基于GB/T18487.1—2023和GB44263—2024充電樁 控制導(dǎo)引電路分析

Analysis of the Control and Guidance Circuit of Electric Vehicle Charging Piles Based on GB/T18487.1-2023 and GB 44263-2024s

XUE Li-li* TIAN Lie-yuan WANGYan-bo LI Qian-kun HOU Li-ping （Shandong Institute for Product Quality Inspection）

Abstract：During the charging process of electric vehicles，the control guidance circuit playsacrucial role.It establishesacommunicationconnection between thecharging equipment and the electric vehicle，transmits real-time chargingstatusinformation，andensures thesafetyeficiency，andstabilityofthechargingprocess.Withtheelease of the two new standards，GB/T18487.1-2023 and GB 44263-2024，new technical requirements and performance indicators have beenput forwardforthecontrol guidance circuits of charging piles.This papercompares thecontrol guidance circuits specifiedintheGB/T18487.1-2023and GB44263-2024.It analyzes the basic principlesofthecontrol guidance circuits stipulated in the standardsand delineates the diferent states of different detectionpoints under various circumstances，which provides technical guidanceand support forthe designand testingofcontrol guidance circuits.Ithelpschargingequipmentmanufacturersoptimize productdesign，improvechargingeffciencyandsafety， and will bring a better charging experience to electric vehicle users.

Keywords：charging pile，control guidance circuit， electric vehicle

0 引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，電動汽車作為新能源汽車的重要組成部分，其市場占有率正逐年攀升。據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計，2024年全球電動汽車保有量已突破1億輛，預(yù)計到2030年將達(dá)到3億輛。電動汽車的普及不僅對能源消費(fèi)模式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也對充電基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求。充電樁作為電動汽車的能量補(bǔ)給站，其性能和可靠性直接關(guān)系到電動汽車的使用體驗(yàn)和推廣進(jìn)程。

在電動汽車充電過程中，控制導(dǎo)引電路扮演著至關(guān)重要的角色。它負(fù)責(zé)在充電設(shè)備與電動汽車之間建立通信連接，實(shí)時傳輸充電狀態(tài)信息，確保充電過程的安全、高效和穩(wěn)定。隨著GB/T18487.1—2023和GB44263—2024兩項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，對充電樁的控制導(dǎo)引電路提出了新的技術(shù)要求和性能指標(biāo)。深入分析新標(biāo)準(zhǔn)下的控制導(dǎo)引電路，有助于充電設(shè)備制造商優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提高充電效率和安全性，同時也為電動汽車用戶帶來更加優(yōu)質(zhì)的充電體驗(yàn)。

本文梳理GB/T18487.1—2023和GB44263—2024標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于充電樁控制導(dǎo)引電路的相關(guān)規(guī)定，分析了充電樁控制導(dǎo)引原理，對比了在兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中控制導(dǎo)引的不同，提出優(yōu)化控制導(dǎo)引電路設(shè)計及檢測的建議，為充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和電動汽車的推廣應(yīng)用提供理論支持和參考依據(jù)。

1 標(biāo)準(zhǔn)概述

GB/T18487.1—2023是《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》的最新修訂版本，于2023年正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了電動汽車充電系統(tǒng)的多個方面，包括充電接口、通信協(xié)議、充電模式和控制導(dǎo)引等。在控制導(dǎo)引電路方面，GB/T18487.1—2023明確了電路的組成、功能要求以及與電動汽車之間的通信流程。例如，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了控制導(dǎo)引電路應(yīng)具備實(shí)時監(jiān)測充電狀態(tài)、故障診斷和充電終止等功能，以確保充電過程的安全性和可靠性。此外，該標(biāo)準(zhǔn)還對充電接口的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)提出了具體要求，以適應(yīng)不同類型的電動汽車和充電設(shè)備。

GB44263—2024《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)要求》于2024年發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)等方面提出了技術(shù)要求。在控制導(dǎo)引電路方面，GB44263—2024對電路的性能指標(biāo)和測試方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。例如，標(biāo)準(zhǔn)要求控制導(dǎo)引電路在不同環(huán)境條件下應(yīng)保持穩(wěn)定的通信性能，通信誤碼率應(yīng)低于0.1% ，響應(yīng)時間不超過100毫秒。此外，該標(biāo)準(zhǔn)還強(qiáng)調(diào)了控制導(dǎo)引電路的兼容性要求，確保不同品牌和型號的充電設(shè)備與電動汽車之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接和通信。

