電動(dòng)汽車(chē)歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測(cè)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(dòng)汽車(chē)閉合繼電器，是充電流程中容易出現(xiàn)問(wèn)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生額外的復(fù)雜問(wèn)題。文章討論歐標(biāo)預(yù)充電過(guò)程的測(cè)試方法并對(duì)此過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē);歐標(biāo)充電;預(yù)充電

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chē)電動(dòng)化的不斷推廣和普及，充電技術(shù)成為電動(dòng)汽車(chē)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(chǎng)。隨著中國(guó)汽車(chē)企業(yè)進(jìn)軍海外市場(chǎng)，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(guò)程中的其中一個(gè)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(xiàn)通信（PLC，Power Line Communication），與采用CAN通信的中國(guó)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(guó)標(biāo)充電的問(wèn)題和復(fù)雜應(yīng)對(duì)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(dòng)汽車(chē)的預(yù)充電是在電動(dòng)汽車(chē)直流充電繼電器斷開(kāi)的前提下，充電樁將輸出電壓值調(diào)整到接近電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓值（EV RESS Voltage），從而最小化閉合繼電器時(shí)的電流沖擊，避免因突然的大電流充電而對(duì)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(dòng)汽車(chē)首先發(fā)送PreChargeReq報(bào)文，給出請(qǐng)求電壓，請(qǐng)求電壓等于電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓（EV RESS Voltage）。充電樁隨后回復(fù)PreChargeRes報(bào)文，報(bào)告樁端當(dāng)前的電壓值。車(chē)樁反復(fù)發(fā)送此兩條報(bào)文，直至電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)測(cè)量實(shí)際電壓判定樁端的電壓調(diào)整到了車(chē)端可以接受的范圍（通常比電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓值低5～10V），此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)會(huì)結(jié)束預(yù)充電階段，閉合直流充電繼電器，發(fā)送PowerDeliveryReq報(bào)文請(qǐng)求能量傳輸，開(kāi)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(cè)試方法

互操作測(cè)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?；ゲ僮鳒y(cè)試包括驗(yàn)證電動(dòng)汽車(chē)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(guò)模擬不同的充電模式和故障情況，測(cè)試車(chē)輛的充電反應(yīng)，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這些測(cè)試包括充電控制過(guò)程、充電連接控制時(shí)序、充電異常狀態(tài)等。

2.1 測(cè)試目的

1）確保電動(dòng)汽車(chē)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(yàn)證預(yù)充電策略的正確性和充電過(guò)程的安全性。

3）通過(guò)模擬各種故障情況，提高系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)搭建

歐洲充電標(biāo)準(zhǔn)預(yù)充電測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)包括以下部分：專(zhuān)業(yè)的充電測(cè)試設(shè)備，能夠模擬不同充電模式和故障情況;PLC報(bào)文采集設(shè)備和軟件工具，能夠監(jiān)測(cè)并記錄車(chē)樁之間PLC通信的報(bào)文;占空比、CP電壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，如示波器，可以監(jiān)測(cè)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(cè)試試驗(yàn)如圖2所示。

2.3 測(cè)試點(diǎn)

電動(dòng)汽車(chē)判定預(yù)充電階段的完成需要滿(mǎn)足的條件即為測(cè)試預(yù)充電階段的主要測(cè)試點(diǎn)，具體條件如下。

1）充電樁發(fā)送的PreChargeRes報(bào)文中，填充的電壓值達(dá)到車(chē)端可以接受的范圍（比電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓值低5～10V）。

2）車(chē)端實(shí)際測(cè)量到的樁端電壓，與PreChargeRes報(bào)文中填充的電壓值相符合，達(dá)到車(chē)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(cè)試數(shù)據(jù)比較如圖3所示。圖3中數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)到的預(yù)充電階段的充電樁輸出電壓、占空比和CP電壓，測(cè)試中可以通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)確認(rèn)PLC通信的環(huán)境是否正常。

2.4 測(cè)試用例內(nèi)容

通過(guò)模擬不同的故障，驗(yàn)證上述測(cè)試點(diǎn)的測(cè)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(jìn)行正確響應(yīng)。

