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CN106891765A - 一种用于车载移动充电装置的can总线接口 - Google Patents

一种用于车载移动充电装置的can总线接口 Download PDF

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CN106891765A
CN106891765A CN201710119820.6A CN201710119820A CN106891765A CN 106891765 A CN106891765 A CN 106891765A CN 201710119820 A CN201710119820 A CN 201710119820A CN 106891765 A CN106891765 A CN 106891765A
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China
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interface
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vehicle
resistance
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CN201710119820.6A
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琚洁华
毕蔚蓉
蔡振飞
陈贇
袁心怡
顾俊
王婧
吴晓军
徐旭东
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Shanghai Shine Energy Technology Co Ltd
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Shine Energy Technology Co Ltd
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了电动汽车领域的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6，其中所述CAN总线接口芯片U3上设有TXD1接口和RXD1接口，所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口和RXD2接口，所述第一隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口之间，所述第二隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的RXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口之间。其技术效果是：可以降低电位差对于车载移动充电装置监控的影响和干扰，也便于车载移动充电装置的扩展。

Description

一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口
技术领域
本发明涉及供电领域的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口。
背景技术
由于电动汽车的显著优势，目前电动汽车已经快速发展成为一种非常重要的交通工具。各主要国家都把推广和发展电动汽车作为重要的发展战略，作为节能减排的重要的手段。我国目前的各种电动汽车已经达到几千万辆。现有的电动汽车大多用电池作为储能装置，在电动汽车使用过程中，由于人为疏忽或设备故障，会出现因为电能耗尽而停在路途中的情况，需要补充能源才能到达附近的充/换电点。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口,其可以降低电位差对于车载移动充电装置监控的影响和干扰，也便于车载移动充电装置的扩展。
实现上述目的的一种技术方案是：一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6，其中所述CAN总线接口芯片U3上设有TXD1接口和RXD1接口，所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口和RXD2接口，所述第一隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口之间，所述第二隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的RXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口之间。
进一步的，所述第一隔离芯片U5和所述第二隔离芯片U6采用相同的光电隔离芯片，第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6是反向设置的。