GB/T18487.1—2023和GB44263—2024兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在控制導(dǎo)引電路方面既有聯(lián)系又有區(qū)別。GB/T18487.1—2023更側(cè)重于充電系統(tǒng)的基本要求和通信協(xié)議，強(qiáng)調(diào)電路的功能性和與電動汽車的協(xié)同工作。而GB44263—2024則更關(guān)注充電基礎(chǔ)設(shè)施的性能指標(biāo)和測試方法，注重電路的穩(wěn)定性和兼容性。兩個標(biāo)準(zhǔn)相互補(bǔ)充，共同為充電樁控制導(dǎo)引電路的設(shè)計和應(yīng)用提供了全面的技術(shù)指導(dǎo)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，充電設(shè)備制造商需要同時滿足兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這在一定程度上增加了設(shè)計和生產(chǎn)的復(fù)雜性。例如，在電路設(shè)計時，既要考慮與電動汽車的通信兼容性，又要滿足嚴(yán)格的性能指標(biāo)，如通信誤碼率和響應(yīng)時間等。

2 控制導(dǎo)引分析

2.1控制導(dǎo)引基本原理

當(dāng)電動汽車充電時，應(yīng)使用控制導(dǎo)引電路進(jìn)行充電連接裝置的連接確認(rèn)及額定電流參數(shù)的判斷1?？刂埔龑?dǎo)電路的基本功能就是以充電控制時序、接口連接狀態(tài)作為控制引導(dǎo)對象，根據(jù)汽車電池連接充電樁狀態(tài)及下達(dá)充電操控命令情況加以控制充電模塊，同時提供引導(dǎo)服務(wù)[2]

控制導(dǎo)引電路的基本工作原理是通過在充電設(shè)備與電動汽車之間建立穩(wěn)定的通信連接，實(shí)時傳輸充電狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對充電過程的精確控制。在充電開始時，控制導(dǎo)引電路首先檢測電動汽車的連接狀態(tài)，確認(rèn)連接正常后，向電動汽車發(fā)送充電準(zhǔn)備信號。隨后，電動汽車根據(jù)自身電池狀態(tài)和充電需求，向充電設(shè)備發(fā)送充電參數(shù)信息，如電池電壓、充電電流等。充電設(shè)備根據(jù)接收到的信息，調(diào)整充電參數(shù)，開始充電過程。在充電過程中，控制導(dǎo)引電路持續(xù)監(jiān)測充電狀態(tài)，如電流、電壓、溫度等，并將信息實(shí)時反饋給電動汽車和充電設(shè)備，以便及時調(diào)整充電策略，確保充電安全和效率。當(dāng)充電完成或出現(xiàn)異常情況時，控制導(dǎo)引電路會發(fā)送充電終止信號，終止充電過程，并進(jìn)行必要的故障處理和記錄。本文主要分析了GB18487.1—2023和GB44263一2024對直流充電樁的控制導(dǎo)引電路的規(guī)定。

2.2GB18487.1一2023中控制導(dǎo)引電路分析

GB18487.1—2023附錄B中介紹了采用GB/T20234.3規(guī)定的充電連接裝置的直流充電控制導(dǎo)引電流與控制原理，圖1為直流充電安全保護(hù)系統(tǒng)原理圖。充電機(jī)的控制電源控制低壓輔助供電回路。充電機(jī)應(yīng)具備電流防反灌、泄放功能以及絕緣監(jiān)測裝置（IMD），其中泄放電路和絕緣檢測電路應(yīng)具備投切功能控制裝置。在整個充電過程中，設(shè)備控制器應(yīng)能監(jiān)測直流接觸器C1和C2狀態(tài)、開關(guān)S3和S4狀態(tài)，并控制其接通及關(guān)斷；車輛控制器應(yīng)能監(jiān)測車輛斷開裝置C5和C6狀態(tài)，并控制其接通及關(guān)斷3]

充電機(jī)通過檢測點(diǎn)1相對于設(shè)備的電壓來判斷車輛插頭是否完全插入車輛插座，電動汽車是否與充電機(jī)完全連接。圖2為檢測點(diǎn)1的原理圖，檢測點(diǎn)1通過電阻R4、R2、開關(guān)S與設(shè)備地相連，通過R1與電壓U1相連，U1為12V。

