在新能源汽車高速發(fā)展和相關(guān)政策的扶持下，中國(guó)電動(dòng)汽車充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)開(kāi)始迅猛發(fā)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(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)充電的互聯(lián)互通，關(guān)鍵是確保技術(shù)基礎(chǔ)。為保證充電過(guò)程的安全可控，2015年底，發(fā)布了《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議GB/T 27930—2015》和《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求GB/T 18487.1—2015》。
目前，電動(dòng)汽車充電方式主要有直流充電和交流充電兩大類。國(guó)家提出的發(fā)展方向：大功率充電以減少用戶的等待時(shí)間，而直流充電是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的基礎(chǔ)。為了驗(yàn)證待測(cè)電動(dòng)汽車的直流充電協(xié)議是否符合標(biāo)準(zhǔn)，群菱能源專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)了便攜式直流充電樁測(cè)試設(shè)備AEVT-7510S。
AEVT-7510S按照最新非車載充電機(jī)與BMS通信協(xié)議完成物理連接、充電電壓監(jiān)測(cè)、充電電流監(jiān)測(cè)、充電狀態(tài)測(cè)試、通信狀態(tài)測(cè)試、自動(dòng)充電響應(yīng)、控制時(shí)序故障仿真等試驗(yàn)項(xiàng)目，可以在安裝調(diào)試工程結(jié)束之后快速判斷充電樁是否符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，并對(duì)充電樁故障進(jìn)行全方位診斷。主要應(yīng)用于新安裝直流充電樁、維修后充電樁、升級(jí)改型后充電樁的各項(xiàng)性能測(cè)試，為中國(guó)實(shí)現(xiàn)充電互聯(lián)互通提供了支撐。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
GB/T 18487.1—2015的附錄B給出了直流充電控制導(dǎo)引電路與控制原理的示意圖，描述了電動(dòng)汽車與非車載充電機(jī)連接的線路圖和直流充電控制的時(shí)序圖。
圖1 直流充電控制導(dǎo)引電路原理圖
本測(cè)試系統(tǒng)模擬的是非車載充電機(jī)端對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行測(cè)試，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)給出的原理圖進(jìn)行完善和擴(kuò)充。硬件平臺(tái)參照直流充電控制導(dǎo)引電路原理圖的充電機(jī)端，軟件平臺(tái)按照充電連接控制時(shí)序和狀態(tài)流程圖進(jìn)行動(dòng)作。
1.1 硬件平臺(tái)
根據(jù)測(cè)試需求，測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)由測(cè)試主機(jī)、供電電源、充電接口模擬模塊、CAN協(xié)議收發(fā)模塊4部分組成。
1）測(cè)試主機(jī)：是裝有測(cè)試軟件的筆記本電腦，它可以模擬充電樁對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)出充電報(bào)文，分析電動(dòng)汽車回復(fù)的報(bào)文，根據(jù)電動(dòng)汽車的需求控制供電電源通過(guò)充電接口對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行完整的充電動(dòng)作。
2）供電電源：接收由測(cè)試主機(jī)根據(jù)與電動(dòng)汽車的通信報(bào)文分析出的需求對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)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(jìn)行動(dòng)作，這個(gè)模塊里還裝配了1個(gè)車輛控制器所需的低壓輔助電源。
4）CAN協(xié)議收發(fā)模塊：測(cè)試主機(jī)通過(guò)這個(gè)模塊與電動(dòng)車輛進(jìn)行報(bào)文交互。
這4部分的交互示意如圖1所示，實(shí)物如圖2所示。
圖1 測(cè)試平臺(tái)硬件示意圖
圖2 測(cè)試平臺(tái)硬件實(shí)物圖
1.2 軟件平臺(tái)
GB/T27930—2015提供更完整的充電時(shí)序流程圖，描述了具體的報(bào)文交互時(shí)序，包括正常充電時(shí)序和異常解決方案。由于流程圖兼顧了充電機(jī)和電動(dòng)車輛，為了有針對(duì)性的測(cè)試，本系統(tǒng)提出的解決方案只針對(duì)電動(dòng)車輛端，并將正常充電和各種異常處理分別進(jìn)行測(cè)試，這樣有利于問(wèn)題的定位與分析。
1.2.1 正常充電流程