再进一步的，所述第一隔离芯片U5包括NC5接口、VF5+接口、VF5-接口、NC7接口、VE5接口、VO5接口、GND5接口和VCC5接口，VF5+接口通过电阻R13接+5V电源端，VF5-接口连接所述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口，VF5+接口和VF5-接口在所述第一隔离芯片U5内通过第一发光二极管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口在所述第一隔离芯片U5内通过第一PMOS管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口对应连接所述第一PMOS管的基极、发射极和离散极，GND5接口接地，VE5接口通过依次串联的电阻R14和电容C21接地，VO5接口通过电阻R15连接+5V电源端并连接所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口，VCC5接口连接+5V电源端；
所述第二隔离芯片U6包括NC6接口、VF6+接口、VF6-接口、NC8接口、VE6接口、VO6接口、GND6接口和VCC6接口，VF6+接口通过电阻R16接+5V电源端，VF6-接口连接所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口，VF6+接口和VF6-接口在所述第二隔离芯片U6内通过第二发光二极管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口在所述第二隔离芯片U6内通过第二PMOS管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口对应连接所述第二PMOS管的基极、发射极和离散极，GND6接口接地，VE6接口通过依次串联的电阻R17和电容C22接地，VO6接口通过电阻R18连接+5V电源端并连接所述CAN总线接口芯片U3上的RXD1接口，VCC6接口连接+5V电源端。
更进一步的，所述CAN总线接口芯片U3上还设有连接车载移动充电装置中主处理器的AD0～AD7接口，以及通过电阻R20连接+5V的电源端的INT1接口。
更进一步的，所述CAN总线接口芯片U3上还设有通过电阻R8连接+5V电源端，通过电阻R19接地的RX1接口。
更进一步的，所述CAN总线接口芯片U3上设有同时接+5V电源端的MODE接口、VDD1接口、VDD2接口、VDD3接口，以及同时接地的VSS1接口、VSS2接口和VSS3接口，接地端与+5V电源端之间设有电容C15。
更进一步的，所述CAN总线接口芯片U3上设有XTAL1接口和XTAL2接口，所述XTAL1接口和所述XTAL2接口之间设有时钟电路，该时钟电路包括两端分别连接XTAL1接口和XTAL2接口的晶振jz2，以及将XTAL1接口接地的，依次串联的电容C16和电阻R9，以及将XTAL2接口接地的电电容C17。
更进一步的，所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口、RXD2接口、VREF接口、RS接口、CANH接口、CANL接口、VCC2接口和GND2接口，RS接口通过电阻R12接地，CANH接口通过电阻R10和电容C18接地，CANL接口通过电阻R11和电容C19接地，VCC2接口连接+5V电源端，并通过电容C20接地，GND2接口接地。
采用了本发明的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口的技术方案，包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6，其中所述CAN总线接口芯片U3上设有TXD1接口和RXD1接口，所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口和RXD2接口，所述第一隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口之间，所述第二隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的RXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口之间。其技术效果是：可以降低电位差对于车载移动充电装置监控的影响和干扰，也便于车载移动充电装置的扩展。
附图说明
图1为车载移动充电装置的结构示意图。
图2为车载移动充电装置的监控系统结构示意图。
图3为本发明的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口的结构图。
图4为车载移动充电装置的计量通信回路的结构图。
图5为车载移动充电装置的信号隔离变换回路的结构图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，车载移动充电装置包括：充电控制电路1、电池组2、电源转换电路3、汽车充电电路4、监控系统5和充电枪6。电源转换电路3可以为逆变控制电路31和DC/DC变换控制电路32。车载移动充电装置安装固定在移动车辆上，在道路上给因电能耗尽不能继续行驶的车辆充电。
充电控制电路1连接若干电池组2，每个电池组2连接一个电源转换电路3，每个电源转换电路3均连接匹配的汽车充电电路4，汽车充电电路4连接匹配的充电枪6。电池组2由数量众多的单体电池通过串/并联方式组合而成，充电枪6可以为美标充电枪、欧标充电枪或国标充电枪。