1）在預(yù)充電階段，PrechargeRes報(bào)文中填充標(biāo)準(zhǔn)指定的錯(cuò)誤代碼，檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)是否識(shí)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(shí)，檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)是否有正確的超時(shí)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(cè)電動(dòng)汽車(chē)是否識(shí)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(wú)效占空比，檢測(cè)車(chē)輛是否識(shí)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(bào)文中填充車(chē)端請(qǐng)求電壓值，但實(shí)際輸出電壓為0V。在5輪報(bào)文之后，輸出車(chē)端請(qǐng)求電壓值。檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)在檢測(cè)到充電樁當(dāng)前電壓不等于PrechargeRes報(bào)文填充的電壓值時(shí)是否會(huì)等待正確的測(cè)量值，檢測(cè)正確電壓值給出后電動(dòng)汽車(chē)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(cè)試常見(jiàn)問(wèn)題分析

如果被測(cè)車(chē)輛在上述測(cè)試用例中未能通過(guò)，證明被測(cè)車(chē)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(chē)輛直流充電繼電器粘連等。電動(dòng)汽車(chē)在實(shí)際測(cè)試中可能發(fā)生的問(wèn)題與可能造成的后果如下。

1）被測(cè)車(chē)輛未在預(yù)充電階段設(shè)定正確的超時(shí)時(shí)間，等待預(yù)充電的時(shí)間超過(guò)7s。預(yù)充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)有電池過(guò)熱、電池老化加速的風(fēng)險(xiǎn)和不利影響。

2）被測(cè)車(chē)輛未能監(jiān)測(cè)到CP異常值，并且未進(jìn)行當(dāng)前電壓的監(jiān)測(cè)。充電樁在預(yù)充電過(guò)程中給出CP電壓異常值后，會(huì)降低預(yù)充電電壓值直到為0V并中止充電流程，此時(shí)被測(cè)車(chē)輛如果未監(jiān)測(cè)到CP異常值，并且未測(cè)量到充電樁已經(jīng)降低預(yù)充電電壓值到0V，就會(huì)繼續(xù)充電流程并且閉合車(chē)輛直流充電繼電器。此時(shí)因?yàn)闃抖穗妷褐狄呀?jīng)為0V，而車(chē)端仍為較高電壓（通常超過(guò)300V），則會(huì)造成車(chē)輛直流充電繼電器兩端電壓差過(guò)大，造成車(chē)輛直流充電繼電器粘連的嚴(yán)重故障。

3）被測(cè)車(chē)輛未能監(jiān)測(cè)到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比，并且未進(jìn)行當(dāng)前電壓的監(jiān)測(cè)。通常根據(jù)充電樁的故障策略，充電樁在監(jiān)測(cè)到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比時(shí)會(huì)撤掉預(yù)充電電壓并中止充電流程，此時(shí)電動(dòng)汽車(chē)如果未監(jiān)測(cè)到超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的占空比，并且未測(cè)量到充電樁已經(jīng)降低預(yù)充電電壓值到0V，就會(huì)繼續(xù)充電流程并且閉合車(chē)輛直流充電繼電器。此時(shí)因?yàn)闃抖穗妷褐狄呀?jīng)為0V，而車(chē)端仍為較高電壓（通常超過(guò)300V），則會(huì)使車(chē)輛直流充電繼電器兩端壓差過(guò)大，造成車(chē)輛直流充電繼電器粘連的嚴(yán)重故障。

4）被測(cè)車(chē)輛未進(jìn)行當(dāng)前電壓的監(jiān)測(cè)，在上述第5個(gè)測(cè)試用例中，車(chē)端在收到樁端發(fā)出的填充有車(chē)端請(qǐng)求電壓值的報(bào)文時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行充電流程閉合車(chē)輛直流充電繼電器，因?yàn)榇藭r(shí)樁端的實(shí)際電壓為0V，而車(chē)端為較高電壓（通常超過(guò)300V），則會(huì)造成車(chē)輛直流充電繼電器兩端壓差過(guò)大，造成車(chē)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(cè)試是驗(yàn)證電動(dòng)汽車(chē)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(guò)這些測(cè)試，可以確保電動(dòng)汽車(chē)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(duì)于提高電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)接受度，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的不斷進(jìn)步和充電標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，這些測(cè)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(chǎng)需求。

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