电动汽车直流充电桩(快充)设计难点与解决方案

电动汽车直流充电桩（快充）设计难点与解决方案主讲人：黄敏思广州致远电子股份有限公司工业互联网市场总监个人简历2006年：加盟致远电子，从事CAN-bus、以太网产品研发工作2016年：任致远电子工业互联网市场总监2009年：调往致远电子北京分公司，负责华北地区的CAN-bus与以太网产品推广应用以及现场技术支持2010年：任致远电子北京分公司产品经理2011年：任致远电子工业通讯产品线市场经理2013年：兼任致远电子CAN分析仪市场经理与CAN总线首席专家2015年：任致远电子工业IoT物联网市场高级经理黄敏思广州致远电子股份有限公司工业互联网市场总监目录充电桩简介5432致远电子直流充电桩设计方案致远电子直流充电桩测试方案直流充电桩运行中的主要问题直流充电桩工作原理16经典案例充电桩简介充电桩功能类似加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩已经上升到国家战略层面为加速新能源汽车的普及推广，实现跨越式发展。国家高层领导从战略的角度，也多次表态和下达加速发展新能源汽车与充电桩的文件。国家电网出台诸如高额补贴充电桩建设等一些列利好政策。国家能源局已经开始制定《电动汽车充电基础设施建设规划》，以到2020年实现500万辆新能源汽车发展目标为预判，总体设想是将来充换电站数量达到1.2万个，充电桩达到450万个。充电桩分类——直流充电桩（快充）•功率规格：45KW、60KW、120KW、150KW、180KW•充电桩输出直流电直接给车载电池充电，功率较大，充电速度较快（0.5-2小时）•一般安装在高速公路、充电站等地两种充电桩应用方向——直流桩直流桩（快充）：用于高速公路服务区、公交场站、路边临时停车位等短时间停留的场合优点：充电速度快，抗电网波动能力强；缺点：价格较高，高压充电对电池有微小损耗，车载BMS系统与充电桩配合程度有影响。充电桩分类——交流充电桩（慢充）•功率规格：7KW、22KW、40KW•充电桩输出交流电通过车载充电机转换成直流电给车载电池充电，功率较小，充电速度较慢（6-10小时）•一般安装在小区、停车场等地两种充电桩应用方向——交流桩交流桩（慢充）：用于住宅/公司的停车场，别墅等长期存放车的场所，可以长时间充电优点：充电主要依赖车载充电机的能力，充电桩比较简单便宜，易于大面积安装；缺点：充电速度慢，充电桩易受电网波动干扰。模式二安全系数较低交流充电模式二的危险性•使用充电桩的充电都使用模式三充电（三相），但很多车厂都给用户配便携充电头（单相），这是很多电动汽车火灾的罪魁祸首充电接口交流充电接口模式二：单相模式三：三相CP为控制导引PWM直流充电接口模式四：直流充电接口•每个国家的充电接口都不兼容，所以车型无法直接出口•中国的车辆上充电口是座“孔”，主要考虑到充电桩的插拔次数多，孔的损坏速度比针要快，所以避免充电桩接口快速损坏。国外主要考虑车辆上的充电口一旦损坏，维修麻烦，所以车上的座子是“针”目前新做的车型基本都可以适应两种充电桩现在面世的基本所有纯电动车（EV）都有快慢充2个口，以方便用户充电。目录充电桩简介5432致远电子直流充电桩设计方案致远电子直流充电桩测试方案直流充电桩运行中的主要问题直流充电桩工作原理16经典案例直流充电桩相关标准1.国家标准：GBT18487.1-2015电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求GBT20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求GBT20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口GBT27930-2015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GB电动汽车传导充电互操作性测试规范（意见征求稿）GB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（意见征求稿）2.