電動汽車歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試研究

【摘 要】預(yù)充電是充電流程中的重要一環(huán)，涉及到充電樁抬升電壓以及電動汽車閉合繼電器，是充電流程中容易出現(xiàn)問題的階段。特別是在遵循歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)的充電系統(tǒng)中，由于采用PLC通信協(xié)議，在預(yù)充電過程中會產(chǎn)生額外的復(fù)雜問題。文章討論歐標(biāo)預(yù)充電過程的測試方法并對此過程中出現(xiàn)的常見問題進行分析。

【關(guān)鍵詞】電動汽車;歐標(biāo)充電;預(yù)充電

中圖分類號：U469.72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0019-02

Research on Precharge Testing for Electric Vehicle Complied with European Charge Standards

【Abstract】Precharge is an essential part of the charging process，involving the elevation of voltage by the electric vehicle supply equipment（EVSE）and the closure of the disconnection device in the electric vehicle（EV），making it a stage prone to issues in the charging process. process. Particularly in charging systems that follow European charge standards，the use of PLC communication protocols introduces additional complexities during the precharge process. This article discusses the testing methods for the precharge process in European charge standards and the analysis of common problems encountered in this process.

【Key words】electric vehicles;charging in European standards;precharge

隨著汽車電動化的不斷推廣和普及，充電技術(shù)成為電動汽車發(fā)展的核心要素之一。歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)作為一種全球性的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于歐洲、東南亞以及中東等全球眾多地區(qū)的市場。隨著中國汽車企業(yè)進軍海外市場，歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)也逐漸受到了更多工程師的關(guān)注。在遵循歐洲標(biāo)準(zhǔn)的充電系統(tǒng)中，預(yù)充電是充電過程中的其中一個關(guān)鍵步驟。由于歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)采用基于以太網(wǎng)協(xié)議的電力線通信（PLC，Power Line Communication），與采用CAN通信的中國標(biāo)準(zhǔn)有很大不同，因此在歐標(biāo)的預(yù)充電階段存在不同于國標(biāo)充電的問題和復(fù)雜應(yīng)對策略，形成了標(biāo)準(zhǔn)符合和充電互操作性上的挑戰(zhàn)。

1 歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電原理

電動汽車的預(yù)充電是在電動汽車直流充電繼電器斷開的前提下，充電樁將輸出電壓值調(diào)整到接近電動汽車儲能系統(tǒng)電壓值（EV RESS Voltage），從而最小化閉合繼電器時的電流沖擊，避免因突然的大電流充電而對電池造成損害。遵循歐洲標(biāo)準(zhǔn)的充電系統(tǒng)采用PLC通信協(xié)議，在預(yù)充電階段，電動汽車首先發(fā)送PreChargeReq報文，給出請求電壓，請求電壓等于電動汽車儲能系統(tǒng)電壓（EV RESS Voltage）。充電樁隨后回復(fù)PreChargeRes報文，報告樁端當(dāng)前的電壓值。車樁反復(fù)發(fā)送此兩條報文，直至電動汽車通過測量實際電壓判定樁端的電壓調(diào)整到了車端可以接受的范圍（通常比電動汽車儲能系統(tǒng)電壓值低5～10V），此時電動汽車會結(jié)束預(yù)充電階段，閉合直流充電繼電器，發(fā)送PowerDeliveryReq報文請求能量傳輸，開始充電。歐標(biāo)預(yù)充電原理如圖1所示。

2 歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試方法

互操作測試是確保充電系統(tǒng)在預(yù)充電階段的可靠性和效率的重要手段。互操作測試包括驗證電動汽車與充電樁之間的通信協(xié)議是否符合歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)，如DIN 70121標(biāo)準(zhǔn)、ISO 15118系列標(biāo)準(zhǔn)。通過模擬不同的充電模式和故障情況，測試車輛的充電反應(yīng)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這些測試包括充電控制過程、充電連接控制時序、充電異常狀態(tài)等。

2.1 測試目的

1）確保電動汽車的充電系統(tǒng)在預(yù)充電階段能夠在各種環(huán)境和條件下穩(wěn)定工作。

2）驗證預(yù)充電策略的正確性和充電過程的安全性。

3）通過模擬各種故障情況，提高系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。

2.2 測試系統(tǒng)搭建

歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試的測試系統(tǒng)包括以下部分：專業(yè)的充電測試設(shè)備，能夠模擬不同充電模式和故障情況;PLC報文采集設(shè)備和軟件工具，能夠監(jiān)測并記錄車樁之間PLC通信的報文;占空比、CP電壓監(jiān)測設(shè)備，如示波器，可以監(jiān)測并記錄充電系統(tǒng)的占空比、CP電壓等數(shù)據(jù)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試試驗如圖2所示。

