电动汽车直流充电桩快充设计难点与解决方案

直流充电桩内部结构
直流充电桩
计费 控制单元
CAN
通信
充电控制器
绝缘检测 模块
三相交流 380V
显示、电 表、防雷、 继电器等
CAN
CAN
充电机 电源模块
CAN 直流200-750V 低压辅助电源
直流充电桩设计需求1：计费控制单元
直流充电桩
计费 控制单元
CAN
通信
充电控制器
绝缘检测 模块
三相交流 380V
通信
充电控制器
绝缘检测 模块
三相交流 380V
显示、电 表、防雷、 继电器等
CAN
CAN
充电机 电源模块
CAN 直流200-750V 低压辅助电源
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）；
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。
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
直流充电桩
计费 控制单元
CAN
通信
充电控制器
绝缘检测 模块
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-1000L
WiFi/Zigbee/Bluetooth
800*600
自由选配 15S掉电续航 显示接口
支持4G/3G/2G 全网通通信
Cortex-A7 545MHz
SD卡槽
以太网口 调试串口
SIM卡槽
USB Host 音频接口
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/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
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）
3.检测电池电压
1.K5、K6闭合
2.发送充电准 备就绪报文
辨识匹配阶段（准备开始充电）
1.闭合K1、K2 2.发送充电准 备就绪报文
以太网
（以太 网通信 ）
音频接口
（音频 信号输 出）
调试串口 USB
（系统 升级）
CAN-Bus
（与Biblioteka Baidu 电控制
器通 信）
数字量 输入
RS-232/RS-485 RS-232/RS-485 指示灯
（备用）
（接读卡器/电表） 接口
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
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”
三相交流 380V
显示、电 表、防雷、 继电器等
CAN
CAN
充电机 电源模块
CAN 直流200-750V 低压辅助电源
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
直流充电桩
计费 控制单元
CAN
报文方向
报文ID
报文内容
BMS—>充电机 充电机—>BMS
1C EC 56 F4
10 0D 00 02 FF 00 06 01
1C EC F4 56 11 02 01 FF FF 00 06 01
BMS—>充电机 1C EB 56 F4 01 60 09 D0 07 88 13 68
BMS—>充电机 1C EB 56 F4 02 10 96 F4 01 B8 0B FF
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
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）
12V 6V
插头连接阶段——S打开、未插入插座（捏枪）
12V 12V
插头连接阶段——S打开、插入插座（捏着插枪）
12V 6V
插头连接阶段——S闭合、锁定（插入松手）
锁 定
12V 4V
充电握手阶段（辅助电源闭合）
3.检测外侧电压 2.发送充电握手报文 1.提供低压辅助电源
目录
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充电桩简介 直流充电桩工作原理 致远电子直流充电桩设计方案 直流充电桩运行中的主要问题 致远电子直流充电桩测试方案 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
显示、电 表、防雷、 继电器等
CAN
CAN
充电机 电源模块
CAN 直流200-750V 低压辅助电源
国家电网《非车载直流充电机通用技术规范》
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。
2. 行业标准（能源局标准）：
NBT 33001-2010 电动汽车非车载传导式充电机技术条件 NBT 33008.1-2013 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）：
QGDW 1233-2014 电动汽车非车载充电机通用要求 QGDW 1591-2014 电动汽车非车载充电机检验技术规范
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：GBT 20234.3 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
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
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。
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充电桩简介 直流充电桩工作原理 致远电子直流充电桩设计方案 直流充电桩运行中的主要问题 致远电子直流充电桩测试方案 经典案例
直流充电桩相关标准
1. 国家标准：
GBT 18487.1-2015 电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求 GBT 20234.1-2015 电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求 GBT 20234.3-2015 电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口 GBT 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 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）
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。
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
黄敏思 广州致远电子股份有限公司 工业互联网市场总监
2006年：加盟致远电子，从事CAN-bus、以太网产品研发工作 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 2016年：任致远电子工业互联网市场总监
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
11:15:22:462
11:15:22:462 11:15:22:478 11:15:22:478 11:15:22:478 11:15:22:494 11:15:22:494
充电阶段
2.输出电压电流 1.发送充电状 态报文
3.发送蓄电池 状态信息
停止阶段
2.K1、K2断开 1.发送充电中 止报文
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）
解锁
K3、K4断开
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充电桩简介 直流充电桩工作原理 致远电子直流充电桩设计方案 直流充电桩运行中的主要问题 致远电子直流充电桩测试方案 经典案例
12V电源 2路继电器 4路缓冲 输出 数字输入
2路RS-485
2路CAN-Bus
直流充电桩设计要求2：充电控制器
直流充电桩
计费 控制单元
CAN
通信
充电控制器
绝缘检测 模块
三相交流 380V
显示、电 表、防雷、 继电器等
CAN
CAN
充电机 电源模块
CAN 直流200-750V 低压辅助电源
直流充电桩充电控制器方案—CCE-1000HW
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
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
蓝牙通信
4G通信 （7模全网通）
北斗定位
双SIM卡槽
SD卡槽
状态
UPS电源
（低温自动加热） （数据存储） 指示灯 （掉电续航）
ADC
数字量 输出
触摸彩 屏接口
国网充电桩计费控制单元方案—DCP-3000L
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。
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充电桩简介 直流充电桩工作原理 致远电子直流充电桩设计方案 直流充电桩运行中的主要问题 致远电子直流充电桩测试方案 经典案例