在全国限电的背景下谈谈Smart Charging技术

近日我国多地发出限电通告，谈及限电原因，众说纷纭，我们这里不做讨论。但有一点可以肯定，一定是缺电才会限电。我们不得不承认，以往很少担心的用电，现在似乎也成了一种稀缺资源。

 

同时，伴随着电动汽车行业的飞速发展和国家政策的倾斜，国内的电动汽车数量和充电桩数量与日俱增，电动汽车对电能的需求也在逐年增多。

 

 

我们不得不担心，电动汽车可能会对我们目前的能源系统构成威胁。在这样的背景下，“Smart Charging”的概念显得越来越重要。

 

什么是Smart Charging

智能电动汽车充电或智能充电是指电动汽车与充电设备共享数据连接，充电设备与充电运营商共享数据连接的系统。与传统电设备不同，智能充电系统会智能监控、管理和限制其设备的使用，以优化能源消耗。

 

智能充电系统对设备的控制包括简单的开启和关闭充电，车辆的单向控制(V1G)，允许增加或减少充电率，以及具有技术挑战性的双向车辆到电网(V2G)，允许电动汽车在放电模式下向电网提供服务。此外，汽车到家庭(V2H)和汽车到建筑(V2B)是一种双向充电形式，电动汽车在停电期间用作住宅备用电源。

 

Smart Charging的好处

1、对用户的好处

（1）充电更快

智能设备将自动使用最大可用能量。

 

（2）充电更安全

智能设备在开始充电前会自动测试你的车辆和设备之间的连接。所有充电事件都被监控，可以远程控制。

 

（3）既省钱又保护环境

有了智能充电，汽车可以一直插电，设备会将充电时间安排在低消耗时间，以节省我们的花销，当电网负载过高时，汽车还可以暂时用作电力储备，当然这个过程不会产生额外的花销。

 

2、对电网的好处

可以降低负载，系统协调用户需求和电网负载之间的关系，尽量使得充电行为发生在低负载的时候。

 

我们可以预见，Smart Charging会是电动汽车产业下个阶段一项很重要的技术。

 

Smart Charging技术带来的开发挑战

随着未来Smart Charging应用的日益广泛，DC充电将会变成更加重要的部分（ISO 15118的要求），AC充电也会被叠加更多智慧功能。对于任何想要进入充电领域的企业来说，除了传统的AC充电，将不可避免地需要实现Smart Charging和DC充电技术。

 

在基础建设端，DC充电将要求更多的部件和强大的充电控制器。DC充电技术要更为复杂，需要处理各种标准，比如ISO 15118、OCPP（Open Charge Point Protocal）、PLC（Power Line Communication）、以太网、CAN和工业领域总线，并且这些标准还在持续发展中。如下的Vector的通用型的充电控制器为例，它可以并行处理2个充电进程，比如1个是CCS充电，另一个是CCS充电或者CHAdeMO、AC或者GB/T充电。

 

既然Smart Charging会是电动汽车产业下个阶段一项很重要的技术。在这项技术发展的过程中，必定需要很多测试工作。基于这个需求，Vector公司推出了一款产品——Canoe Option SmartCharging，用于支持电动汽车、充电桩开发过程中的测试需要，下面我们一起来认识一下它。
 

CANoe Option SmartCharging简介

CANoe Option SmartCharging支持模拟电动汽车(EV)或充电桩(EVSE)在充电过程中的通信，支持充电过程的数据分析、测试、故障注入，这使得SmartCharging成为电动汽车、充电桩开发过程中进行功能验证、测试的理想工具。

 

得益于CANoe完整的通信测试工具链，以及对多种协议的支持，可以方便的集成交直流电源、负载，结合CANoe Option SmartCharging可以搭建完整的充放电测试系统，包括集成EV、EVSE充电控制器的网络测试功能。

 

支持标准

▲IEC 61851

▲ISO/IEC 15118

▲DIN 70121

▲GB/T 27930

▲CHAdeMO

 

应用领域

支持符合国际标准IEC 61851, DIN 70121, ISO 15118, GB/T 27930和CHAdeMO的电动汽车与充电桩之间充电过程数据分析，仿真、测试。

 

产品功能

CANoe Option SmartCharging支持在trace窗口中分析充电数据、支持充电数据记录文件的离线回放。

 

 

在EV、EVSE的仿真测试方面，Option SmartCharging提供了SCC_ChargePoint.dll、SCC_Vehicle.DLL、GBT27930_IL.dll、CAPL API等文件，可以方便、快速的搭建EV或者EVSE仿真节点，结合CAPL脚本，实现对EVSE或者EV的功能及协议一致性测试。部分CAPL API如下图：

 

 

以GBT27930 EV测试为例，需要使用到GBT27930_IL.dll仿真EVSE。GBT27930_IL.dll配置了充电过程状态机，可以控制充电状态的切换、设置充电参数、故障注入。EVSE的仿真需要GBT27930_IL.dll和CAPL结合实现，首先激活GBT27930_IL.dll的使用，仿真步骤如下：

 

▲在dbc中定义J1939节点

▲添加节点属性，且属性值为GBT27930_IL.dll 

▲定义节点要发送的报文

▲定义节点地址

▲节点中添加CAPL脚本

▲CAPL脚本中编辑CAPL API控制节点的功能，GBT27930IL_InitAsCharger、GBT27930IL_StartChargingSimulation、GBT27930IL_SetDelayForStateTransition

▲编辑Panel面板，实现与测试工程师的交互

 

 

使用需求

（1）软件部分

CANoe option SmartCharging用于实现高层通讯，例如应用层。对于较低层通讯(如传输层)，针对不同的充电标准，需要结合不用的CANoe options。

 

• 对于DIN 70121和ISO 15118标准的联合充电系统(CCS)，需要结合option Ethernet。
• 对于GB/T 27930国标充电，需要结合option.J1939。
• 对于CHAdeMO日标充电，CANoe option SmartCharging即可满足。

 

（2）硬件部分

对于基于电力线通信(PLC)的DIN 70121和ISO 15118联合充电系统(CCS)标准，需要使用VT7970 (Qualcomm)或VT7971 (Vertexcom)或VT7870。

 

GB/T 27930和CHAdeMO标准基于CAN通信。因此，Vector提供了广泛的接口硬件来匹配CANoe option SmartCharging，如VN1600系列硬件和VT系统的VT6104A模块。

 

（3）测试用例

针对充电过程通信的测试，主要有协议一致性测试、互操作性测试以及OEM规范自定义的测试。根据相关协议一致性、互操作性测试标准，Vector开发了相应的车辆端、充电桩端测试用例包，可以减少测试工程师的工作量，极大加快项目开发进程。

 

充电测试HiL

基于Vector VT系统、以CANoe为上位机的OBC测试系统，由于CANoe丰富的软硬件接口，方便集成第三方硬件，能够满足OBC充电、放电、DCDC测试需求，兼顾信号级测试、功率级测试。vTESTstudio测试用例编辑操作简单，易上手，可以大大节省客户的测试时间，达到事半功倍的效果。高精度的CSM高压测量模块，采用微秒级的采样周期配合vMeasure exp内置的eMobility Analyzer函数运算，让实时的功率、效率计算变得更简单。

 

后记

随着电力能源的紧缺与电动汽车行业能耗的增长，智能充电网络系统必将是未来的发展趋势，相信这项技术的逐渐发展和完善，可以促进电动汽车行业的繁荣发展。当然，这需要所有汽车行业从业者们的共同努力。

 

注：图中部分图片来自于vector。