外部提供的市电通过充电控制电路1置换成直流电，并将直流电的电能转换为化学能存储在电池组2中。在需要对外输出电能的时候，电池组2中的化学能通过电源转换电路3转化为标准的交流电或满足电动汽车需求的直流电。电动汽车充电电路4负责和外部电动汽车进行通信，对充电枪6进行管理和控制。电源转换电路3中将电池组2中的化学能转化为标准的交流电的是逆变控制电路31，将电池组2中的化学能转化为满足电动汽车需求的直流电是DC/DC变换控制电路32。
监控系统5控制充电控制电路1、电池组2、电源转换电路3、汽车充电电路4和充电枪6。，并具有显示、计量、计费的功能。
请参阅图2，监控系统5包括主处理器50、以及与主处理器50连接的电能计量电路51、看门狗52、键盘53、液晶显示器54、刷卡接口装置55、语音提示装置56、报警装置57、无线网络接口58、GPS接口59和均衡充电电路500。远程监控终端可以通过GPS接口59实现对车载移动充电装置的定位，通过无线网络接口58实现对车载移动充电装置状态数据的采集、监视和远程传输，从而支持在大范围内对的车载移动充电装置进行集中监视和控制。监控系统5上还设有三路本发明的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口。
第一路所述CAN总线接口连接所有的汽车充电电路4，每个汽车充电电路4连接对应的充电枪6。汽车充电电路4可在主处理器50的控制下，根据充电枪6制式的不同，完成相应的操作。
第二路所述CAN总线接口连接所有的电源转换电路3，即所有的逆变控制电路31和DC/DC变换控制电路32。每个逆变控制电路31将对应电池组2存储的低压直流电转换为标准的工频正弦交流电，同时对逆变过程的状态参数进行监视。DC/DC变换控制电路32，主要为直流电动汽车提供充电电源，主要实现把电池组2存储的低压直流电转换为较高电压的直流电，同时对变换过程的温度、电压和电流等参数进行监视。
第三路所述CAN总线接口连接所有的电池监视电路20，每个电池监视电路20连接对应的电池组2。电池监视电路20，主要实现对电池组2和电池组2中单体电池的状态参数，电压、温度等，进行测量、监视和评估。电池监视电路20测量的单体电池电压的传感器也是均衡充电电路500对充电控制电路1进行控制的重要的参数采集传感器。
电能计量电路51、看门狗52、键盘53、液晶显示器54、刷卡接口装置55、语音提示装置56、报警装置57、无线网络接口58和GPS接口59、均衡充电电路500,与汽车充电电路4、逆变控制电路31、DC/DC变换控制电路32、电池监视电路20，以及主处理器50及其外围电路共同构成了一个完整的分布式监测网络，可以实施对车载移动充电装置的全面监视和控制。
监控系统5具有良好的可扩展性，适应于不同规模的车载移动充电装置。
此外主处理器50还配置了必要的存储器、时钟和电源。
所述CAN总线接口包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6。其中CAN总线接口芯片U3为SJA100芯片，CAN总线收发芯片U4为82C50芯片。第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6均为6N137芯片。
其中CAN总线接口芯片U3上设有AD0～AD7接口，CS1接口，ALE/AS1接口，RD/E接口，WR接口、INT1接口、RST1接口和CLKOUT1接口。
其中INT1接口通过阻值为4.7kΩ的电阻R20连接+5V电源端。AD0～AD7接口用于实现主处理器50，和汽车充电电路4、逆变控制器31、DC/DC变换控制器32、电池监视电路20之间的通信。
CAN总线接口芯片U3上还设有TXD1接口、TX1接口、RXD1接口、RX1接口、MODE接口、VDD1接口、VDD2接口、VDD3接口、VSS1接口、VSS2接口、VSS3接口、XTAL1接口和XTAL2接口，其中RX1接口通过阻值为2kΩ的电阻R8连接+5V电源端，通过阻值为4.7kΩ的电阻R19接地。MODE接口、VDD1接口、VDD2接口和VDD3接口连接+5V电源端，VSS1接口、VSS2接口、VSS3接口接地，接地端和+5V电源端之间设有电容值为0.1μF的电容C15。XTAL1接口和XTAL2接口之间连接时钟电路，该时钟电路包括两端分别连接XTAL1接口和XTAL2接口的振动频率为16MHZ的晶振jz2，以及将XTAL1接口接地的，依次串联的电容值为30pF的电容C16和阻值为10MΩ的电阻R9，以及将XTAL2接口接地的电容值为30pF的电容C17。
CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口、RXD2接口、VREF接口、RS接口、CANH接口、CANL接口、VCC2接口、GND2接口，RS接口通过阻值为47kΩ的电阻R12接地。CANH接口通过阻值为5Ω的电阻R10和电容值为30pF的电容C18接地，CANL接口通过阻值为5Ω的电阻R11和电容值为30pF的电容C19接地，VCC2接口连接+5V电源端，并通过电容值为0.1μF的电容C20接地。GND2接口接地。
第一隔离芯片U5包括NC5接口、VF5+接口、VF5-接口、NC7接口、VE5接口、VO5接口、GND5接口和VCC5接口。其中VF5+接口通过阻值为1kΩ的电阻R13接+5V电源端，VF5-接口连接CAN总线接口芯片U3的TXD1接口。VF5+接口和VF5-接口在第一隔离芯片U5内通过第一发光二极管连接。VE5接口、VO5接口、GND5接口在第一隔离芯片U5内通过第一PMOS管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口对应连接所述第一PMOS管的基极、发射极和离散极。GND5接口接地，VE5接口通过依次串联的阻值为10kΩ的电阻R14和电容值为0.1μF的电容C21接地，VO5接口通过阻值为330Ω的电阻R15连接+5V电源端并连接CAN总线收发芯片U4上的TXD2接口，VCC5接口连接+5V电源端。
