直流充电桩融合了电力电子技术、嵌入式技术和IoT技术。一款高端的充电桩，有多个MCU（为表述方便，文中将DSP、单片机、ARM等不同类型的芯片都统称为MCU），譬如能效电气自有品牌的高端充电桩U20，以及能效电气为蔚来汽车和小鹏汽车打造的高端20kW充电桩，里面总共有8个MCU，分别控制PFC、DC/DC（下文简写成ＤＣ）、CCU、TCU、蓝牙模组、4G模组、灯语，风扇，有8个嵌入式的程序。为了实现远端控制，还要开发手机APP程序，服务器程序。在PFC和DC之间，DC和CCU之间，CCU和TCU之间，TCU和云平台之间都有“通信”，包括串口通信，CAN通信或者无线通信。既然有通信，就有“通信协议”。通信协议定义了通信物理层、数据链路层及应用层。我们通常将一个或多个具有相同参数组编号的“CAN数据帧”称为“报文”。最常提及的“报文”是充电桩和车辆之间，也即CCU和BMS之间。
电力电子技术已全面进入数字控制时代。充电模块包括PFC和ＤＣ两个部分，都是采用了基于DSP或ARM的数字控制技术。PFC和DC之间有一些必要的信息交互，信息量不是很大，为节省成本考虑，一般就用串口通信方式实现。动力电池的BMS是充电系统的大脑，充电桩里的充电控制器（CCU，Charging Control Unit）和BMS之间进行通信，两者之间采用CAN通信，有国标《GB/T 27930，电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》定义了两者之间的协议。远程信息控制器（TCU，Telematics Control Unit）和后台以及CCU之间进行信息交互，TCU接收CCU的信息，再传递给云平台。CCU和TCU可以分开成两个基于ARM的单板实现，也可以用一个ARM实现。CCU和TCU之间是企业的自有协议，可以采用CAN通信或串口通信。TCU通过无线通信的方式和云平台连接，对接的协议也是自有协议。这些MCU组成的系统框图如图1所示。在不同厂家的云平台之间也可以进行通信，云和云的连接有“中电联”互联互通标准、《T／CEC 102.1—2016电动汽车充换电服务信息交换》。
按国标定义，充电过程分为六大阶段，从物理连接到充电结束，充电模块有两次开机，第一次开机是为了实现绝缘检测功能，第二次开机才是真正开始充电。第二次开机之前，CCU和BMS之间按充电流程已完成物理连接，绝缘检测，充电桩和车辆电池之间参数交互、确认，并且CCU要收到云平台的开机指令。各种判断条件都满足后，CCU才向DC发出开机命令，DC再向PFC发出开机命令。整个过程中，云平台、TCU、CCU、BMS、PFC、DC之间交互各种信息，而且要遵循必要的时序。
PFC和ＤＣ之间的信息流
PFC和DC之间采用串行通信接口（Serial Communication Interface）简称：SCI，是一个双线异步串行端口，即通常所说的UART。SCI模块支持CPU和其他使用标准不归零（NRZ）格式的异步外围设备之间的通信。SCI接收器和发送器具有独立的16级深度的FIFO，并且具有独立的中断控制位，可工作在半双工模式和全双工模式下。为保证数据的完整性，SCI对接收的数据进行间断检测、奇偶校验、超时检测及帧格式检测等，通过一个16位波特率选择寄存器，可将比特率设定为超过65000个不同的速度。PFC在接收到DC发送的数据后才向DC发送数据。