在新能源汽车高速发展和相关政策的扶持下，中国电动汽车充电设施产业开始迅猛发展，充电便利性是新能源汽车用户主观感受的重要影响因素。充电兼容性是充电便利性的核心问题，要实现充电的互联互通，关键是确保技术基础。为保证充电过程的安全可控，2015年底，发布了《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GB/T 27930—2015》和《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求GB/T 18487.1—2015》。
目前，电动汽车充电方式主要有直流充电和交流充电两大类。国家提出的发展方向：大功率充电以减少用户的等待时间，而直流充电是实现这个目标的基础。为了验证待测电动汽车的直流充电协议是否符合标准，群菱能源专业设计生产了便携式直流充电桩测试设备AEVT-7510S。
AEVT-7510S按照最新非车载充电机与BMS通信协议完成物理连接、充电电压监测、充电电流监测、充电状态测试、通信状态测试、自动充电响应、控制时序故障仿真等试验项目，可以在安装调试工程结束之后快速判断充电桩是否符合标准技术要求，并对充电桩故障进行全方位诊断。主要应用于新安装直流充电桩、维修后充电桩、升级改型后充电桩的各项性能测试，为中国实现充电互联互通提供了支撑。
一、系统设计
GB/T 18487.1—2015的附录B给出了直流充电控制导引电路与控制原理的示意图，描述了电动汽车与非车载充电机连接的线路图和直流充电控制的时序图。
图1 直流充电控制导引电路原理图
本测试系统模拟的是非车载充电机端对电动汽车进行测试，对标准给出的原理图进行完善和扩充。硬件平台参照直流充电控制导引电路原理图的充电机端，软件平台按照充电连接控制时序和状态流程图进行动作。
1.1 硬件平台
根据测试需求，测试系统的硬件平台由测试主机、供电电源、充电接口模拟模块、CAN协议收发模块4部分组成。
1）测试主机：是装有测试软件的笔记本电脑，它可以模拟充电桩对电动汽车发出充电报文，分析电动汽车回复的报文，根据电动汽车的需求控制供电电源通过充电接口对电动汽车进行完整的充电动作。
2）供电电源：接收由测试主机根据与电动汽车的通信报文分析出的需求对电动汽车进行直流充电。
3）充电接口模拟模块：模拟充电桩的充电接口进行动作，这个模块里还装配了1个车辆控制器所需的低压辅助电源。
4）CAN协议收发模块：测试主机通过这个模块与电动车辆进行报文交互。
这4部分的交互示意如图1所示，实物如图2所示。
图1 测试平台硬件示意图
图2 测试平台硬件实物图
1.2 软件平台
GB/T27930—2015提供更完整的充电时序流程图，描述了具体的报文交互时序，包括正常充电时序和异常解决方案。由于流程图兼顾了充电机和电动车辆，为了有针对性的测试，本系统提出的解决方案只针对电动车辆端，并将正常充电和各种异常处理分别进行测试，这样有利于问题的定位与分析。
1.2.1 正常充电流程
充电过程包括6 个阶段：物理连接、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。从握手阶段开始，如果测试系统没有在规定的时间内收到电动车辆回复的正确报文，则进入错误处理状态，报文说明如表1所示，正常充电流程如图3所示。
图3 正常充电时序流程
从图3可以看出，在正常充电流程中，BMS没有回应相应的报文，系统就进入错误处理，弹出对话框提示测试人员。该项测试能将被测电动汽车充电通信流程中的时序和报文进行检验，验证该车辆是否能按照标准流程进行充电。
表1 充电报文代号与描述
1.2.2 异常处理
系统对异常处理的测试包括：充电机发生的各种故障、充电桩参数不合适、C HM延时、C R M延时、CCS延时、CSD延时、充电桩准备就绪延时等。测试系统通过模拟各种异常来测试电动车辆的处理结果，测试用例如表2所示。通过这些测试用例，系统覆盖了标准中涉及的各种异常处理，并且能准确判断被测电动车辆在处理这些异常时是否能按照标准给出的处理方式进行操作。
表2 测试用例
二、系统验证
AEVT-7510S测试系统在投入使用前进行了自测，用来检验该系统是否严格按照标准中的充电时序流程图进行动作。图4抓取了一个完整充电流程的波形和报文。为了便于分析，图4中只保留了充电时的实际电压和电流、CCS中的输出电压和电流，BCS中的充电电压和电流，BCL的需求电压和电流。标准中规定充电时电流值是负的，所以图4中电压都是正值而电流都是负值。
图4 完整充电流程的波形和报文
由于标准中规定了在物理连接后，充电机需要先进行绝缘检测，然后投入泄放电路再发送报文进行充电流程。所以图4中电压会先有个峰值，接着电压为0，然后再有一个电压进行充电，最后结束充电，电压电流归0。绝缘检测和正常充电在图4中进行了标注，整体流程的电压、电流波形遵循了标准，接着检查具体点的值是否正确。
图4中右上方光标处的充电状态和下半部分显灰的报文是同一时间点的，此时，BCL的值是十六进制的F60E D8 0E 02。GB/T 27930—2015给出了B CL的报文含义，经计算转化后得到电压值383 V，电流值-20A，与实际电压值375.3 V，实际电流值-19.7A接近，这说明本系统及时地响应了BMS的充电需求。从图中还可以看出，BCS、CCS与BCL的波形几乎重合，说明测试系统回应的报文也能及时地吻合被测电动车辆的需求报文。
综上所述，便携式直流充电桩测试设备AEVT-7510S能够严格按照相关标准对待测直流充电桩进行标准符合性检查。
北京群菱专注于新能源检测领域，为新能源车充电站现场验收、充电桩产品型式试验、充电站安全性例行年检、计量校准测试、充电桩互操作测试、车辆互操作测试提供各类测试平台及解决方案。
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