電動汽車用傳導式充電系統互聯互通的研究

吳詩宇，尹 瀟

（重慶車輛檢測研究院 國家客車質量監督檢驗中心，重慶 401122）

0 引言

電動汽車從試運行到市場化，短短幾年時間已經基本實現。目前市場化成熟的儲能裝置還是鋰電池［1］，不管是純電動汽車、插電式混合動力汽車都需要充電。由于鋰電池輸入是直流電，而電網輸出是50Hz交流電，需要把電網的交流電轉換為直流電，并輔以充電控制引導系統，統稱起來叫做電動汽車的充電系統。充電系統分為傳導式和無線式，目前市場化最成熟的還屬傳導式充電系統；而無線充電功率小，設施昂貴，市場化還不太成熟［2］。

根據電動汽車用傳導式充電系統的安裝位置，分為車載式和非車載式［3］。車載式是指充電裝置在車上，交流電輸入，車載充電機把交流電轉換為直流電，給鋰電池充電，控制引導采用PWM波的方式；非車載式是指充電裝置在地面上，充電樁直接輸出直流電給鋰電池充電，控制引導采用CAN總線通信的方式。

隨著電動汽車進入市場化運營的階段，其充電系統和充電樁的互聯互通問題一直是行業的痛點。統一電網和車企，讓任何一輛車都能在每個樁上安全、可靠、快捷地充電，是行業每個人的心愿。為解決這個問題，國家提出了一系列標準。主要標準如下。

1）GB／T 18487.1-2015《電動汽車傳導式充電系統 第1部分：通用要求》［4］。

2）GB／T 20234.1-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分 通用要求》［5］。

3）GB／T 27930-2015《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》［6］。

4）GB／T 34658-2017《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一致性測試》［7］。

5）GB／T 34657.1-2017《電動汽車傳導式充電互操作性測試規范 第1部分：供電設備》［8］。

6）GB／T 34657.2-2017《電動汽車傳導式充電互操作性測試規范 第2部分：車輛》［9］。

前3個標準主要是產品要求，后3個是試驗方法。

1 標準概述

充電系統分為4種充電模式，模式1為電動汽車直接接交流電網 （如家用插座）進行充電，雖然車載充電機進行了轉換和控制，但由于我國供配電的國情是無法保證保護搭鐵PE在插座側可靠搭鐵［10］，如未可靠搭鐵，會造成電動汽車漏電后無法有效保護的情況。故在GB／T 18487.1-2015中明令禁止了充電模式1。交流充電多采用模式2和模式3，模式2是在充電線纜上加裝了控制引導系統，避免了無法有效保護的情況。模式3是交流側采用專用的交流充電樁，同樣可以避免無法有效保護的情況。模式4是電動汽車直接連接直流充電設備。

充電連接裝置分為交流裝置和直流裝置，通過嚴格的尺寸配合及充電流程，加上機械鎖和電子鎖解決互聯互通問題。機械鎖實現的是防止人為誤拔充電槍；電子鎖實現了：就算在充電過程中，人為故意拔掉充電槍，也可以避免電弧的出現。標準GB／T 20234.1-2015、GB／T 20234.2-2015和GB／T 20234.3-2015對充電連接裝置的技術要求及試驗方法進行了較為細致的規定。

為了解決充電過程中互聯互通的安全性和可靠性等軟硬件問題，充電系統設置了控制引導程序，分為交流控制引導和直流控制引導。標準GB／T 18487.1-2015對此進行了技術要求。交流控制引導電路見圖1，直流控制引導電路見圖2。

圖1 交流控制引導電路

圖2 直流控制引導電路

2 標準中的技術要求和試驗方法

為了對充電控制引導系統進行黑箱式檢測，標準GB／T 34657.2-2017進行了細致的規定。直流和交流的檢測系統均采用標準電路的方式模擬充電樁，在模擬電路上進行了信號的采集，并模擬了故障狀態。實物圖見圖3。針對直流的檢測項目見表1。

由于直流充電系統是非車載的充電系統，充電機與電池包通信的信號量大，實時性要求高，采用CAN信號通信的方式。而交流充電采用車載充電機，充電機與電網的控制設備的通信信號量小，采用PWM通信的方式，PWM占空比對應最大的充電電流。直流和交流線路組成和引導控制電路上有較為明顯的區別。直流充電系統和交流充電系統在試驗方法上，也有較大區別。針對交流的檢測項目見表2。

圖3 檢測系統實物圖

表1 直流的檢測項目

表2 交流的檢測項目

3 測試結果

本文針對專業的檢測系統及多個樣品車進行了一系列的互聯互通試驗，其中幾個典型的不合格結果見表3。

表3 典型的不合格結果

4 結語

從以上檢測結果可以看出，這些問題有些涉及安全性，有些涉及可靠性。這些問題的解決并不難，需要的是主機廠進行更好的供應商管理，讓充電系統、車載充電機或BMS供應商完全按照國標進行設計和生產。以后大量的充電樁也按國標進行設計和生產，最終可以實現讓任何一輛車都能在每個樁上安全、可靠、快捷地充電。

本文的這部分研究成果為解決電動汽車用充電系統的互聯互通問題提供了參考。