PFC向DC发送的信息包括：输入交流电压值（包括单相和三相A、B、C相）， 输入交流电流值（包括单相和三相A、B、C相），PFC母线电压值（包括总母线、正母线和负母线），PFC的故障位， PFC采样的温度值，PFC的运行状态（包括待机、故障、启动、运行），PFC的环路参数（Kp、Ki）， 输入电压和输入电流校准值（K和B值），PFC的调试变量（上位机显示窗口，用来PFC的调试变量显示）。DC在上电后主动给PFC发通信数据，主循环发送，发送周期为10ms，发送的信息包括：给PFC的开关机命令、 给PFC的工作模式命令（包括正向充电、并网V2G、离网、V2V、单相输入等）、给PFC母线电压的请求、4 DC的采样温度值、给PFC的输入电压和输入电流的校准K、B值设定、DC的运行状态(包括待机、故障、启动、运行)、电池电压（主要用在PFC反向输出时的功率控制）、风扇占空比请求、PFC反向输出的限流值、FCT 模式请求、静音模式请求、待机模式请求。
ＤＣ和CCU之间的信息流
ＤＣ的具体信息处理是DC控制单板，之前都是基于DSP实现的，现在流行用ARM来实现。ARM的成本更低，资源更丰富。CCU一般都是用ARM来实现的。CCU向ＤＣ发送01和02两种ID的信息。内容包括2类：第1类：每隔250ms发送如下6种信息：1，开机 2，关机 3，电压给定 4，电流给定 5，两种不同的降额系数 6，模式（标准、静音）。 第2类：ＣＣＵ随机发送查询指令，ＤＣ实时返回查询结果。ＤＣ向ＣＣＵ发送20和21两种ID的信息。内容包括2类：第1类：ＤＣ每隔200ms发送4种信息：1，输出电压 2，输出电流 3，工作状态 4，主要故障。第2类：ＤＣ每隔1s发送模块的所有故障信息。主要故障信息和所有故障，是模块厂家自己定义的。
TCU和CCU之间的信息流
TCU和CCU可以合并为一个ARM的硬件平台。如采用两个ARM，它们之间的通信内容包括：
CCU主动定时向TCU发送的数据主要包括：遥信遥测定时5S间隔时间发送：当前输出电压、电流、功率、电量、SOC、BMS需求电压电流、充电模式、BMS测量充电电压电流、枪头温度、电池电压、交流输入电压、电池组相关数据; CCU状态帧定时1s间隔时间发送：工作状态、车辆连接状态、电子锁、急停、接触器、各故障位、告警位状态。
CCU 特定状态下向TCU发送的数据主要包括：充电停止原因、BMS电池相关信息（允许充电电压电流等）、充电机输出能力、绝缘阻值、故障信息等；VIN码识别到后发送VIN码。TCU主动定时向CCU发送的数据主要包括：远程服务是否可用。TCU特定状态向CCU发送的数据主要包括：设置充电功率、电子锁控制、充电启动、充电停止、充电模式设置、急停命令等。
TCU 和云平台之间的信息流
TCU和云平台的协议交互，各家车企都不完全一致，但大体类似。通常包含以下内容：
1.登录信息：桩的版本信息、桩号、桩类型、枪数、网络连接信息、SIM卡信息等
2.心跳信息：TCU主动定时发送，云端回应
3.费用模型信息：不同时段的费用信息，可以由TCU向云端查询费用信息，云端下发具体费用信息
4.TCU定时上传桩的状态信息：订单号、桩号、枪号、状态、充电电压电流、枪温、累计充电时间、剩余充电时间、充电电量、故障位等
5.TCU不同阶段上传的信息：与车辆充电交互不同阶段，将充电桩和BMS交互的相关信息上报给云端（握手阶段、参数配置阶段、充电结束阶段、错误报文、中止报文、充电过程报文）
6.TCU主动向云端发起充电启动请求，云端回应
7.云端主动向TCU下发充电启动或停止，YCU回应
8.云端主动向TCU下发的设置命令：充电功率设置、对时设置、远程重启、远程升级等。YCU回应
云平台和云平台之间的信息流
充电桩的云和云互联互通，国内一般遵循《T／CEC 102.1—2016电动汽车充换电服务信息交换》标准。通信内容主要包括以下：
