張萌 李川 王朝暉 陳麗雪 李津

【摘? 要】新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在全球范圍內(nèi)開(kāi)展，電動(dòng)汽車(chē)融合新能源、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等多種變革型技術(shù)，以其智能化的體驗(yàn)獲得了廣泛市場(chǎng)。近年來(lái)，國(guó)際老牌車(chē)企在戰(zhàn)略謀劃、政策支持上紛紛向新能源汽車(chē)方向傾斜，已成為全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要發(fā)力點(diǎn)。為直面國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，中國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，很多國(guó)內(nèi)車(chē)企開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向國(guó)際市場(chǎng)。本文通過(guò)對(duì)歐美充電標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，將其與中國(guó)充電標(biāo)準(zhǔn)的不同點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)在實(shí)際充電測(cè)試中遇到的異常案例進(jìn)行歸納，為出口車(chē)型研發(fā)提供參考建議。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē);充電測(cè)試;歐美充電標(biāo)準(zhǔn);國(guó)家充電標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）05-0001-05

【Abstract】A new round of scientific and technological revolution and industrial transformation is being carried out around the world. The electric vehicle integrates a variety of transformational technologies such as new energy，Internet，artificial intelligence，and has won a wide market with its intelligent experience. In recent years，the international old brand automobile enterprises have shifted to the direction of new energy vehicles in strategic planning and policy support，which has become an important driving force for global economic growth. In order to face the major strategic goal of achieving carbon peak and carbon neutrality，China's new energy vehicles have a strong momentum of development，and many domestic automobile enterprises have begun to turn their attention to the international market. This paper analyzes the differences between European and American charging standards and China's charging standards，and summarizes the abnormal cases encountered in the actual charging test to provide reference suggestions for the research and development of export models.

【Key words】electric car;charging test;european and american charging standards;national charging standard

作者簡(jiǎn)介

張萌（1997—），女，助理工程師，碩士，主要從事電動(dòng)汽車(chē)充電測(cè)試研究相關(guān)工作。

在國(guó)家政策的大力支持下，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)逐步具備了成熟的規(guī)模，同時(shí)在全球化的浪潮中，逐步向海外市場(chǎng)開(kāi)拓。歐美充電標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)與中國(guó)的充電標(biāo)準(zhǔn)存在很大差異，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通;標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容復(fù)雜，理解困難。目前由于研發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足，測(cè)試過(guò)程中會(huì)存在很多的問(wèn)題，極大地影響車(chē)輛的充電性能。本文從標(biāo)準(zhǔn)解讀出發(fā)，通過(guò)對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行展示總結(jié)，為出口車(chē)型適配歐美市場(chǎng)提供參考思路。

1? 新能源車(chē)出口發(fā)展現(xiàn)狀

在新能源汽車(chē)做大做強(qiáng)的背景下，中國(guó)汽車(chē)出口增長(zhǎng)勢(shì)頭極強(qiáng)。如中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，20年前，中國(guó)整車(chē)出口僅2萬(wàn)輛，而2021年，中國(guó)汽車(chē)出口首次突破200萬(wàn)輛，世界排名第3，僅次于日本和德國(guó)，其中，新能源汽車(chē)出口達(dá)到31萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)304.6%，實(shí)現(xiàn)了多年來(lái)一直徘徊在100萬(wàn)輛左右的突破。2022年全7個(gè)月出口150.9萬(wàn)輛，延續(xù)了2021年以來(lái)的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，正日益逼近第一大汽車(chē)出口國(guó)——日本。2020—2022年汽車(chē)月度出口量比對(duì)如圖1所示。

如圖2、圖3所示，發(fā)達(dá)國(guó)家正在成為中國(guó)汽車(chē)出口的重要目的地。麥肯錫大中華區(qū)汽車(chē)板塊業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人管鳴宇曾提出[1]：“中國(guó)車(chē)企出海已經(jīng)從1.0時(shí)代到了2.0時(shí)代”，出海1.0時(shí)代，中國(guó)車(chē)企專(zhuān)注于亞非拉等市場(chǎng)，主打性?xún)r(jià)比，“找到目標(biāo)市場(chǎng)以后，更多通過(guò)簡(jiǎn)單的貿(mào)易路徑，銷(xiāo)售現(xiàn)有產(chǎn)品，短期行為偏多而缺少中長(zhǎng)期的布局思考，計(jì)劃性不強(qiáng)”，而2.0時(shí)代，中國(guó)車(chē)企將重心轉(zhuǎn)向歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，想和傳統(tǒng)老牌車(chē)企爭(zhēng)奪這片中高端市場(chǎng)。

