電動汽車充電協議測試系統的設計與問題分析

在新能源汽車高速發展和相關政策的扶持下，中國電動汽車充電設施產業開始迅猛發展，充電便利性是新能源汽車用戶主觀感受的重要影響因素。充電兼容性是充電便利性的核心問題，要實現充電的互聯互通，關鍵是確保技術基礎。為保證充電過程的安全可控，2015年底，發布了《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GB/T 27930—2015》和《電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求GB/T 18487.1—2015》。

目前，電動汽車充電方式主要有直流充電和交流充電兩大類。國家提出的發展方向：大功率充電以減少用戶的等待時間，而直流充電是實現這個目標的基礎。為了驗證待測電動汽車的直流充電協議是否符合標準，群菱能源專業設計生產了便攜式直流充電樁測試設備AEVT-7510S。

AEVT-7510S按照最新非車載充電機與BMS通信協議完成物理連接、充電電壓監測、充電電流監測、充電狀態測試、通信狀態測試、自動充電響應、控制時序故障仿真等試驗項目，可以在安裝調試工程結束之后快速判斷充電樁是否符合標準技術要求，并對充電樁故障進行全方位診斷。主要應用于新安裝直流充電樁、維修后充電樁、升級改型后充電樁的各項性能測試，為中國實現充電互聯互通提供了支撐。

一、系統設計

GB/T 18487.1—2015的附錄B給出了直流充電控制導引電路與控制原理的示意圖，描述了電動汽車與非車載充電機連接的線路圖和直流充電控制的時序圖。

圖1 直流充電控制導引電路原理圖

本測試系統模擬的是非車載充電機端對電動汽車進行測試，對標準給出的原理圖進行完善和擴充。硬件平臺參照直流充電控制導引電路原理圖的充電機端，軟件平臺按照充電連接控制時序和狀態流程圖進行動作。

1.1　硬件平臺

根據測試需求，測試系統的硬件平臺由測試主機、供電電源、充電接口模擬模塊、CAN協議收發模塊4部分組成。

1）測試主機：是裝有測試軟件的筆記本電腦，它可以模擬充電樁對電動汽車發出充電報文，分析電動汽車回復的報文，根據電動汽車的需求控制供電電源通過充電接口對電動汽車進行完整的充電動作。

2）供電電源：接收由測試主機根據與電動汽車的通信報文分析出的需求對電動汽車進行直流充電。

3）充電接口模擬模塊：模擬充電樁的充電接口進行動作，這個模塊里還裝配了1個車輛控制器所需的低壓輔助電源。

4）CAN協議收發模塊：測試主機通過這個模塊與電動車輛進行報文交互。

這4部分的交互示意如圖1所示，實物如圖2所示。

圖1 測試平臺硬件示意圖

圖2 測試平臺硬件實物圖

1.2　軟件平臺

GB/T27930—2015提供更完整的充電時序流程圖，描述了具體的報文交互時序，包括正常充電時序和異常解決方案。由于流程圖兼顧了充電機和電動車輛，為了有針對性的測試，本系統提出的解決方案只針對電動車輛端，并將正常充電和各種異常處理分別進行測試，這樣有利于問題的定位與分析。

1.2.1　正常充電流程

充電過程包括6 個階段：物理連接、低壓輔助上電、充電握手階段、充電參數配置階段、充電階段和充電結束階段。從握手階段開始，如果測試系統沒有在規定的時間內收到電動車輛回復的正確報文，則進入錯誤處理狀態，報文說明如表1所示，正常充電流程如圖3所示。

圖3 正常充電時序流程

從圖3可以看出，在正常充電流程中，BMS沒有回應相應的報文，系統就進入錯誤處理，彈出對話框提示測試人員。該項測試能將被測電動汽車充電通信流程中的時序和報文進行檢驗，驗證該車輛是否能按照標準流程進行充電。

表1　充電報文代號與描述

1.2.2　異常處理

系統對異常處理的測試包括：充電機發生的各種故障、充電樁參數不合適、C HM延時、C R M延時、CCS延時、CSD延時、充電樁準備就緒延時等。測試系統通過模擬各種異常來測試電動車輛的處理結果，測試用例如表2所示。通過這些測試用例，系統覆蓋了標準中涉及的各種異常處理，并且能準確判斷被測電動車輛在處理這些異常時是否能按照標準給出的處理方式進行操作。

表2 測試用例

二、系統驗證

AEVT-7510S測試系統在投入使用前進行了自測，用來檢驗該系統是否嚴格按照標準中的充電時序流程圖進行動作。圖4抓取了一個完整充電流程的波形和報文。為了便于分析，圖4中只保留了充電時的實際電壓和電流、CCS中的輸出電壓和電流，BCS中的充電電壓和電流，BCL的需求電壓和電流。標準中規定充電時電流值是負的，所以圖4中電壓都是正值而電流都是負值。

圖4 完整充電流程的波形和報文

由于標準中規定了在物理連接后，充電機需要先進行絕緣檢測，然后投入泄放電路再發送報文進行充電流程。所以圖4中電壓會先有個峰值，接著電壓為0，然后再有一個電壓進行充電，最后結束充電，電壓電流歸0。絕緣檢測和正常充電在圖4中進行了標注，整體流程的電壓、電流波形遵循了標準，接著檢查具體點的值是否正確。

圖4中右上方光標處的充電狀態和下半部分顯灰的報文是同一時間點的，此時，BCL的值是十六進制的F60E D8 0E 02。GB/T 27930—2015給出了B CL的報文含義，經計算轉化后得到電壓值383 V，電流值-20A，與實際電壓值375.3 V，實際電流值-19.7A接近，這說明本系統及時地響應了BMS的充電需求。從圖中還可以看出，BCS、CCS與BCL的波形幾乎重合，說明測試系統回應的報文也能及時地吻合被測電動車輛的需求報文。

綜上所述，便攜式直流充電樁測試設備AEVT-7510S能夠嚴格按照相關標準對待測直流充電樁進行標準符合性檢查。

北京群菱專注于新能源檢測領域，為新能源車充電站現場驗收、充電樁產品型式試驗、充電站安全性例行年檢、計量校準測試、充電樁互操作測試、車輛互操作測試提供各類測試平臺及解決方案。

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