充電過(guò)程包括6 個(gè)階段：物理連接、低壓輔助上電、充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結(jié)束階段。從握手階段開(kāi)始，如果測(cè)試系統(tǒng)沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)收到電動(dòng)車輛回復(fù)的正確報(bào)文，則進(jìn)入錯(cuò)誤處理狀態(tài)，報(bào)文說(shuō)明如表1所示，正常充電流程如圖3所示。
圖3 正常充電時(shí)序流程
從圖3可以看出，在正常充電流程中，BMS沒(méi)有回應(yīng)相應(yīng)的報(bào)文，系統(tǒng)就進(jìn)入錯(cuò)誤處理，彈出對(duì)話框提示測(cè)試人員。該項(xiàng)測(cè)試能將被測(cè)電動(dòng)汽車充電通信流程中的時(shí)序和報(bào)文進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證該車輛是否能按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行充電。
表1 充電報(bào)文代號(hào)與描述
1.2.2 異常處理
系統(tǒng)對(duì)異常處理的測(cè)試包括：充電機(jī)發(fā)生的各種故障、充電樁參數(shù)不合適、C HM延時(shí)、C R M延時(shí)、CCS延時(shí)、CSD延時(shí)、充電樁準(zhǔn)備就緒延時(shí)等。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)模擬各種異常來(lái)測(cè)試電動(dòng)車輛的處理結(jié)果，測(cè)試用例如表2所示。通過(guò)這些測(cè)試用例，系統(tǒng)覆蓋了標(biāo)準(zhǔn)中涉及的各種異常處理，并且能準(zhǔn)確判斷被測(cè)電動(dòng)車輛在處理這些異常時(shí)是否能按照標(biāo)準(zhǔn)給出的處理方式進(jìn)行操作。
表2 測(cè)試用例
二、系統(tǒng)驗(yàn)證
AEVT-7510S測(cè)試系統(tǒng)在投入使用前進(jìn)行了自測(cè)，用來(lái)檢驗(yàn)該系統(tǒng)是否嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)中的充電時(shí)序流程圖進(jìn)行動(dòng)作。圖4抓取了一個(gè)完整充電流程的波形和報(bào)文。為了便于分析，圖4中只保留了充電時(shí)的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定充電時(shí)電流值是負(fù)的，所以圖4中電壓都是正值而電流都是負(fù)值。
圖4 完整充電流程的波形和報(bào)文
由于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理連接后，充電機(jī)需要先進(jìn)行絕緣檢測(cè)，然后投入泄放電路再發(fā)送報(bào)文進(jìn)行充電流程。所以圖4中電壓會(huì)先有個(gè)峰值，接著電壓為0，然后再有一個(gè)電壓進(jìn)行充電，最后結(jié)束充電，電壓電流歸0。絕緣檢測(cè)和正常充電在圖4中進(jìn)行了標(biāo)注，整體流程的電壓、電流波形遵循了標(biāo)準(zhǔn)，接著檢查具體點(diǎn)的值是否正確。
圖4中右上方光標(biāo)處的充電狀態(tài)和下半部分顯灰的報(bào)文是同一時(shí)間點(diǎn)的，此時(shí)，BCL的值是十六進(jìn)制的F60E D8 0E 02。GB/T 27930—2015給出了B CL的報(bào)文含義，經(jīng)計(jì)算轉(zhuǎn)化后得到電壓值383 V，電流值-20A，與實(shí)際電壓值375.3 V，實(shí)際電流值-19.7A接近，這說(shuō)明本系統(tǒng)及時(shí)地響應(yīng)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(shuō)明測(cè)試系統(tǒng)回應(yīng)的報(bào)文也能及時(shí)地吻合被測(cè)電動(dòng)車輛的需求報(bào)文。
綜上所述，便攜式直流充電樁測(cè)試設(shè)備AEVT-7510S能夠嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)待測(cè)直流充電樁進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查。
北京群菱專注于新能源檢測(cè)領(lǐng)域，為新能源車充電站現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、充電樁產(chǎn)品型式試驗(yàn)、充電站安全性例行年檢、計(jì)量校準(zhǔn)測(cè)試、充電樁互操作測(cè)試、車輛互操作測(cè)試提供各類測(cè)試平臺(tái)及解決方案。
產(chǎn)品已成功應(yīng)用于國(guó)網(wǎng)電科院、中國(guó)電科院、國(guó)網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)公司、開(kāi)普檢測(cè)、上海電器科學(xué)研究院、深圳計(jì)量院、南網(wǎng)電科院、北京電科院、江蘇電科院、廣東質(zhì)檢院、山東質(zhì)檢院、蘇州質(zhì)檢院、中國(guó)汽車技術(shù)研究中心、重慶車輛檢測(cè)研究院、長(zhǎng)春汽車材料中心等數(shù)十家第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，另外蔚來(lái)、寶馬、特斯拉、南瑞、特來(lái)電、平高電氣、追日等數(shù)百家新能源車企、樁企也采購(gòu)了群菱的檢測(cè)裝置。