行业标准（能源局标准）：NBT33001-2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件NBT33008.1-2013电动汽车充电设备检验试验规范第1部分非车载充电机3.企业标准（国家电网标准）：QGDW1233-2014电动汽车非车载充电机通用要求QGDW1591-2014电动汽车非车载充电机检验技术规范直流充电桩相关标准1.国家标准：a.名词解释、功能定义、规定直流充电桩工作流程；b.规定直流充电桩充电接口详细结构；c.规定直流充电桩与汽车BMS的CAN通信报文格式与内容；2.行业标准（能源局标准）：a.规定了充电桩的绝缘性能、充电输出、功能、安全要求、电磁兼容、防护等级等方面的测试方法3.企业标准（国家电网标准）：a.与行业标准雷同，但增加了充电通信兼容性测试，包括CAN通信物理层测试、链路层测试、应用层测试、协议规范测试等。直流充电桩与汽车接线构成依据国家标准：GBT20234.3电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口。连接控制线路CAN通信线路直流充电线路辅助供电线路设备地直流充电桩与汽车接线构成插头连接阶段——S闭合、未插入插座（摘枪）12V6V插头连接阶段——S打开、未插入插座（捏枪）12V12V插头连接阶段——S打开、插入插座（捏着插枪）12V6V插头连接阶段——S闭合、锁定（插入松手）12V4V锁定充电握手阶段（辅助电源闭合）1.提供低压辅助电源2.发送充电握手报文3.检测外侧电压绝缘检测阶段（检测是否绝缘）输出绝缘监测电压绝缘检测阶段（释放能量）泄放能量辨识匹配阶段（桩与车BMS互相识别）1.K1、K2断开2.发送充电机辨识匹配报文辨识匹配阶段（检测电池电压是否异常）1.K5、K6闭合2.发送充电准备就绪报文3.检测电池电压辨识匹配阶段（准备开始充电）2.发送充电准备就绪报文1.闭合K1、K2充电阶段1.发送充电状态报文2.输出电压电流3.发送蓄电池状态信息停止阶段1.发送充电中止报文2.K1、K2断开3.K5、K6断开停止阶段（释放能量）泄放能量停止阶段（辅助电源断开）K3、K4断开解锁目录充电桩简介5432致远电子直流充电桩设计方案致远电子直流充电桩测试方案直流充电桩运行中的主要问题直流充电桩工作原理16经典案例直流充电桩内部结构充电机电源模块绝缘检测模块充电控制器直流充电桩通信CANCAN三相交流380VCAN低压辅助电源直流200-750V计费控制单元CAN显示、电表、防雷、继电器等直流充电桩设计需求1：计费控制单元充电机电源模块绝缘检测模块充电控制器直流充电桩通信CANCAN三相交流380VCAN低压辅助电源直流200-750V计费控制单元CAN显示、电表、防雷、继电器等国家电网《非车载直流充电机通用技术规范》国家电网文件《电动汽车非车载整车直流充电机通用技术规范》对充电桩计费控制单元软硬件参数作了详细规范，应用软件由国家电网统一分发授权。国家电网《非车载直流充电机通用技术规范》国网充电桩计费控制单元方案—DCP-3000L国网充电桩计费控制单元方案—DCP-3000L北斗定位4G通信（7模全网通）蓝牙通信双SIM卡槽（低温自动加热）SD卡槽（数据存储）状态指示灯触摸彩屏接口数字量输出ADCUPS电源（掉电续航）国网充电桩计费控制单元方案—DCP-3000L以太网（以太网通信）调试串口USB（系统升级）CAN-Bus（与充电控制器通信）指示灯接口RS-232/RS-485（备用）RS-232/RS-485（接读卡器/电表）数字量输入音频接口（音频信号输出）国网充电桩计费控制单元方案—DCP-3000L致远电子计费控制单元方案—DCP-3000L普通充电桩计费控制单元方案—DCP-1000L普通充电桩计费控制单元方案—DCP-1000LWiFi/Zigbee/Bluetooth自由选配15S掉电续航支持4G/3G/2G全网通通信以太网口调试串口12V电源2路继电器输出4路缓冲数字输入2路RS-4