當(dāng)車輛插頭與車輛插座沒有連接，完全斷開時，整個回路是斷開的，檢測點(diǎn)1的電壓為

當(dāng)車輛插頭與車輛插座連接，但是還沒有啟動充電即S斷開，此時檢測點(diǎn)1的電壓為R4兩端的電壓為6V。

當(dāng)車輛車頭與車輛插座連接，且開始啟動充電即S閉合，此時檢點(diǎn)1的電壓為R4和R2并聯(lián)后兩端的電壓為4V。

車輛控制器通過檢測檢測點(diǎn)2的電壓來判斷車輛插頭是否完全插入到車輛插座。圖3為檢測點(diǎn)2電路原理圖。

當(dāng)車輛插頭與車輛插座完全不連接時，整個電路是斷開的，檢測點(diǎn)2的電壓為 12V 0

當(dāng)車輛插頭與車輛插座完全連接后，檢測點(diǎn)2的電壓即為R3的電壓為6V。

通過分析，依據(jù)GB18487.1—2023，充電機(jī)通過識別3種不同的電壓： 12V，6V，4V 來判定車輛接頭與車輛插座的連接狀態(tài)。而電動汽車通過識別2種不同的電壓：12V、6V來判定車輛接頭與車輛插座的連接狀態(tài)。

2.3GB44263一2024中控制導(dǎo)引電路分析

GB44263—2024標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，車輛接口滿足GB/T20234.3的要求，附錄A給出了直流充電控制導(dǎo)引電路的基本方案。圖4為直流充電控制導(dǎo)引電路原理圖。電路中包括非車載充電機(jī)控制器（設(shè)備充電控制器）、電阻（R1、R2、R3、R4、R5、R6）、開關(guān)（S、S1、S2、S3）、直流供電回路接觸器K1和K2、低壓控制（輔助）供電回路（額定電壓： 12V±1.8V（ DC）；額定電流：10A（DC）；測量點(diǎn)為車輛插頭觸頭）接觸器K3和K4、車輛接觸器K5和K6以及車輛控制器（車輛充電控制器）[4]

充電機(jī)通過檢測點(diǎn)1的電壓來判斷直流供電設(shè)備與車輛是否完全連接或者連接狀態(tài)。圖5為檢測點(diǎn)1的電路原理圖。其開關(guān)S為車輛插頭的內(nèi)部常閉開關(guān)，當(dāng)車輛插頭與車輛插座完全連接后，開關(guān)S閉合。開關(guān)S1為直流供電設(shè)備內(nèi)部的常閉開關(guān)，S2為內(nèi)部常閉開關(guān)電動汽車內(nèi)部常閉開關(guān)3

當(dāng)直流供電設(shè)備內(nèi)沒有插入電動汽車時，或者已經(jīng)連接但是S斷開的，整個電路是斷開的，連接檢測點(diǎn)1電壓等于U1為12V。

當(dāng)直流供電設(shè)備插入電動汽車，車輛與直流供電設(shè)備完全連接后車輛和直流供電設(shè)備未開啟充電狀態(tài)，即S閉合，S1、S2斷開，此時等效電路圖為圖6。此時檢測點(diǎn)1電壓為8V。

當(dāng)直流供電設(shè)備插入電動汽車，車輛與直流供電設(shè)備完全連接后，直流供電設(shè)備開啟充電狀態(tài)而車輛未開啟充電狀態(tài)，即S閉合，S1閉合、S2斷開，此時等效電路為圖7，此時檢測點(diǎn)1電壓為 10V

當(dāng)直流供電設(shè)備插入電動汽車，車輛與直流供電設(shè)備完全連接后，直流供電設(shè)備與車輛均開啟充電狀態(tài)，即S閉合，S1S2閉合，此時等效電路為圖8。此時檢測點(diǎn)1電壓為4V。

當(dāng)直流供電設(shè)備插入電動汽車，車輛與直流供電設(shè)備完全連接后，車輛開啟充電狀態(tài)而直流供電設(shè)備未開啟充電狀態(tài)，即S閉合，S1斷開、S2閉合，此時等效電路圖為圖9。此時檢測點(diǎn)1電壓為2V。

電動汽車通過車輛控制器檢測檢測點(diǎn)2和檢測點(diǎn)3的電壓來判斷車輛插頭與車輛插座的連接狀態(tài)。圖10為檢測點(diǎn)2的電路圖，圖11為檢測點(diǎn)3的電路圖。

當(dāng)車輛插頭與車輛插座未連接時，電路是斷開的，故檢測點(diǎn)2的電壓等于U2為 12V_c

當(dāng)車輛插頭與車輛插座完全連接但開關(guān)S3未閉合時，檢測點(diǎn)2通過R3與設(shè)備相連，由于S3未閉合，整個電路是斷開的，故此時檢測點(diǎn)2電壓為0V。