在汽車(chē)行業(yè)和電子行業(yè)，歐美等國(guó)家各自都已經(jīng)形成了獨(dú)特的技術(shù)壁壘，中國(guó)品牌想要開(kāi)拓海外市場(chǎng)，前路艱難。

2? 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

國(guó)際充電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和頒布主要涉及以下3家組織：國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)IEC）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SAE）。

IEC主要制定有IEC 61851系列標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61851-1規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)通用要求[2]，對(duì)充電樁設(shè)計(jì)提供了安全標(biāo)準(zhǔn);IEC 61851-23標(biāo)準(zhǔn)是在IEC 61851-1基礎(chǔ)上的補(bǔ)充，對(duì)直流充電系統(tǒng)在輸出控制、精度要求、故障監(jiān)測(cè)與響應(yīng)等方面提出更為完善的要求。

SAE頒布的系列標(biāo)準(zhǔn)主要是通信協(xié)議方面，有SAE J2847和SAE J2953兩個(gè)系列，SAE J2847對(duì)通信協(xié)議的基本要求進(jìn)行了規(guī)定，SAE J2953提出了協(xié)議測(cè)試用例。SAE J2847相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與DIN 70121關(guān)聯(lián)性十分強(qiáng)。

德國(guó)充電采用DIN SPEC 70121標(biāo)準(zhǔn)[3]，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了純電動(dòng)車(chē)輛（BEV）或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛（PHEV）與電動(dòng)汽車(chē)供電設(shè)備（EVSE，也稱(chēng)為充電樁）之間特定的DC通信，DIN SPEC 70122是其對(duì)應(yīng)的一致性測(cè)試的測(cè)試用例。

ISO 15118系列標(biāo)準(zhǔn)由ISO組織頒布制定，也同樣對(duì)通信協(xié)議方面進(jìn)行了限定。與DIN SPEC 70121只涉及直流充電不同，ISO 15118系列標(biāo)準(zhǔn)同樣適用交流充電，整個(gè)體系層次結(jié)構(gòu)更加清晰完整。

下一步，ISO將對(duì)15118-2進(jìn)行升級(jí)，即將推出ISO/DIS 15118-20，新標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了無(wú)線充電、雙向能量傳輸、自動(dòng)連接充電的第2代網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字通信，并且，此標(biāo)準(zhǔn)將TLS（Transport Layer Security）傳輸層信息安全作為強(qiáng)制性要求，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展健全安全保障體系提供了標(biāo)準(zhǔn)支撐。該標(biāo)準(zhǔn)仍在持續(xù)的更新發(fā)展之中，15118系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展脈絡(luò)如圖4所示。

DIN SPEC 70121與ISO 15118系列標(biāo)準(zhǔn)出自同源，均對(duì)車(chē)樁之間的PLC通信進(jìn)行了規(guī)范化要求，但在通信分層模型、測(cè)試要求和測(cè)試用例上存在差異。在實(shí)際執(zhí)行中，由于DIN SPEC 70121推出較早，使用該標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)車(chē)輛、充電樁市場(chǎng)占有率更高，而ISO 15118的整個(gè)充電標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展脈絡(luò)更為全面，因此目前在歐美市場(chǎng)中兩種標(biāo)準(zhǔn)共存。

中國(guó)共頒布電動(dòng)汽車(chē)充電標(biāo)準(zhǔn)30余項(xiàng)。GB/T 20234規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用插頭、插座、車(chē)用車(chē)鉤和車(chē)用插座;GB/T 18487規(guī)定了電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)分類(lèi)[4]、通用要求等內(nèi)容;GB/T 27930對(duì)車(chē)樁之間基于CAN通信的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層的定義進(jìn)行闡述[5]。這些標(biāo)準(zhǔn)為中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了技術(shù)支持，是電動(dòng)汽車(chē)及其基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展過(guò)程中的重要規(guī)范保障。

國(guó)內(nèi)外充電標(biāo)準(zhǔn)差異，主要表現(xiàn)在充電接口、充電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、充電控制方式等方面。

2.1? 充電接口

充電接口方面，中國(guó)充電接口依據(jù)GB/T 20234.1—2015[6]、GB/T 20234.2—2015[7]、GB/T 20234.3—2015[8]進(jìn)行，交直流接口獨(dú)立存在;歐美國(guó)家充電接口設(shè)計(jì)依據(jù)美國(guó)的聯(lián)合充電系統(tǒng)（Combined Charging System），即“CCS”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用交直流一體化接口，其中美標(biāo)采用type1接口，而歐標(biāo)采用type2接口，兩者之間也存在差異，如圖5～圖8所示。