1.不同云平台之间的认证服务：获得互联互通的认证许可
2.运营管理云向控桩云发送请求充电命令、停止充电命令、查询充电状态
a.充电命令：订单号、桩号、枪号。控桩云返回启动结果和订单状态
b.停止充电命令：订单号、桩号、枪号。控桩云返回启动结果和订单状态
c.查询充电状态：订单号。控桩云返回：订单状态、接口状态、交流输入电压、电流、开始充电时间、本次采样时间、累计充电电量、累计电费、累计服务费、累计总金额、平均功率、当前功率
3.控桩云向运营管理云发送推送报文：启动充电结果、充电状态、停止充电结果、充电订单信息、设备状态变换、订单对账结果
a.启动充电结果、充电状态、停止充电结果与上面内容相同，运营管理云收到后返回确认信息
b.充电订单信息：运营商编码、时间戳、订单号、开始充电时间、结束充电时间、充电量、总电费、总服务费、累计金额、充电结束原因。运营管理云收到后返回确认信息
c.设备状态变换：运营商编码、时间戳、订单号、充电桩接口状态、车位状态、地锁状态、故障详情、故障原因、处理措施。运营管理云收到后返回确认信息
d.订单对账结果：运营商编码、时间戳、订单对账流水号、开始充电时间、结束充电时间、订单数量、总电量、总金额、订单列表、充电订单号、累计充电电量、累计总金额。运营管理云收到后返回：订单对账流水号、开始充电时间、结束充电时间、争议订单数量、总电量、总金额、订单列表、充电订单号、累计充电电量、累计总金额
CCU和BMS之间的信息流
如前述，CCU和BMS之间的通信协议由国标27930定义。CCU和BMS之间总共有22种报文，报文代号和报文描述整理如下。整个充电过程，请参考我们之前的文章。
扫码充电过程的信息流
手机APP（或小程序）获取二维码包含的充电桩唯一编码和枪口序号，用户点击启动或者停止按钮时，手机会通过运营商无线网络 ( 网络协议 https) 将启动 / 停止这样的操作命令、充电桩唯一编码、枪口序号以及用户在 app 中唯一识别号一起作为一包数据发往阿里云 ECS 服务器。• 阿里云 ECS 服务器接收到上面的一包完整数据以后，判断用户身份，用户权限，用户余额，当确认用户有权开机，该服务器最终通过运营商无线网络 ( 物联网协议 TCP/IP，MQTT) 将向充电桩下发一个启动 / 停止命令数据包包含启动 / 停止命令等信息。• 充电过程中桩定时（10秒）向阿里云 ecs服务器上报当前电量，电费，电压，电流，桩和枪口唯一识别号等信息。信息通过运营商无线网络 ( 物联网协议 TCP/IP，MQTT) 发往阿里云 ECS 服务器。• 充电过程中，用户刷新ＡＰＰ查看充电过程中的电量，电费信息时，手机会通过运营商无线网络 ( 网络协议 https) 向服务器发送一个查询命令，查询命令也包含充电桩唯一编码，枪口序号以及用户在 ＡＰＰ中唯一识别号。阿里云 ECS 服务器收到以后判断用户身份，用户权限，查找到暂存在服务器中的充电桩最新实时充电的数据，通过运营商无线网络 ( 网络协议 https) 返回到手机ＡＰＰ，刷新显示数据。
使用微信小程序，手机收发的数据都是通过腾讯的云服务器再转发的阿里云的服务器。但在理解整个数据流工作机制可以忽略这一点，也就是当做没有腾讯的服务器。与充电桩直连的是阿里云的物联网服务器（MQTT），理解数据流工作机制的时候也可以忽略。在理解充电系统时，可简单认为手机ＡＰＰ的数据和桩的数据都连接到一台在阿里云的 ECS 云服务器，或者理解成腾讯的服务器和阿里云物联网 MQTT 服务器和阿里云 ECS 服务器合成为一个阿里云 ecs 服务器。