當(dāng)車輛插頭與車輛插座完全連接且S3閉合時，檢測點(diǎn)2等效電路圖為圖12，其電壓為6V。

通過圖11可以看出來，當(dāng)S閉合后，檢測點(diǎn)3的電壓狀態(tài)與檢測點(diǎn)1的電壓狀態(tài)相同。因此，當(dāng)車輛插頭與車輛插座未連接時，即S斷開時，檢測點(diǎn)3通過R4、R6與設(shè)備相連，故此時電壓值為0。當(dāng)S閉合，S1斷開、S2斷開時，檢測點(diǎn)3電壓為8V；當(dāng)S閉合，S1閉合、S2斷開時，檢測點(diǎn)3電壓值為10V；當(dāng)S閉合，S1閉合、S2閉合時，檢測點(diǎn)3電壓值為4V;當(dāng)S閉合，S1斷開、S2閉合時，檢測點(diǎn)3電壓值為2V。

2.4 GB18487.1—2023與GB44263—2024中控制 導(dǎo)引電路的對比

GB18487.1—2023附錄B與GB44263—2024附錄A中介紹的控制導(dǎo)引電路均適用于采用20234.3的直流充電設(shè)備。

在GB18487.1—2023中充電機(jī)通過檢測檢測點(diǎn)1的電壓（CC1與PE之間的電壓）來判斷車輛插頭與車輛插座的連接狀態(tài)，通過表1可以看出其有3種狀態(tài)；車輛控制器通過檢測檢測點(diǎn)2的電壓（CC2與PE之間的電壓）判斷車輛插頭與車輛插座的連接狀態(tài)，通過表1可以看出其有2種狀態(tài)。

在GB44263—2024中充電機(jī)通過檢測檢測點(diǎn)1的電壓（CC1與PE之間的電壓）來判斷車輛插頭與車輛插座的連接狀態(tài)，通過表1可以看出其有5種狀態(tài)；車輛控制器通過檢測檢測點(diǎn)2的電壓（CC2與PE之間的電壓）和檢測點(diǎn)3的電壓（CC1與PE之間的電壓）判斷車輛插頭與車輛插座的連接狀態(tài)，通過表1可以看出檢測點(diǎn)2有3種狀態(tài)，檢測點(diǎn)3有5種狀態(tài)。

GB/T18487.1—2023和GB44263—2024兩項(xiàng)標(biāo) 準(zhǔn)在控制導(dǎo)引電路方面既有聯(lián)系又有區(qū)別。GB/T18487.1一2023更側(cè)重于充電系統(tǒng)的基本要求和通信協(xié)議，強(qiáng)調(diào)電路的功能性和與電動汽車的協(xié)同工作。而GB44263—2024則更關(guān)注充電基礎(chǔ)設(shè)施的性能指標(biāo)和測試方法，注重電路的穩(wěn)定性和兼容性。兩個標(biāo)準(zhǔn)相互補(bǔ)充，共同為充電樁控制導(dǎo)引電路的設(shè)計和應(yīng)用提供了全面的技術(shù)指導(dǎo)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，充電設(shè)備制造商需要同時滿足兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這在一定程度上增加了設(shè)計和生產(chǎn)的復(fù)雜性。例如，在電路設(shè)計時，既要考慮與電動汽車的通信兼容性，又要滿足嚴(yán)格的性能指標(biāo)，如通信誤碼率和響應(yīng)時間等。

針對充電樁控制導(dǎo)引電路的設(shè)計和應(yīng)用，本文提出以下建議：首先，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，推動不同國家和地區(qū)之間的通信協(xié)議兼容，減少因協(xié)議差異導(dǎo)致的兼容性問題。為了把握新能源汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇，我國應(yīng)加快在超大功率充電、智慧充電、無線充電等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)、調(diào)研與制定，引導(dǎo)我國電動汽車行業(yè)在全球競爭中占據(jù)領(lǐng)先位置5。其次，提高電路的抗干擾能力，采用多種抗干擾技術(shù)，確保電路在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，注重電路的可靠性設(shè)計，采用高可靠性的元器件和冗余設(shè)計等措施，延長電路的使用壽命。最后，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，推動充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和電動汽車的普及。

3結(jié)語

本文通過對GB/T18487.1—2023和GB44263—2024標(biāo)準(zhǔn)的分析，以及對現(xiàn)有文獻(xiàn)的綜述，系統(tǒng)地探討了充電樁控制導(dǎo)引電路的相關(guān)問題。研究表明，控制導(dǎo)引電路在電動汽車充電過程中具有重要作用，其性能直接影響充電的安全性和效率。新標(biāo)準(zhǔn)對控制導(dǎo)引電路提出了更高的技術(shù)要求，推動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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作者簡介

薛麗麗，通信作者，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)闄z驗(yàn)檢測。

（責(zé)任編輯：馬磊）