直流充電樁通信一致性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭昊，李小鵬，徐征,，李藝超，王春暉

直流充電樁通信一致性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭昊1，李小鵬1，徐征1,2，李藝超2，王春暉2

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222；2.天津動(dòng)核芯科技有限公司，天津 300350）

直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)之間的信息交互，影響車(chē)樁之間的互聯(lián)互通能力，直流充電過(guò)程中，車(chē)樁之間通過(guò)信息交互實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的控制，因此，為保證車(chē)樁之間的互聯(lián)互通能力和直流充電安全，文章以直流充電樁為測(cè)試對(duì)象，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，提出了直流充電通信一致性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)直流充電報(bào)文的肯定測(cè)試和否定測(cè)試，可確保直流充電樁的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

電動(dòng)汽車(chē)；直流充電樁；通信一致性測(cè)試

前言

近年來(lái)，伴隨著電動(dòng)汽車(chē)的大力發(fā)展，作為電動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)配套設(shè)施的直流充電樁已在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)。2015年12月，國(guó)家能源局等五部門(mén)聯(lián)合發(fā)布新修訂的5項(xiàng)電動(dòng)汽車(chē)充電接口及通信協(xié)議國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]-[6]。2017年推出了2項(xiàng)關(guān)于直流充電樁的互操作性和通信一致性標(biāo)準(zhǔn)[7]-[8]。國(guó)標(biāo)的推出，對(duì)直流充電樁的互操作性和通信一致性做出了明確規(guī)范，進(jìn)一步促進(jìn)了充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)范和統(tǒng)一。與交流充電相比，直流充電過(guò)程中采用高電壓、大電流的供電方式，直流充電樁需確保符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)控制充電狀態(tài)，保證直流充電安全。直流充電樁測(cè)試裝置可用于檢驗(yàn)直流充電樁是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在電動(dòng)汽車(chē)與直流充電過(guò)程中，二者之間的報(bào)文交互，使得電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的不同充電階段、不同充電狀態(tài)可實(shí)時(shí)控制，因此，本文分析了電動(dòng)汽車(chē)直流充電通信一致性檢測(cè)方法，以直流充電樁為測(cè)試對(duì)象設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車(chē)直流充電通信一致性測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)直流充電樁的通信一致性測(cè)試并生成測(cè)試報(bào)告。

1 通信一致性性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)之間的充電過(guò)程主要包括6個(gè)階段，包括物理連接、低壓輔助上電、充電握手、充電參數(shù)配置、充電階段、充電結(jié)束階段[9]。其中二者主要在充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段、充電結(jié)束階段進(jìn)行CAN報(bào)文交互，雙方通過(guò)報(bào)文確定對(duì)方的充電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的控制。完整的直流充電報(bào)文如表1所示。

表1 直流充電通信報(bào)文

通信協(xié)議一致性測(cè)試可以理解為對(duì)直流充電過(guò)程中的報(bào)文交互進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)充電過(guò)程中的通信報(bào)文邏輯和報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括肯定測(cè)試和否定測(cè)試。肯定測(cè)試主要是驗(yàn)證在非車(chē)載充電機(jī)與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS之間通信報(bào)文邏輯和報(bào)文內(nèi)容是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以及驗(yàn)證正常通信報(bào)文交互時(shí)，非車(chē)載充電機(jī)的充電控制和各個(gè)充電狀態(tài)是否與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的正常充電時(shí)序一致，即理想狀態(tài)下測(cè)試非車(chē)載充電機(jī)的通信響應(yīng)。

否定測(cè)試是在不同的充電階段，BMS模擬器發(fā)送與國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議不一致或與標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文不符的報(bào)文，檢查非車(chē)載充電機(jī)通信的響應(yīng)情況，即異常狀態(tài)下測(cè)試非車(chē)載充電機(jī)的通信響應(yīng)。測(cè)試順序是由肯定測(cè)試到否定測(cè)試、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。

