直流充電樁通信一致性測試系統設計

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設計

郭昊1，李小鵬1，徐征1,2，李藝超2，王春暉2

（1.天津職業技術師范大學，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互通能力，直流充電過程中，車樁之間通過信息交互實現充電過程的控制，因此，為保證車樁之間的互聯互通能力和直流充電安全，文章以直流充電樁為測試對象，按照國家標準規定，提出了直流充電通信一致性測試系統的設計方案，可實現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展，作為電動汽車基礎配套設施的直流充電樁已在全國范圍內開始大規模建設。2015年12月，國家能源局等五部門聯合發布新修訂的5項電動汽車充電接口及通信協議國家標準[1]-[6]。2017年推出了2項關于直流充電樁的互操作性和通信一致性標準[7]-[8]。國標的推出，對直流充電樁的互操作性和通信一致性做出了明確規范，進一步促進了充電基礎設施的規范和統一。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國家標準，實時控制充電狀態，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準。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計開發了電動汽車直流充電通信一致性測試系統，可實現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設計原理

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、充電參數配置、充電階段、充電結束階段[9]。其中二者主要在充電握手階段、充電參數配置階段、充電階段、充電結束階段進行CAN報文交互，雙方通過報文確定對方的充電狀態，實現對充電過程的控制。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行測試，重點對充電過程中的通信報文邏輯和報文內容進行監測，主要包括肯定測試和否定測試。肯定測試主要是驗證在非車載充電機與動力電池管理系統BMS之間通信報文邏輯和報文內容是否符合國家標準中的通信標準協議，以及驗證正常通信報文交互時，非車載充電機的充電控制和各個充電狀態是否與國家標準中的正常充電時序一致，即理想狀態下測試非車載充電機的通信響應。

否定測試是在不同的充電階段，BMS模擬器發送與國標標準通信協議不一致或與標準報文不符的報文，檢查非車載充電機通信的響應情況，即異常狀態下測試非車載充電機的通信響應。測試順序是由肯定測試到否定測試、由簡單到復雜。

2 硬件平臺設計

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（BMS）完成報文交互，實現直流充電過程。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、直流負載、動力電池電壓模擬器、輔助電源負載、車輛BMS模擬器、工控機等設備組成。

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

BMS模擬軟件可實現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，實現通信一致性測試中的否定測試。BMS模擬軟件集成于工控機上。

車輛直流充電插座實現電動汽車與直流充電樁的物理連接，直流充電插座內的電阻R4用于實現直流充電樁端的連接確認電路。直流充電樁與電動汽車充電時，首先通過控制導引電路中CC1回路的電壓值，判斷充電接口的連接狀態，當充電樁檢測到CC1回路的檢測點1處電壓為4V時，直流充電樁才可以進行后續的充電流程。直流充電控制導引電路中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-采集當前通信過程中充電樁的CAN報文，同時發送至工控機。工控機解析CAN報文，檢查報文通信邏輯、數據內容、發送周期、數據字節長度等信息，顯示在人機交互界面，并根據當前測試項為肯定測試或否定測試，并根據對應的通信邏輯以及通信報文內容、周期、數據長度等參數，模擬BMS發送回復給直流充電樁的CAN報文。

工控機運行測試軟件，控制測試系統中其他單元，完成整個測試過程控制、CAN報文解析、測試項目內容顯示、數據報表生成。

充電過程中，直流充電樁輔助電源輸出由輔助電源負載消耗。

圖1 直流充電通信一致性測試平臺的設計原理圖

3 測試軟件設計

直流負載與工控機可通過485或GPIB實現通信。測試軟件控制測試設備，如通過485或GPIB接口與直流負載通信。與直流充電模擬器使用CAN轉USB通信，實現通信報文采集和報文發送。在肯定測試時，工控機模擬BMS發送正常充電報文，檢查充電樁能否實現不同充電狀態的切換，完成整個充電過程。否定測試階段，按照國家標準中給出的測試例，發送模擬BMS發送異常充電報文，檢查充電樁的通信報文邏輯和通信報文，同時若檢測到BMS發送的停止充電的異常報文時，充電樁應該能停止充電。

測試軟件的人機交互界面主要包括測試參數設置、充電狀態的實時顯示、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交互界面設置，執行測試序列，完成測試內容和數據采集。通過外部接口，對外部硬件進行配置、控制、數據采集等操作。

數據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，將采集到的數據在人機交互界面進行顯示和存儲，主要包括測試時間、測試配置、測試不同階段的報文信息、測試結果等信息。

數據處理模塊將采集到的數據經報文解析，檢查整個通信過程中報文的通信邏輯和報文內容、報文周期、報文超時控制等方面是否符合國標要求，將數據判斷結果在人機交互界面顯示和數據存儲模塊存儲。

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，在測試系統運行過程中，系統通過分析CAN報文，檢查報文發送和結束發送時刻是否滿足要求，對于報文CHM、CRM、CCS、CST報文周期應嚴格符合規定時間，當判斷當前狀態不能繼續充電時，應模擬發送BST，控制充電樁停止充電。

4 結論

為保證直流充電樁與電動汽車的互聯互通能力，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，可以完成國家標準中規定的肯定測試項目和否定測試項目，并編寫了工控機軟件，軟件可完成項目測試，并生成檢測報告。可用于直流充電樁的通信一致性測試，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設施促進聯盟.2018-2019年度中國充電基礎設施發展報告[R].北京:中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟, 2019:16-17.

[2] 中國電力企業聯合會.GB/T 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統通用要求[S].北京:中國標準出版社,2015.

[3] 中國電力企業聯合會.GB/T 20234.1-2015電動汽車傳導充電用連接裝置通用要求[S].北京:中國標準出版社,2015.

[4] 中國電力企業聯合會.GB/T 20234.2-2015電動汽車傳導充電用連接裝置交流接口[S].北京:中國標準出版社,2015.

[5] 中國電力企業聯合會.GB/T 20234.3-2015電動汽車傳導充電用連接裝置直流接口[S].北京:中國標準出版社,2015.

[6] 中國電力企業聯合會.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[S].北京:中國標準出版社,2015.

[7] 中國電力企業聯合會.GB/T 34657.1-2017電動汽車傳導充電互操作性測試規范第1部分:供電設備[S].北京:中國標準出版社, 2017.

[8] 中國電力企業聯合會.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[S].北京:中國標準出版社,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設計研究[J].電工技術, 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，就讀于天津職業技術師范大學汽車與交通學院，研究方向新能源汽車。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.014

CLC NO.:U467