某纯电客车欧标充电问题的分析与优化

赵飞云

关键词：纯电客车;欧标充电接口;充电桩;充电枪

0 引言

电动汽车的充电标准，在欧盟国家和其他地区的一些国家使用欧盟标准的充电协议。本文介绍的纯电客车使用的充电插头类型是CCS2组合充电系统，使用高压直流电给车辆进行充电。市场上常见的充电桩，多数是1个充电桩带2个充电枪，这2个充电枪可以同时给一台车的2个充电口进行充电，也可以是2个充电枪分别给2台车进行充电。

文中介绍的充电桩不同于平常的充电桩（图1），一个充电桩引出3个充电枪。按照该充电桩的设计，这3个充电枪可以给插在上边的3台车依次进行充电，但无法给3 台车同时进行充电作业。因为这是该品牌客车首次和这种类型的桩进行匹配使用，所以在首次使用时遇到充电桩和车辆的匹配性问题，导致充电工作无法进行。

本文对这些问题进行了分析，并提出了对应的优化方案。

1 欧标充电过程的时序原理图

歐标充电过程时序原理图[1] 如图2所示，车辆没有和充电桩进行充电连接时，充电口CP 线的状态为A1，电压是12V。当把充电枪插到车上后，CP线的状态由A1变成B1，电压由12 V 变成9 V，也就是图2 所示的阶段1.1。当充电桩和车辆的通信正常建立，充电桩的状态ready，可以进行充电时，CP 线的状态会从B1 变成B2，电压从9 V 变成占空比为5% 的9 VPWM 信号（阶段3.1）。

当车辆的充电状态ready 就绪，可以进行充电工作时，CP线的电压从占空比为5% 的9 V PWM 信号，变成占空比为5% 的6 V PWM 信号（阶段4）。在图示阶段5 和6，也就是C2 状态，充电桩将根据车辆请求的充电电流值大小对车辆进行充电。

当车辆充满电以后，CP 线的状态将从C2 变成B2（阶段7和8.1），CP 线的电压将从占空比为5% 的6 V PWM 信号变成占空比为5% 的9 V PWM 信号。随后，充电桩将让CP 线的状态从B2 变成B1，CP 线的电压将从占空比为5% 的9 V PWM 信号变成9 V 电压（阶段9.2）。当把充电枪拔出后，CP 的状态从B1 变到A1，CP 线上的电压从9 V 变成12 V（阶段2.1）。

2 充电问题的优化项目一

2.1 充电过程说明

该款充电桩的标准充电过程分成两个阶段：阶段一是Bulkcharge 模式，充电桩按照先到先得的原则，充电桩首先依次给3台车快速充电到SOC80%;当3 台车的电量全部充电到80% 以后，充电桩进行第二个充电阶段，名为Preconditioning 模式，充电桩将利用小电流依次给3 台车补充充电到车辆SOC100%。

2.2 充电问题的描述

将3 台车分别接到充电桩对应的3 个充电枪，准备进行充电的时候，发现第一台车完成bulk charge，电量充到80% 以后，按照充电标准流程，此时充电工作将自动跳转到第二台车上。但是，发现第二台车无法自动进行充电，第一台车充到80% 以后，整个充电过程就中断了，这就是第一个需要解决和优化的充电问题点。

2.3 充电问题的分析与优化

当充电桩的3 个枪同时插到3 台车上以后，如上边的欧标充电过程时序原理图所述，3 台车CP 线的状态将由A1 变成B1。由于这个充电桩只能依次给3 台车充电，而不是同时给3 台车充电，此时充电桩只和第一台车建立充电连接，在给第一台车进行充电的时候，第二台车和第三台车在等待充电。

但是此时第二台车和第三台车的CP 线状态已经由A1 变成B1，而又迟迟未进入后续的充电流程，所以这个时候第二台和第三台车报充电超时错误。当第一台车充电到80% 时，充电桩尝试和第二台车建立充电连接时，由于第二台车已经在报充电超时错误，所以无法进行随后的充电工作。第三台车，同样的原因，也无法进入充电。