第二隔离芯片U6包括NC6接口、VF6+接口、VF6-接口、NC8接口、VE6接口、VO6接口、GND6接口和VCC6接口。其中VF6+接口通过阻值为1kΩ的电阻R16接+5V电源端，VF6-接口连接CAN总线收发芯片U4上的RXD2接口。VF6+接口和VF6-接口在第二隔离芯片U6内通过第二发光二极管连接。VE6接口、VO6接口、GND6接口在第二隔离芯片U6内通过第二PMOS管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口对应连接所述第二PMOS管的基极、发射极和离散极。GND6接口接地，VE6接口通过依次串联的阻值为10kΩ的电阻R17和电容值为0.1μF的电容C22接地，VO6接口通过阻值为330Ω的电阻R18连接+5V电源端并连接CAN总线接口芯片U3上的RXD1接口，VCC6接口连接+5V电源端。
所述车载移动充电装置的监控系统5通过图3所示的CAN总线接口连接到外部的总线扩展模块，降低了不同CAN总线扩展模块的电位差对监控系统5通信和监测功能产生影响，同时通过第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6的光电隔离措施，提高监控系统5抗干扰性。
车载移动充电装置通过对汽车充电电路4、逆变控制电路31、DC/DC变换控制电路32、电池监视电路20的模块化设计，通过标准的CAN总线接口和自定义的用户层协议实现与主处理器50之间数据、信号、控制指令和控制参数的传输。
电能计量电路51包括信号隔离变换回路512和计量通信回路511。
计量通信回路511包括电能计量芯片U1，电能计量芯片U1为ADE7758电能计量芯片。电能计量芯片U1上设有RESET接口、DVDD接口、AVDD接口、V1P接口、V1N接口、V2N接口、V2P接口、AGND接口、REFin/out接口、DGND接口、DIN接口、DOUT接口、SCLK接口、CS0接口、CLKOUT接口，CLKIN接口、IRQ接口、SAG接口、ZX接口和CF接口。
其中，RESET接口、DVDD接口、AVDD接口同时接+5V电源端并通过相互并联的极性电容C2和电容C1数字接地。其中极性电容C2的电容值为10μF，击穿电压50V。电容C1的电容值0.1μF。AGND接口模拟接地。DGND接口数字接地。REFin/out接口，通过互并联的极性电容C8和电容C7同时数字接地和模拟接地。其中极性电容C8的电容值为10μF，击穿电压50V。电容C7的电容值0.1μF。DIN接口和DOUT接口连接主处理器50。CLKOUT接口和CLKIN接口之间设有计量时钟电路，所述计量时钟电路包括连接在CLKOUT接口和CLKIN接口之间的晶振Y1，以及连接在CLKOUT接口和数字地之间的电容值为22pF的电容C5以及连接在CLKIN接口和数字地之间的电容值为22pF的电容C6。
信号隔离变换回路512包括连接汽车充电电路4的第一电流互感器TV1和第二电流互感器TA1，其中第一电流互感器TV1一次侧的同名端与汽车充电电路4的火线之间连接阻值为200kΩ的电阻R5，第一电流互感器TV1一次侧的非同名端连接汽车充电电路4的零线，第一电流互感器TV1低压侧的非同名端接地，同时第一电流互感器TV1的低压侧的同名端和非同名端之间并联有阻值为200Ω的电阻R6、电容值为33nF的电容C9、二极管VD5和二极管VD6，其中二极管VD5的负极接地，二极管VD6的正极接地。第一电流互感器TV1的低压侧的同名形成连接电能计量芯片U1的V2P接口的V2P信号端。同时信号隔离变换回路512还包括连接在电能计量芯片U1的V2N接口和接地端之间的，相互并联的阻值为1kΩ的电阻R7和电容值为33nF的电容C10，为信号隔离变换回路512的V2N信号端。
充电枪6的零线端口连接汽车充电电路4的零线，充电枪6的火线端口连接第二电流互感器TA1一次侧的非同名端，第二电流互感器TA1一次侧的同名端连接汽车充电电路4的火线。第二电流互感器TA1低压侧的同名端连接阻值为200Ω且接地的电阻R2，非同名端连接阻值为200Ω且接地的电阻R3，第二电流互感器TA1低压侧的同名端通过阻值为1kΩ的电阻R1连接电容值为33nF且接地的电容C3，以及二极管VD1的正极和二极管VD2的负极，形成信号隔离变换回路512的V1P信号端。第二电流互感器TA1的非同名端通过阻值为1kΩ的电阻R4连接电容值为33nF且接地的电容C4，以及二极管VD3的负极和二极管VD4的正极，形成信号隔离变换回路512的V1N信号端。二极管VD1的负极、二极管VD2的正极、二极管VD3的正极和二极管VD4的负极均接地。
信号隔离变换回路512首先将交流电压通过电阻R5转换为2mA的电流信号，然后通过第一电流互感器TV1进行隔离变换，在低压侧形成一个幅值约2mA的交流信号，通过在低压侧并联一个200Ω的电阻R6形成与一次侧电压成比例变化的第一电压信号,即V2P信号和V2N信号。针对电流信号测量，在充电枪6或汽车充电电路4中，串联第二电流互感器TA1把电流按比例转化为标准的5A的额定电流信号，然后在信号隔离变换回路512中通过第二电流互感器TA1,把第二电流互感器TA1的一次侧的额定电流信号转换成为第二电流互感器TA1的低压侧的低压信号，并通过在第二电流互感器TA1的低压侧并联电阻R2和电阻R3，得到与一次电流成比例变化的第二电压信号即V1N信号和V1N信号。
