECS 服務器。? 阿里云 ECS 服務器接收到上面的一包完整數據以后，判斷用戶身份，用戶權限，用戶余額，當確認用戶有權開機，該服務器最終通過運營商無線網絡 ( 物聯網協議 TCP/IP，MQTT) 將向充電樁下發一個啟動 / 停止命令數據包包含啟動 / 停止命令等信息。? 充電過程中樁定時（10秒）向阿里云 ecs服務器上報當前電量，電費，電壓，電流，樁和槍口唯一識別號等信息。信息通過運營商無線網絡 ( 物聯網協議 TCP/IP，MQTT) 發往阿里云 ECS 服務器。? 充電過程中，用戶刷新ＡＰＰ查看充電過程中的電量，電費信息時，手機會通過運營商無線網絡 ( 網絡協議 https) 向服務器發送一個查詢命令，查詢命令也包含充電樁唯一編碼，槍口序號以及用戶在 ＡＰＰ中唯一識別號。阿里云 ECS 服務器收到以后判斷用戶身份，用戶權限，查找到暫存在服務器中的充電樁最新實時充電的數據，通過運營商無線網絡 ( 網絡協議 https) 返回到手機ＡＰＰ，刷新顯示數據。
使用微信小程序，手機收發的數據都是通過騰訊的云服務器再轉發的阿里云的服務器。但在理解整個數據流工作機制可以忽略這一點，也就是當做沒有騰訊的服務器。與充電樁直連的是阿里云的物聯網服務器（MQTT），理解數據流工作機制的時候也可以忽略。在理解充電系統時，可簡單認為手機ＡＰＰ的數據和樁的數據都連接到一臺在阿里云的 ECS 云服務器，或者理解成騰訊的服務器和阿里云物聯網 MQTT 服務器和阿里云 ECS 服務器合成為一個阿里云 ecs 服務器。