通过修改BMS（电池管理系统）和EVCC（电动汽车通信控制器）的程序，当充电枪和车辆连接时，CP 线的状态从A1 变成B1，此时，让车辆在B1 的状态进行等待，取消车辆在B1 状态的超时设置。如图3 所示，按照标准IEC61585-1 的要求[2]，车辆在B1 状态进行等待直至桩用B1-B2 的状态来唤醒充电工作。通过这种优化，充电桩在给第一台车进行充电工作时，第二台车和第三台车的CP 线状态保持在B1 状态且进行等待。直到充电桩给第一台车充好电以后，充电桩以B1 到B2 的状态转变来唤醒第二台车，然后和第二台建立充电工作。第三台车同理。

3 充电问题的优化项目二

3.1 充电问题的描述

当3 台车全部完成Bulk charge 模式， 快速充电到车辆SOC80%，充电桩与三台车不断反复地进行充电连接尝试。充电桩先和第一台车进行充电连接，连接大概1 min 左右后断开连接;然后再次尝试和第二台车建立充电连接，同样连接大概1 min 左右后断开连接。接着再和第三台车进行连接，连接1 min 左右后断开连接，一直这样反复。

3.2 充电问题的分析与优化

考虑到充电桩不断地和3 台车进行充电连接，是否为充电枪电子锁的上下锁不正常导致了该故障。电子锁工作的原理如图4所示，当给电子锁一个正向600 ms 的24 V 电压时，电子锁进行上锁;当给电子锁一个反向的600 ms 的24 V 电压时，电子锁进行解锁。

现场对电子锁的上下锁电压和上锁后的状态反馈信号分别通过示波仪进行监控（图5），电子锁的驱动电压正常，电子锁可以正常上锁。且电子锁上锁后的信号反馈也正常。排除了电子锁不能上锁的硬件问题导致的该问题。

排除了电子锁的硬件方面的问题后，考虑软件方面的问题。通过对充电桩的程序进行检查，发现充电桩在设别车辆身份的时候有问题。

按照欧标充电协议[3]，车端通信控制器EVCC 会内置有一个MAC 地址，且车端通信控制器EVCC 和充电桩端通信控制器SECC 在进行充电工作时，车端通信控制器EVCC 会将MAC 地址发送给桩端通信控制器SECC，桩端通信控制器SECC 根据此MAC 地址识别不同的车辆身份。

但是， 当充电桩完成Bulk charge 模式， 把3 台车辆快速充电到SOC80% 后， 再次返回第一台车开始进行Preconditioning 充电阶段，开始小电流补充充电的时候，充电桩没有记忆住这3 台车的MAC 地址。充电桩错误地认为是新的车辆加入到了充电工作中，所以充电桩不断的反复尝试和3 台车进行充电连接。

通过修改充电桩程序对车辆的MAC 地址进行了记忆，成功地解决了该问题。修改完充电桩的程序后，充电桩首先给3 台车进行快速充电，3 台车依次充电到SOC80%。再依次给3 台车辆进行小电流补充充电，直到SOC100%。对这批车辆和充电桩依照优化方案进行了改进，并多次在不同的充电桩和不同的车辆之间进行了充电匹配，没有再出现文中所述的问题，验证优化方案是可靠的。

4 结束语

市场上的纯电车辆和充电桩通常来自不同的厂家，充电工作要想顺利进行，关系到车辆和充电桩良好的匹配。所以，车辆和充电桩双方在软硬件的开发初期阶段，需要严格遵守充电的相关协议和标准。严格遵循统一的标准，才能消除双方在充电对接过程中的差异点。除此之外，车辆和充电桩在首次匹配使用时的调试也很重要，通过调试，找到双方在充电过程中的bug，通过对这些bug 不断地调试和优化，保证后续充电工作的稳定顺畅运行。