2.2? 充電通信協(xié)議

不同充電樁、不同車(chē)輛具有其自身的設(shè)備邏輯與數(shù)據(jù)，這就要求充電前充電樁與車(chē)輛需要獲取雙方充電相關(guān)的信息，充電過(guò)程中也要求車(chē)樁之間實(shí)時(shí)獲得充電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)充電最優(yōu)化，故障情況下進(jìn)行信息交互及時(shí)處理;同時(shí)，大規(guī)模電動(dòng)車(chē)輛接入電網(wǎng)也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成一定的影響，需要進(jìn)行合理控制，因此車(chē)-樁-電網(wǎng)之間的通信是必不可少的。

國(guó)標(biāo)直流充電通信方面協(xié)議依據(jù)GB/T 27930，基于控制局域網(wǎng)進(jìn)行通信，即CAN通信[9]，CAN是一種基于串行的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，使用2根總線CAN_High、CAN_Low進(jìn)行信號(hào)傳輸，CAN收發(fā)器依據(jù)2根總線的電位差判斷總線電平，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行通信。CAN總線協(xié)議具有糾錯(cuò)能力強(qiáng)、可使用差分收發(fā)、實(shí)時(shí)性好、通信速率可達(dá)1Mb/s、抗干擾能力強(qiáng)、可適用于較遠(yuǎn)的傳輸距離等特點(diǎn)。在生產(chǎn)交流充電樁時(shí)未考慮通信的問(wèn)題。

據(jù)前所述，歐美標(biāo)直流充電通信協(xié)議有ISO15118、DIN70121兩種，此兩種標(biāo)準(zhǔn)均基于PLC進(jìn)行通信，與國(guó)標(biāo)存在很大的差異，PLC[10]（Power Line Communication，電力線通信技術(shù)）利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)智能充電，需要?jiǎng)恿﹄姵毓芾硐到y(tǒng)（BMS）與充電樁、電力網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)互通，而PLC由于不需要額外鋪設(shè)線纜，與Internet互聯(lián)性更好，可便捷傳遞更多信息，在電動(dòng)汽車(chē)信息交互中得到很好的應(yīng)用。在V2G的應(yīng)用場(chǎng)景下，遠(yuǎn)程支付、免密支付、電網(wǎng)之間的調(diào)度，PLC通信都存在一定的優(yōu)勢(shì)[11]。

2.3? 充電控制方式

國(guó)標(biāo)直流充電總體流程如圖9所示，其整個(gè)充電流程包括以下6個(gè)階段。充電流程通過(guò)車(chē)樁之間發(fā)送CAN報(bào)文進(jìn)行信息交互。

歐美標(biāo)充電基于OSI服務(wù)約定（參照ISO 10731）中所述的約定，分為7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層、應(yīng)用層。圖10所示為符合DIN SPEC 70121要求的DC充電通信棧?；趯又g的交互進(jìn)行通信，完成充電控制。同時(shí)，充電中增加EVCC（Electrical Vehicle Communication Controller）電動(dòng)汽車(chē)通信控制器、SECC（Supply Equipment Communication Controller）充電設(shè)備通信控制器。高級(jí)通信（數(shù)字通信）中對(duì)EVCC和SECC均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

3? 歐美標(biāo)充電測(cè)試常見(jiàn)問(wèn)題

基于國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)充電的差異，為適配歐美市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)常用的方案為在原有充電架構(gòu)基礎(chǔ)上，增加通信轉(zhuǎn)化模塊EVCC。BMS與EVCC之間仍以CAN通信方式進(jìn)行交互，而EVCC與充電樁之間的交互主要是通過(guò)PLC通信進(jìn)行[12]。

由于歐美充電體系復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容多，在理解方面容易出現(xiàn)疏漏，同時(shí)由于采用PLC的通信方式，交互需要EVCC進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因此通信協(xié)議是研發(fā)測(cè)試中比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的方面，進(jìn)而影響兼容性[13]。

3.1? 超時(shí)問(wèn)題

DIN SPEC 70121采用OSI 7層結(jié)構(gòu)，對(duì)于各個(gè)通信協(xié)議層之間的接口提出更精確的定義計(jì)時(shí)要求。如圖11所示，對(duì)V2G通信報(bào)文交換的監(jiān)測(cè)是基于兩種類(lèi)型的計(jì)時(shí)器：①M(fèi)essage Timer（Msg），用于監(jiān)測(cè)請(qǐng)求報(bào)文與對(duì)應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文的交換（請(qǐng)求-響應(yīng)-對(duì)）;②Sequecnce Timer （Sequence）：監(jiān)測(cè)響應(yīng)-請(qǐng)求報(bào)文序列。