852路CAN-BusUSBHost音频接口SIM卡槽SD卡槽800*600显示接口Cortex-A7545MHz直流充电桩设计要求2：充电控制器充电机电源模块绝缘检测模块充电控制器直流充电桩通信CANCAN三相交流380VCAN低压辅助电源直流200-750V计费控制单元CAN显示、电表、防雷、继电器等直流充电桩充电控制器方案—CCE-1000HW温湿度检测充电枪电子锁状态检测引导电阻检测水浸、烟感、门磁急停开关检测接触器、熔丝状态检测绝缘、过压、过流检测风扇控制辅助电源控制充电枪电子锁控制计费控制单元通信电源模块通信汽车BMS通信防雷检测直流充电桩设计要求3：绝缘检测模块充电机电源模块绝缘检测模块充电控制器直流充电桩通信CANCAN三相交流380VCAN低压辅助电源直流200-750V计费控制单元CAN显示、电表、防雷、继电器等直流充电桩绝缘检测方案—HVID-200绝缘检测电压测量电流测量充电控制器通信控制泄放电路控制高压开关直流充电桩设计要求4：充电机电源模块充电机电源模块绝缘检测模块充电控制器直流充电桩通信CANCAN三相交流380VCAN低压辅助电源直流200-750V计费控制单元CAN显示、电表、防雷、继电器等直流充电桩设计要求4：充电机电源模块针对不同直流桩客户可提供的产品1.针对已经具备充电机电源模块和充电控制器的企业：提供整套计费控制单元（包含读卡器、液晶屏）；2.针对具备非车载充电机的企业：提供整套计费控制单元和充电控制器。注意：针对不同厂家的充电机，控制电源模块的CAN协议不同；3.针对只做运营的企业：提供整桩方案，类似于贴牌合作。目录充电桩简介5432致远电子直流充电桩设计方案致远电子直流充电桩测试方案直流充电桩运行中的主要问题直流充电桩工作原理16经典案例直流充电桩运行中的主要问题•充电兼容可靠性矛盾日益突出–车多、桩多，不能保证都充得上（兼容性问题）–充电危险的现象增多（协议一致性）–充电中断的情况增多（干扰问题）–直流充电桩标准还不完善（标准问题）GB/T27930-2015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直流充电桩运营的主要问题1——兼容性问题如图所示，为高速公路上，目前兼容桩类型最多的许继充电桩。兼容性问题主要是：1.没有一种充电桩能充所有车；2.也没有一种车可以匹配所有充电桩；3.地方性保护主义有意创造这个局面；4.车辆的一致性测试与充电桩的一致性测试属于不同的机构系统；5.车厂、桩厂、检测机构对于标准理解各有不同。直流充电桩运营的主要问题2——协议一致性试验现象1（90%产品有这种现象）–BMS使用传输协议发出的动力蓄电池充电参数BCP报文中，数据域中的PGN使用无效PGN进行否定测试，但充电机仍将其视为正确命令进行处理。报文时刻报文方向报文ID报文内容11:15:22:462BMS—充电机1CEC56F4100D0002FF00060111:15:22:462充电机—BMS1CECF456110201FFFF00060111:15:22:478BMS—充电机1CEB56F4016009D00788136811:15:22:478BMS—充电机1CEB56F4021096F401B80BFF11:15:22:478充电机—BMS1CECF456130D0002FF00060111:15:22:494充电机—BMS1807F456FFFFFFFFFFFFFF11:15:22:494充电机—BMS1808F4564C1DE803D80E0000标准中无此PGN，应该为000600原因分析充电机未正确判别使用传输协议功能接收数据包中的PGN值，在收到完整的数据包后，错误的以为就是期望收到的报文。直流充电桩运营的主要问题2——协议一致性试验现象2（80%产品有这种现象）–充电机收到BSM蓄电池异常报文后，仍发送正常的充电机充电总状态报文CCS，继续输出电压、电流。报文ID报文方向报文ID报文内容14:53:47:401BMS—充电机1CEC56F410090002FF00110014:53:47:40