直流充电桩通信一致性测试系统设计

郭昊，李小鹏，徐征,，李艺超，王春晖

直流充电桩通信一致性测试系统设计

郭昊1，李小鹏1，徐征1,2，李艺超2，王春晖2

（1.天津职业技术师范大学，天津 300222；2.天津动核芯科技有限公司，天津 300350）

直流充电桩与电动汽车之间的信息交互，影响车桩之间的互联互通能力，直流充电过程中，车桩之间通过信息交互实现充电过程的控制，因此，为保证车桩之间的互联互通能力和直流充电安全，文章以直流充电桩为测试对象，按照国家标准规定，提出了直流充电通信一致性测试系统的设计方案，可实现直流充电报文的肯定测试和否定测试，可确保直流充电桩的运行安全性和稳定性。

电动汽车；直流充电桩；通信一致性测试

前言

近年来，伴随着电动汽车的大力发展，作为电动汽车基础配套设施的直流充电桩已在全国范围内开始大规模建设。2015年12月，国家能源局等五部门联合发布新修订的5项电动汽车充电接口及通信协议国家标准[1]-[6]。2017年推出了2项关于直流充电桩的互操作性和通信一致性标准[7]-[8]。国标的推出，对直流充电桩的互操作性和通信一致性做出了明确规范，进一步促进了充电基础设施的规范和统一。与交流充电相比，直流充电过程中采用高电压、大电流的供电方式，直流充电桩需确保符合相关国家标准，实时控制充电状态，保证直流充电安全。直流充电桩测试装置可用于检验直流充电桩是否满足国家标准。在电动汽车与直流充电过程中，二者之间的报文交互，使得电动汽车充电过程中的不同充电阶段、不同充电状态可实时控制，因此，本文分析了电动汽车直流充电通信一致性检测方法，以直流充电桩为测试对象设计开发了电动汽车直流充电通信一致性测试系统，可实现直流充电桩的通信一致性测试并生成测试报告。

1 通信一致性性测试系统设计原理

直流充电桩与电动汽车之间的充电过程主要包括6个阶段，包括物理连接、低压辅助上电、充电握手、充电参数配置、充电阶段、充电结束阶段[9]。其中二者主要在充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段进行CAN报文交互，双方通过报文确定对方的充电状态，实现对充电过程的控制。完整的直流充电报文如表1所示。

表1 直流充电通信报文

通信协议一致性测试可以理解为对直流充电过程中的报文交互进行测试，重点对充电过程中的通信报文逻辑和报文内容进行监测，主要包括肯定测试和否定测试。肯定测试主要是验证在非车载充电机与动力电池管理系统BMS之间通信报文逻辑和报文内容是否符合国家标准中的通信标准协议，以及验证正常通信报文交互时，非车载充电机的充电控制和各个充电状态是否与国家标准中的正常充电时序一致，即理想状态下测试非车载充电机的通信响应。

否定测试是在不同的充电阶段，BMS模拟器发送与国标标准通信协议不一致或与标准报文不符的报文，检查非车载充电机通信的响应情况，即异常状态下测试非车载充电机的通信响应。测试顺序是由肯定测试到否定测试、由简单到复杂。

2 硬件平台设计

直流充电时，直流充电枪与车辆端的直流充电插座完成物理连接后，直流充电桩与电动汽车电池管理系统（BMS）完成报文交互，实现直流充电过程。电动汽车直流充电通信一致性测试平台的设计原理图如图1所示。该平台主要包括被测直流充电桩、车辆直流充电插座、直流负载、动力电池电压模拟器、辅助电源负载、车辆BMS模拟器、工控机等设备组成。

直流负载与动力电池电压模拟器组合实现模拟车辆动力电池的功能，在充电参数配置阶段，动力电池电压模拟器模拟正常的动力电池端电压，当直流充电桩完成输出后，切换至直流负载。

BMS模拟软件可实现与被测直流充电桩通信，完成正常的充电过程，同时模拟异常充电报文，实现通信一致性测试中的否定测试。BMS模拟软件集成于工控机上。

车辆直流充电插座实现电动汽车与直流充电桩的物理连接，直流充电插座内的电阻R4用于实现直流充电桩端的连接确认电路。直流充电桩与电动汽车充电时，首先通过控制导引电路中CC1回路的电压值，判断充电接口的连接状态，当充电桩检测到CC1回路的检测点1处电压为4V时，直流充电桩才可以进行后续的充电流程。直流充电控制导引电路中R4电阻，阻值1KΩ。在测试过程中，通信一致性测试平台通过S+、S-采集当前通信过程中充电桩的CAN报文，同时发送至工控机。工控机解析CAN报文，检查报文通信逻辑、数据内容、发送周期、数据字节长度等信息，显示在人机交互界面，并根据当前测试项为肯定测试或否定测试，并根据对应的通信逻辑以及通信报文内容、周期、数据长度等参数，模拟BMS发送回复给直流充电桩的CAN报文。

