郭昊，李小鵬，徐征,，李藝超，王春暉

直流充電樁通信一致性測試系統(tǒng)設(shè)計

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.天津動核芯科技有限公司，天津 300350）

直流充電樁與電動汽車之間的信息交互，影響車樁之間的互聯(lián)互通能力，直流充電過程中，車樁之間通過信息交互實現(xiàn)充電過程的控制，因此，為保證車樁之間的互聯(lián)互通能力和直流充電安全，文章以直流充電樁為測試對象，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，提出了直流充電通信一致性測試系統(tǒng)的設(shè)計方案，可實現(xiàn)直流充電報文的肯定測試和否定測試，可確保直流充電樁的運行安全性和穩(wěn)定性。

電動汽車；直流充電樁；通信一致性測試

前言

近年來，伴隨著電動汽車的大力發(fā)展，作為電動汽車基礎(chǔ)配套設(shè)施的直流充電樁已在全國范圍內(nèi)開始大規(guī)模建設(shè)。2015年12月，國家能源局等五部門聯(lián)合發(fā)布新修訂的5項電動汽車充電接口及通信協(xié)議國家標(biāo)準(zhǔn)[1]-[6]。2017年推出了2項關(guān)于直流充電樁的互操作性和通信一致性標(biāo)準(zhǔn)[7]-[8]。國標(biāo)的推出，對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)國家標(biāo)準(zhǔn)，實時控制充電狀態(tài)，保證直流充電安全。直流充電樁測試裝置可用于檢驗直流充電樁是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。在電動汽車與直流充電過程中，二者之間的報文交互，使得電動汽車充電過程中的不同充電階段、不同充電狀態(tài)可實時控制，因此，本文分析了電動汽車直流充電通信一致性檢測方法，以直流充電樁為測試對象設(shè)計開發(fā)了電動汽車直流充電通信一致性測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)直流充電樁的通信一致性測試并生成測試報告。

1 通信一致性性測試系統(tǒng)設(shè)計原理

直流充電樁與電動汽車之間的充電過程主要包括6個階段，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報文交互，雙方通過報文確定對方的充電狀態(tài)，實現(xiàn)對充電過程的控制。完整的直流充電報文如表1所示。

表1 直流充電通信報文

通信協(xié)議一致性測試可以理解為對直流充電過程中的報文交互進(jìn)行測試，重點對充電過程中的通信報文邏輯和報文內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測，主要包括肯定測試和否定測試?？隙y試主要是驗證在非車載充電機(jī)與動力電池管理系統(tǒng)BMS之間通信報文邏輯和報文內(nèi)容是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)中的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以及驗證正常通信報文交互時，非車載充電機(jī)的充電控制和各個充電狀態(tài)是否與國家標(biāo)準(zhǔn)中的正常充電時序一致，即理想狀態(tài)下測試非車載充電機(jī)的通信響應(yīng)。

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

2 硬件平臺設(shè)計

直流充電時，直流充電槍與車輛端的直流充電插座完成物理連接后，直流充電樁與電動汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）完成報文交互，實現(xiàn)直流充電過程。電動汽車直流充電通信一致性測試平臺的設(shè)計原理圖如圖1所示。該平臺主要包括被測直流充電樁、車輛直流充電插座、直流負(fù)載、動力電池電壓模擬器、輔助電源負(fù)載、車輛BMS模擬器、工控機(jī)等設(shè)備組成。

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

BMS模擬軟件可實現(xiàn)與被測直流充電樁通信，完成正常的充電過程，同時模擬異常充電報文，實現(xiàn)通信一致性測試中的否定測試。BMS模擬軟件集成于工控機(jī)上。

車輛直流充電插座實現(xiàn)電動汽車與直流充電樁的物理連接，直流充電插座內(nèi)的電阻R4用于實現(xiàn)直流充電樁端的連接確認(rèn)電路。直流充電樁與電動汽車充電時，首先通過控制導(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)充電樁檢測到CC1回路的檢測點1處電壓為4V時，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。在測試過程中，通信一致性測試平臺通過S+、S-采集當(dāng)前通信過程中充電樁的CAN報文，同時發(fā)送至工控機(jī)。工控機(jī)解析CAN報文，檢查報文通信邏輯、數(shù)據(jù)內(nèi)容、發(fā)送周期、數(shù)據(jù)字節(jié)長度等信息，顯示在人機(jī)交互界面，并根據(jù)當(dāng)前測試項為肯定測試或否定測試，并根據(jù)對應(yīng)的通信邏輯以及通信報文內(nèi)容、周期、數(shù)據(jù)長度等參數(shù)，模擬BMS發(fā)送回復(fù)給直流充電樁的CAN報文。

工控機(jī)運行測試軟件，控制測試系統(tǒng)中其他單元，完成整個測試過程控制、CAN報文解析、測試項目內(nèi)容顯示、數(shù)據(jù)報表生成。

充電過程中，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試平臺的設(shè)計原理圖

3 測試軟件設(shè)計

直流負(fù)載與工控機(jī)可通過485或GPIB實現(xiàn)通信。測試軟件控制測試設(shè)備，如通過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，實現(xiàn)通信報文采集和報文發(fā)送。在肯定測試時，工控機(jī)模擬BMS發(fā)送正常充電報文，檢查充電樁能否實現(xiàn)不同充電狀態(tài)的切換，完成整個充電過程。否定測試階段，按照國家標(biāo)準(zhǔn)中給出的測試?yán)?，發(fā)送模擬BMS發(fā)送異常充電報文，檢查充電樁的通信報文邏輯和通信報文，同時若檢測到BMS發(fā)送的停止充電的異常報文時，充電樁應(yīng)該能停止充電。

測試軟件的人機(jī)交互界面主要包括測試參數(shù)設(shè)置、充電狀態(tài)的實時顯示、通信報文顯示、測試流程控制、測試項目選擇、測試報告生成等功能。

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

數(shù)據(jù)采集與存儲模塊是測試軟件在整個測試過程中，通過與外部硬件交互，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，主要包括測試時間、測試配置、測試不同階段的報文信息、測試結(jié)果等信息。

數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)報文解析，檢查整個通信過程中報文的通信邏輯和報文內(nèi)容、報文周期、報文超時控制等方面是否符合國標(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)存儲模塊存儲。

圖2 測試軟件的總體流程圖

軟件的總體運行流程如圖2所示，在測試系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)通過分析CAN報文，檢查報文發(fā)送和結(jié)束發(fā)送時刻是否滿足要求，對于報文CHM、CRM、CCS、CST報文周期應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)定時間，當(dāng)判斷當(dāng)前狀態(tài)不能繼續(xù)充電時，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汽車的互聯(lián)互通能力，測試直流充電樁與電動汽車之間的CAN報文，文章設(shè)計并搭建了用于通信一致性測試的測試平臺，可以完成國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的肯定測試項目和否定測試項目，并編寫了工控機(jī)軟件，軟件可完成項目測試，并生成檢測報告?？捎糜谥绷鞒潆姌兜耐ㄐ乓恢滦詼y試，保證電動汽車直流充電的安全性和可靠性。

[1] 中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟.2018-2019年度中國充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展報告[R].北京:中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟, 2019:16-17.

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

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

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

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

[6] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB/T 27930-2015電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

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

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

[9] 周俊,萬偉江,丁霄寅,et al.直流充電樁互操作性測試系統(tǒng)設(shè)計研究[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

B

1671-7988(2019)21-41-03

U467

B

1671-7988(2019)21-41-03

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

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.014

CLC NO.:U467