2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

直流充電時(shí)，直流充電槍與車(chē)輛端的直流充電插座完成物理連接后，直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)（BMS）完成報(bào)文交互，實(shí)現(xiàn)直流充電過(guò)程。電動(dòng)汽車(chē)直流充電通信一致性測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。該平臺(tái)主要包括被測(cè)直流充電樁、車(chē)輛直流充電插座、直流負(fù)載、動(dòng)力電池電壓模擬器、輔助電源負(fù)載、車(chē)輛BMS模擬器、工控機(jī)等設(shè)備組成。

直流負(fù)載與動(dòng)力電池電壓模擬器組合實(shí)現(xiàn)模擬車(chē)輛動(dòng)力電池的功能，在充電參數(shù)配置階段，動(dòng)力電池電壓模擬器模擬正常的動(dòng)力電池端電壓，當(dāng)直流充電樁完成輸出后，切換至直流負(fù)載。

BMS模擬軟件可實(shí)現(xiàn)與被測(cè)直流充電樁通信，完成正常的充電過(guò)程，同時(shí)模擬異常充電報(bào)文，實(shí)現(xiàn)通信一致性測(cè)試中的否定測(cè)試。BMS模擬軟件集成于工控機(jī)上。

車(chē)輛直流充電插座實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與直流充電樁的物理連接，直流充電插座內(nèi)的電阻R4用于實(shí)現(xiàn)直流充電樁端的連接確認(rèn)電路。直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，首先通過(guò)控制導(dǎo)引電路中CC1回路的電壓值，判斷充電接口的連接狀態(tài)，當(dāng)充電樁檢測(cè)到CC1回路的檢測(cè)點(diǎn)1處電壓為4V時(shí)，直流充電樁才可以進(jìn)行后續(xù)的充電流程。直流充電控制導(dǎo)引電路中R4電阻，阻值1KΩ。在測(cè)試過(guò)程中，通信一致性測(cè)試平臺(tái)通過(guò)S+、S-采集當(dāng)前通信過(guò)程中充電樁的CAN報(bào)文，同時(shí)發(fā)送至工控機(jī)。工控機(jī)解析CAN報(bào)文，檢查報(bào)文通信邏輯、數(shù)據(jù)內(nèi)容、發(fā)送周期、數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度等信息，顯示在人機(jī)交互界面，并根據(jù)當(dāng)前測(cè)試項(xiàng)為肯定測(cè)試或否定測(cè)試，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的通信邏輯以及通信報(bào)文內(nèi)容、周期、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等參數(shù)，模擬BMS發(fā)送回復(fù)給直流充電樁的CAN報(bào)文。

工控機(jī)運(yùn)行測(cè)試軟件，控制測(cè)試系統(tǒng)中其他單元，完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程控制、CAN報(bào)文解析、測(cè)試項(xiàng)目?jī)?nèi)容顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表生成。

充電過(guò)程中，直流充電樁輔助電源輸出由輔助電源負(fù)載消耗。

圖1 直流充電通信一致性測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理圖

3 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

直流負(fù)載與工控機(jī)可通過(guò)485或GPIB實(shí)現(xiàn)通信。測(cè)試軟件控制測(cè)試設(shè)備，如通過(guò)485或GPIB接口與直流負(fù)載通信。與直流充電模擬器使用CAN轉(zhuǎn)USB通信，實(shí)現(xiàn)通信報(bào)文采集和報(bào)文發(fā)送。在肯定測(cè)試時(shí)，工控機(jī)模擬BMS發(fā)送正常充電報(bào)文，檢查充電樁能否實(shí)現(xiàn)不同充電狀態(tài)的切換，完成整個(gè)充電過(guò)程。否定測(cè)試階段，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出的測(cè)試?yán)l(fā)送模擬BMS發(fā)送異常充電報(bào)文，檢查充電樁的通信報(bào)文邏輯和通信報(bào)文，同時(shí)若檢測(cè)到BMS發(fā)送的停止充電的異常報(bào)文時(shí)，充電樁應(yīng)該能停止充電。