计量通信回路511把经过隔离变换的电压和电流信号传递到电能计量芯片U1，完成相位、幅值、有效值的测量，并计算功率和功率参数，传递给主处理器50。
电能计量电路51可进行电压、电流、有功，无功和视在功率测量，完全满足车载移动充电装置的计量、监视和计费的需求。其电能计量电路51计量精度高且不会收到外来干扰信号的影响。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6，其中所述CAN总线接口芯片U3上设有TXD1接口和RXD1接口，所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口和RXD2接口，所述第一隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口之间，所述第二隔离芯片U5位于述CAN总线接口芯片U3的RXD1接口和所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述第一隔离芯片U5和所述第二隔离芯片U6采用相同的光电隔离芯片，第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6是反向设置的。
3.根据权利要求2所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：
所述第一隔离芯片U5包括NC5接口、VF5+接口、VF5-接口、NC7接口、VE5接口、VO5接口、GND5接口和VCC5接口，VF5+接口通过电阻R13接+5V电源端，VF5-接口连接所述CAN总线接口芯片U3的TXD1接口，VF5+接口和VF5-接口在所述第一隔离芯片U5内通过第一发光二极管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口在所述第一隔离芯片U5内通过第一PMOS管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口对应连接所述第一PMOS管的基极、发射极和离散极，GND5接口接地，VE5接口通过依次串联的电阻R14和电容C21接地，VO5接口通过电阻R15连接+5V电源端并连接所述CAN总线收发芯片U4的TXD2接口，VCC5接口连接+5V电源端；
所述第二隔离芯片U6包括NC6接口、VF6+接口、VF6-接口、NC8接口、VE6接口、VO6接口、GND6接口和VCC6接口，VF6+接口通过电阻R16接+5V电源端，VF6-接口连接所述CAN总线收发芯片U4的RXD2接口，VF6+接口和VF6-接口在所述第二隔离芯片U6内通过第二发光二极管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口在所述第二隔离芯片U6内通过第二PMOS管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口对应连接所述第二PMOS管的基极、发射极和离散极，GND6接口接地，VE6接口通过依次串联的电阻R17和电容C22接地，VO6接口通过电阻R18连接+5V电源端并连接所述CAN总线接口芯片U3上的RXD1接口，VCC6接口连接+5V电源端。
4.根据权利要求3所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述CAN总线接口芯片U3上还设有连接车载移动充电装置中主处理器的AD0～AD7接口，以及通过电阻R20连接+5V的电源端的INT1接口。
5.根据权利要求3所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述CAN总线接口芯片U3上还设有通过电阻R8连接+5V电源端，通过电阻R19接地的RX1接口。
6.根据权利要求3所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述CAN总线接口芯片U3上设有同时接+5V电源端的MODE接口、VDD1接口、VDD2接口、VDD3接口，以及同时接地的VSS1接口、VSS2接口和VSS3接口，接地端与+5V电源端之间设有电容C15。
7.根据权利要求3所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述CAN总线接口芯片U3上设有XTAL1接口和XTAL2接口，所述XTAL1接口和所述XTAL2接口之间设有时钟电路，该时钟电路包括两端分别连接XTAL1接口和XTAL2接口的晶振jz2，以及将XTAL1接口接地的，依次串联的电容C16和电阻R9，以及将XTAL2接口接地的电电容C17。
8.根据权利要求3所述的一种用于车载移动充电装置的CAN总线接口，其特征在于：所述CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口、RXD2接口、VREF接口、RS接口、CANH接口、CANL接口、VCC2接口和GND2接口，RS接口通过电阻R12接地，CANH接口通过电阻R10和电容C18接地，CANL接口通过电阻R11和电容C19接地，VCC2接口连接+5V电源端，并通过电容C20接地，GND2接口接地。
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