工控机运行测试软件，控制测试系统中其他单元，完成整个测试过程控制、CAN报文解析、测试项目内容显示、数据报表生成。

充电过程中，直流充电桩辅助电源输出由辅助电源负载消耗。

图1 直流充电通信一致性测试平台的设计原理图

3 测试软件设计

直流负载与工控机可通过485或GPIB实现通信。测试软件控制测试设备，如通过485或GPIB接口与直流负载通信。与直流充电模拟器使用CAN转USB通信，实现通信报文采集和报文发送。在肯定测试时，工控机模拟BMS发送正常充电报文，检查充电桩能否实现不同充电状态的切换，完成整个充电过程。否定测试阶段，按照国家标准中给出的测试例，发送模拟BMS发送异常充电报文，检查充电桩的通信报文逻辑和通信报文，同时若检测到BMS发送的停止充电的异常报文时，充电桩应该能停止充电。

测试软件的人机交互界面主要包括测试参数设置、充电状态的实时显示、通信报文显示、测试流程控制、测试项目选择、测试报告生成等功能。

功能控制模块按照人机交互界面设置，执行测试序列，完成测试内容和数据采集。通过外部接口，对外部硬件进行配置、控制、数据采集等操作。

数据采集与存储模块是测试软件在整个测试过程中，通过与外部硬件交互，将采集到的数据在人机交互界面进行显示和存储，主要包括测试时间、测试配置、测试不同阶段的报文信息、测试结果等信息。

数据处理模块将采集到的数据经报文解析，检查整个通信过程中报文的通信逻辑和报文内容、报文周期、报文超时控制等方面是否符合国标要求，将数据判断结果在人机交互界面显示和数据存储模块存储。

图2 测试软件的总体流程图

软件的总体运行流程如图2所示，在测试系统运行过程中，系统通过分析CAN报文，检查报文发送和结束发送时刻是否满足要求，对于报文CHM、CRM、CCS、CST报文周期应严格符合规定时间，当判断当前状态不能继续充电时，应模拟发送BST，控制充电桩停止充电。

4 结论

为保证直流充电桩与电动汽车的互联互通能力，测试直流充电桩与电动汽车之间的CAN报文，文章设计并搭建了用于通信一致性测试的测试平台，可以完成国家标准中规定的肯定测试项目和否定测试项目，并编写了工控机软件，软件可完成项目测试，并生成检测报告。可用于直流充电桩的通信一致性测试，保证电动汽车直流充电的安全性和可靠性。

[1] 中国电动汽车充电基础设施促进联盟.2018-2019年度中国充电基础设施发展报告[R].北京:中国电动汽车充电基础设施促进联盟, 2019:16-17.

[2] 中国电力企业联合会.GB/T 18487.1-2015电动汽车传导充电系统通用要求[S].北京:中国标准出版社,2015.

[3] 中国电力企业联合会.GB/T 20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置通用要求[S].北京:中国标准出版社,2015.

[4] 中国电力企业联合会.GB/T 20234.2-2015电动汽车传导充电用连接装置交流接口[S].北京:中国标准出版社,2015.

[5] 中国电力企业联合会.GB/T 20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置直流接口[S].北京:中国标准出版社,2015.

[6] 中国电力企业联合会.GB/T 27930-2015电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议[S].北京:中国标准出版社,2015.

[7] 中国电力企业联合会.GB/T 34657.1-2017电动汽车传导充电互操作性测试规范第1部分:供电设备[S].北京:中国标准出版社, 2017.

[8] 中国电力企业联合会.GB/T 34658-2017电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议一致性测试[S].北京:中国标准出版社,2017.

[9] 周俊,万伟江,丁霄寅,et al.直流充电桩互操作性测试系统设计研究[J].电工技术, 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

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1671-7988(2019)21-41-03

U467

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郭昊（1995-），硕士研究生，就读于天津职业技术师范大学汽车与交通学院，研究方向新能源汽车。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.014

CLC NO.:U467