測(cè)試軟件的人機(jī)交互界面主要包括測(cè)試參數(shù)設(shè)置、充電狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、通信報(bào)文顯示、測(cè)試流程控制、測(cè)試項(xiàng)目選擇、測(cè)試報(bào)告生成等功能。

功能控制模塊按照人機(jī)交互界面設(shè)置，執(zhí)行測(cè)試序列，完成測(cè)試內(nèi)容和數(shù)據(jù)采集。通過(guò)外部接口，對(duì)外部硬件進(jìn)行配置、控制、數(shù)據(jù)采集等操作。

數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊是測(cè)試軟件在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)與外部硬件交互，將采集到的數(shù)據(jù)在人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，主要包括測(cè)試時(shí)間、測(cè)試配置、測(cè)試不同階段的報(bào)文信息、測(cè)試結(jié)果等信息。

數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)報(bào)文解析，檢查整個(gè)通信過(guò)程中報(bào)文的通信邏輯和報(bào)文內(nèi)容、報(bào)文周期、報(bào)文超時(shí)控制等方面是否符合國(guó)標(biāo)要求，將數(shù)據(jù)判斷結(jié)果在人機(jī)交互界面顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)。

圖2 測(cè)試軟件的總體流程圖

軟件的總體運(yùn)行流程如圖2所示，在測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)分析CAN報(bào)文，檢查報(bào)文發(fā)送和結(jié)束發(fā)送時(shí)刻是否滿足要求，對(duì)于報(bào)文CHM、CRM、CCS、CST報(bào)文周期應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)定時(shí)間，當(dāng)判斷當(dāng)前狀態(tài)不能繼續(xù)充電時(shí)，應(yīng)模擬發(fā)送BST，控制充電樁停止充電。

4 結(jié)論

為保證直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)的互聯(lián)互通能力，測(cè)試直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)之間的CAN報(bào)文，文章設(shè)計(jì)并搭建了用于通信一致性測(cè)試的測(cè)試平臺(tái)，可以完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的肯定測(cè)試項(xiàng)目和否定測(cè)試項(xiàng)目，并編寫(xiě)了工控機(jī)軟件，軟件可完成項(xiàng)目測(cè)試，并生成檢測(cè)報(bào)告。可用于直流充電樁的通信一致性測(cè)試，保證電動(dòng)汽車(chē)直流充電的安全性和可靠性。

[1] 中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟.2018-2019年度中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展報(bào)告[R].北京:中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟, 2019:16-17.

[2] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 18487.1-2015電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)通用要求[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[3] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 20234.1-2015電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置通用要求[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[4] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 20234.2-2015電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置交流接口[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[5] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 20234.3-2015電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置直流接口[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[6] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 27930-2015電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)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[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[7] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 34657.1-2017電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電互操作性測(cè)試規(guī)范第1部分:供電設(shè)備[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2017.

[8] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 34658-2017電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議一致性測(cè)試[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2017.

[9] 周俊,萬(wàn)偉江,丁霄寅,et al.直流充電樁互操作性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].電工技術(shù), 2018, No.475(13):72-74.

Design of Communication Conformance Test System for DC Charger

Guo Hao1, Li Xiaopeng1, Xu Zheng1,2, Li Yichao2, Wang Chunhui2

（1.Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222; 2.Tianjin Donghexin Technology Co., Ltd., Tianjin 300350）

The information interaction between the DC charger and the electric vehicle determines the interoperability between the electric vehicle and the DC charger. During the DC charging process, the charger realizes the control of the charging process through the information interaction. Therefore, in order to ensure the interoperability and DC charging safety, this paper takes the DC charger as the test object according to the national standards. The design scheme of DC charging communication conformance test system is proposed, which can realize the positive test and negative test of DC charging message, and ensure the operation safety and stability of DC charger.

Electric vehicle; DC charger; Communication conformance test

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1671-7988(2019)21-41-03

U467

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郭昊（1995-），碩士研究生，就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，研究方向新能源汽車(chē)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.014

CLC NO.:U467