同時(shí)又將計(jì)時(shí)要求分為T(mén)imeout超時(shí)計(jì)時(shí)器和Performance性能計(jì)時(shí)器，用于對(duì)EVCC、SECC各個(gè)報(bào)文序列、各階段的時(shí)間進(jìn)行精細(xì)化管理和限制，如圖12所示。

在DIN 70122（DIN 70121所對(duì)應(yīng)的一致性測(cè)試用例）測(cè)試中[14]，有大量的針對(duì)超時(shí)性能的測(cè)試，例如在DIN 70122的TC_EVCC_CMN_VTB_ContractAuthorization_007測(cè)試用例（圖13）中，標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)在報(bào)文超時(shí)情況下斷開(kāi)TCP連接，而被測(cè)車(chē)輛未判斷出超時(shí)，因此未進(jìn)行超時(shí)錯(cuò)誤處理。測(cè)試中車(chē)輛未對(duì)超時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤處理的案例如圖14所示。

3.2? 丟包問(wèn)題

協(xié)議中對(duì)于特定報(bào)文發(fā)送的次數(shù)有明確規(guī)定，例如以下幾種情況。

1）在SLAC過(guò)程中，GP站傳輸?shù)腗-Sounds數(shù)為10，DIN 70121中對(duì)于M-Sounds報(bào)文發(fā)送要求見(jiàn)圖15。

在SLAC過(guò)程中，被測(cè)車(chē)輛只傳輸9條M-Sounds，測(cè)試中M-Sounds報(bào)文錯(cuò)誤發(fā)送案例如圖16所示。

2）在匹配過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)要求相應(yīng)報(bào)文等待重發(fā)次數(shù)為2，DIN 70121中C_EV_match_retry報(bào)文發(fā)送要求如圖17所示。

如圖18所示，實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，在測(cè)試系統(tǒng)未正確響應(yīng)報(bào)文情況下，被測(cè)車(chē)輛只重新發(fā)送1次前次報(bào)文。

出現(xiàn)丟包問(wèn)題的常見(jiàn)原因有以下兩種：①EVCC確實(shí)未發(fā)相應(yīng)報(bào)文，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題理解有誤，比如重發(fā)2次，一共應(yīng)發(fā)3次;②EVCC超時(shí)發(fā)送報(bào)文，在檢測(cè)階段內(nèi)充電樁未收到足夠數(shù)量的報(bào)文，這類(lèi)問(wèn)題需要著重分析EVCC芯片性能。

3.3? 并行測(cè)試判斷邏輯錯(cuò)誤

由于歐美充電采用PLC通信，需要進(jìn)行SLAC階段，通過(guò)判斷衰減量確認(rèn)線路連接情況，標(biāo)準(zhǔn)要求2條并行線路情況下需判斷每條線路衰減量，正確的才可以判斷為Match“匹配”，以便進(jìn)行后續(xù)的充電操作。DIN 70121中衰減匹配要求如圖19所示。

實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)2條并行線路發(fā)送1個(gè)包含有效衰減值、1個(gè)包含無(wú)效衰減值的CM_ATTEN_CHAR.IND，驗(yàn)證車(chē)輛反應(yīng)，如圖20所示。錯(cuò)誤現(xiàn)象為測(cè)試車(chē)輛對(duì)2條并行線路均發(fā)送確認(rèn)報(bào)文進(jìn)行后續(xù)的匹配，未判斷每條線路衰減量，常見(jiàn)原因在于EVCC對(duì)衰減量不進(jìn)行判斷，只是單純自動(dòng)回復(fù)對(duì)應(yīng)報(bào)文，這在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中可能會(huì)導(dǎo)致在充電場(chǎng)站中，多臺(tái)充電樁情況下車(chē)輛無(wú)法與正確充電樁匹配的情況。

3.4? 填充錯(cuò)誤

DIN 70122充電協(xié)議對(duì)于某些報(bào)文有特殊的填充要求：例如CM_MNBC_SOUND.IND的count為倒計(jì)數(shù)器，從9到0，如圖21所示;被測(cè)車(chē)輛發(fā)送10條CM_MNBC_SOUND.IND，報(bào)文“count”部分內(nèi)容從0到9，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)理解不到位也會(huì)造成車(chē)輛兼容性差的情況。

4? 結(jié)論

碳中和已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，這對(duì)中國(guó)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)，走向全球市場(chǎng)十分利好，了解并抓住此項(xiàng)機(jī)遇將有利于后續(xù)的發(fā)展。本文對(duì)歐美充電標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)國(guó)家充電標(biāo)準(zhǔn)的不同進(jìn)行了分析，詳細(xì)列舉了大量出口車(chē)型充電標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題案例，為后續(xù)的研發(fā)提供參考建議，提高變更的適應(yīng)性。

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（編輯? 凌? 波）