详解电动汽车欧标直流充电的时序及相关技术

欧洲电动汽车充电标准CCS2是一个集成了交流充电和直流充电的组合式标准。组合式充电系统是一个开放的国际标准化系统，主要由奥迪，宝马，克莱斯勒，戴姆勒，福特，通用汽车，保时捷和大众汽车公司推动。出口到欧洲的车辆需要满足其物理接口和通讯的要求。

欧洲电动汽车充电标准主要有：

1.接口标准：IEC 62196-1、IEC 62196-2、IEC 62196-3；

2.电源供电标准：IEC 61851-1、IEC 61851-21、IEC 61851-22、IEC 61851-23；

3.整车标准：ISO 6469-3、ISO 17409；

4.通讯标准：ISO/IEC 15118-1、ISO/IEC 15118-2、ISO/IEC 15118-3、ISO/IEC 15118-4、IEC 61851-24、IEC 61850、ISO/IEC 15118-20；

5.通用标准：IEC 61439-7、IEC 60038、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5、IEC 61000-4-5、IEC 61000-4-11、IEC 61557-8、IEC 61000-6-1、IEC 60529、IEC 60364-7-722。

下面我们主要梳理一下直流充电的一些要求。

直流充电时序图

在IEC 61851-23附录CC中详细描述了直流充电的时序及其相关系统活动。

图1、正常工作时序图

来源：IEC 61851-23

图2、充电时序详细说明

来源：IEC 61851-23

以下是详细介绍

1.车桩未配对时：所有的物理接口均未连接、通讯未开启，系统如下图所示。

2.进入T0时刻，车桩开始握手匹配。此时当插枪后CP电压由12V变为9V，电子锁上锁。

3.T1-T2初始化阶段，电子锁上锁，CP电压为9V  PWM波，占空比为5%，进行绝缘检测和插座温度检测；建立PLC通信，交换操作限制和充电参数。充电桩检测到直流电压> 60V或电动汽车与直流电源不兼容时停机。

4.T3时刻连接检测。车辆将CP状态由9V变为6V或者3V，车辆进入准备状态。同时进行电子锁锁止状态和绝缘状态检查并上报其状态，建立PLC通信。

5.T4时刻连接检测。车辆将CP幅值拉为6V或者3V。直流进行隔离检查，  绝缘电阻≥100 kΩ为正常。隔离检查成功后，桩端指示状态为“有效”，并进入“就绪”状态。

6.T5时刻进入预充状态，车辆发送电压、电流请求，电流请求＜2A等。桩端主继电器闭合。

7.T6阶段，直流充电桩在公差范围内调整直流输出电压，并将电流限制为最大值2 A。

8.T7阶段，车辆预充继电器闭合。当电池电压与桩端输出电压压差＜20V，车辆端预充继电器断开。

9.T8阶段，车辆发送充电请求以启用直流电源输出。在直流充电桩给出能量转移准备就绪的反馈后，车端设置直流电流请求以开始能量转移阶段。

10.T9进入正式充电阶段，发送电压、电流请求，电压电流的最大限值、绝缘检测、温度监测等状态。

11.T10阶段，车辆减小电流请求来完成充电。桩端电流的变化跟随车端电流请求有一个时间延迟，并确保在切断输出之前将输出电流降低到小于 1A。

12.T11进入下电阶段，车辆向桩端发送停止充电的请求。当桩端输出电流小于1A时，车端继电器断开。

13.T12下电阶段，桩端停止输出并断开继电器。

14.T13下电阶段，充电装发送“未准备就绪”状态，并指示输出被禁用。

15.T14-T15下电阶段，车辆将CP幅值由6V或者3V变为9V。

16.T16下电阶段，当电压下降到60V以下，电子锁解锁，桩端根据直流供电策略继续进行绝缘检测。信号交互停止，PLC通讯结束。

17.T17进入未连接状态，CP幅值由9V变为12V。桩端无输出，PLC通讯结束。

PWM通讯

PWM信号被施加到控制信号CP和PE的电路。

IEC 61851-1定义了适用占空比值的含义，主要有三种：

1.低占空比，3% - 7% ，需要数字通信；

2.高可用占空比，不同占空比对应不同的可用充电电流；

3.无效占空比，即无法充电。

PWM信号不特定用于交流或直流充电。交流充电可以使用5%的占空比。直流充电也可以使用（理论上）8%到97%占空比。占空比由EVSE控制，而信号电压由车辆控制。

不同占空比对应的电流如下图所示：

   图3、占空比与电流的关系

   来源：IEC 61851-1

CP状态说明：CP不同的幅值代表不同的状态。

1.CP幅值为+12V时表示充电枪无连接；

2.CP幅值为+9V时表示充电枪已连接，充电桩和车辆未准备好；

3.CP幅值为+6V和+3V时表示可正常充电；

4.CP幅值为0V时表示CP信号短路；

5.CP幅值为-12V时表示充电桩不可用。

1.充电桩与车辆未连接：CP电压为+12V。

2.T0阶段，充电桩与车辆开始连接，CP电压由+12V变为+9V。

3.T1-T2进入初始化阶段，充电桩发送5%的占空比，以与车端建立PLC通讯。

4.T3阶段，握手连接。在成功初始化，PLC通信建立之后，车辆通过闭合S2开关来指示车辆已准备好接收能量。

5.在非正常情况下，可以通过断开S2来结束充电，CP电压幅值由6V或者3V变为9V。

6、除此之外，关于接口电路有两点需要注意：

（1）对于CP占空比的检测，需要注意的是：CP波形受噪声干扰以及电路容抗的影响后波形为非标准方波，避免因此而检测出现偏差甚至是误动作。所以在滤波的同时要确保CP检测的准确性。

（2）需要确保检查阀值的可靠性和鲁棒性。握手电路中占空比、电阻、电容的误差需要控制在一定的范围内，以保证充电的互操作。具体误差范围可参考如下：

充电信号交互过程及充电中潜在的故障:

1.充电枪未插到位，无法检测到CP信号，影响充电信号交互，将退出充电流程。

2.插枪后绝缘电阻值过低，绝缘检测无法通过，可能存在IP防护等级不满足要求的可能性。

3.CP信号占空比无效，无法充电。

4.PLC通信信号无法解析或者不兼容，无法充电。

5.电子锁未上锁（未驱动或者电子锁损坏等），无法充电。

6.充电过程中的过压、过流、过温、或者反向电流等，将停止充电。

7.无法正常完成预充，充电无法正常继续。

8.充电桩输出电压与需求电压不匹配，充电将中止。

9.充电插座过温，充电将降额或者停止充电。

10.电子锁故障，带电插拔拉弧，影响充电安全。