2.3 測試點

電動汽車判定預(yù)充電階段的完成需要滿足的條件即為測試預(yù)充電階段的主要測試點，具體條件如下。

1）充電樁發(fā)送的PreChargeRes報文中，填充的電壓值達到車端可以接受的范圍（比電動汽車儲能系統(tǒng)電壓值低5～10V）。

2）車端實際測量到的樁端電壓，與PreChargeRes報文中填充的電壓值相符合，達到車端可以接受的范圍。

3）PLC通信的環(huán)境符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：占空比為5%（3%～7%），CP電壓為6V（5～7V）。

歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試數(shù)據(jù)比較如圖3所示。圖3中數(shù)據(jù)為監(jiān)測到的預(yù)充電階段的充電樁輸出電壓、占空比和CP電壓，測試中可以通過監(jiān)測實時數(shù)據(jù)確認PLC通信的環(huán)境是否正常。

2.4 測試用例內(nèi)容

通過模擬不同的故障，驗證上述測試點的測試結(jié)果是否符合標(biāo)準(zhǔn)，或者能否按照預(yù)定的充電策略進行正確響應(yīng)。

1）在預(yù)充電階段，PrechargeRes報文中填充標(biāo)準(zhǔn)指定的錯誤代碼，檢測電動汽車是否識別，是否能中止充電流程。

2）在預(yù)充電階段，充電樁輸出的電壓為0V，直到預(yù)充電階段7s超時，檢測電動汽車是否有正確的超時判定，是否能中止充電流程。

3）在預(yù)充電階段，充電樁設(shè)置異常CP電壓，通常的CP電壓異常值包括標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定的狀態(tài)E（CP=0V）和狀態(tài)F（CP=-12V），檢測電動汽車是否識別，是否能中止充電流程。

4）在預(yù)充電階段，充電樁設(shè)置超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍的無效占空比，檢測車輛是否識別，是否能中止充電流程。

5）在預(yù)充電階段，充電樁發(fā)送的PrechargeRes報文中填充車端請求電壓值，但實際輸出電壓為0V。在5輪報文之后，輸出車端請求電壓值。檢測電動汽車在檢測到充電樁當(dāng)前電壓不等于PrechargeRes報文填充的電壓值時是否會等待正確的測量值，檢測正確電壓值給出后電動汽車能否正常繼續(xù)充電流程。

3 歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測試常見問題分析

如果被測車輛在上述測試用例中未能通過，證明被測車輛可能存在嚴(yán)重的安全隱患，或可能造成充電系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，包括車輛直流充電繼電器粘連等。電動汽車在實際測試中可能發(fā)生的問題與可能造成的后果如下。

1）被測車輛未在預(yù)充電階段設(shè)定正確的超時時間，等待預(yù)充電的時間超過7s。預(yù)充電時間過長會有電池過熱、電池老化加速的風(fēng)險和不利影響。

2）被測車輛未能監(jiān)測到CP異常值，并且未進行當(dāng)前電壓的監(jiān)測。充電樁在預(yù)充電過程中給出CP電壓異常值后，會降低預(yù)充電電壓值直到為0V并中止充電流程，此時被測車輛如果未監(jiān)測到CP異常值，并且未測量到充電樁已經(jīng)降低預(yù)充電電壓值到0V，就會繼續(xù)充電流程并且閉合車輛直流充電繼電器。此時因為樁端電壓值已經(jīng)為0V，而車端仍為較高電壓（通常超過300V），則會造成車輛直流充電繼電器兩端電壓差過大，造成車輛直流充電繼電器粘連的嚴(yán)重故障。

3）被測車輛未能監(jiān)測到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比，并且未進行當(dāng)前電壓的監(jiān)測。通常根據(jù)充電樁的故障策略，充電樁在監(jiān)測到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比時會撤掉預(yù)充電電壓并中止充電流程，此時電動汽車如果未監(jiān)測到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比，并且未測量到充電樁已經(jīng)降低預(yù)充電電壓值到0V，就會繼續(xù)充電流程并且閉合車輛直流充電繼電器。此時因為樁端電壓值已經(jīng)為0V，而車端仍為較高電壓（通常超過300V），則會使車輛直流充電繼電器兩端壓差過大，造成車輛直流充電繼電器粘連的嚴(yán)重故障。

4）被測車輛未進行當(dāng)前電壓的監(jiān)測，在上述第5個測試用例中，車端在收到樁端發(fā)出的填充有車端請求電壓值的報文時，繼續(xù)進行充電流程閉合車輛直流充電繼電器，因為此時樁端的實際電壓為0V，而車端為較高電壓（通常超過300V），則會造成車輛直流充電繼電器兩端壓差過大，造成車輛直流充電繼電器粘連的嚴(yán)重故障。

4 結(jié)論

互操作性測試是驗證電動汽車的歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電階段不可或缺的環(huán)節(jié)。通過這些測試，可以確保電動汽車的充電系統(tǒng)在各種條件下都能穩(wěn)定、安全地工作，并且與各種充電樁保持良好的兼容性。這對于提高電動汽車的市場接受度，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。隨著電動汽車技術(shù)的不斷進步和充電標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，這些測試方法和標(biāo)準(zhǔn)也將不斷更新和優(yōu)化，以適應(yīng)新的技術(shù)和市場需求。

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