原创在VCU平台插上CCS充电翅膀

 2022-12-29 18:35  1640 10 10 分类: 汽车电子

全球充电标准简介

电动汽车（EV），例如纯电动或插电式混合动力汽车，未来预计将是交通运输行业主流。对电动汽车供电设备（EVSE，也称为充电桩）的需求也日益增长。

EVSE应能够处理不同类型EV的充电过程。此外，在充电功率、充电时间、AC/DC充电等方面，不同的EV可能具有不同的充电要求。因此，不同的充电标准得以创建实现规范EV-EVSE接口和充电过程的要求。

目前全球有三种充电标准：

l 欧洲和北美（包括采用该标准的其他国家）采用联合充电系统（Combined Charging System，简称CCS）

l 中国使用GB/T27930和GB/T18487

l 日本为CHAdeMO

l 不同标准之间的主要区别在于：

l Connector形式（充电插头/接口组合）

l 底层物理连接以及电动汽车和充电桩之间通信协议

例如GB/T27930和CHAdeMO基于CAN总线，CCS则是基于以太网协议的电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）

欧美充电标准概述

DIN 70121是为规范EV-EVSE接口而开发的首批标准之一。但是，它缺少某些功能，例如传输层安全性。后来，基于DIN 70121制定了其他标准，例如ISO 15118和SAE标准，以规范EV-EVSE接口中的安全充电要求。

SAE标准在北美更为有利，而ISO 15118在欧洲是首选标准。SAE J2847-2和ISO 15118-2都采用了电力线通信，物理层进行EV和EVSE之间的通信。然而，这两种协议的数据链路层存在一些差异。

EVSE既可以进行直流充电也可以进行交流充电，如图1所示。

在交流充电中，EV必须具有车载充电机（OBC）。交流充电中EV和EVSE之间的通信是通过控制导引信号（CP）进行的。

直流充电比交流充电有一些优势，例如在直流充电中，不再需要车载充电机。另外，直流充电可以传输更多的电能，与交流充电相比，这减少了充电时间。但是，由于DC充电过程的复杂性和计费要求，需要比PWM通信更高级的通信协议。

下图是基于J1772的EV和EVSE之间的物理接口。

图1 CCS with OpenECU M560/M580

EV-EVSE接口中的Pilot和Proximity信号需要标准的握手协议。另外，可以在EV和EVSE之间进行数字通信，以发起或终止向EV的电能传输。

该通信使用HomePlug Green PHY规范中概述的PLC协议通过Control Pilot信号通信。尽管用于交流充电的PLC是可选的，但对于直流充电则是必需的。SAE和ISO 15118均已采用PLC的HomePlug Green PHY规范，并制定了一些标准来管理EV-EVSE接口中的数字通信。

美国Pi Innovo公司的OpenECU M560/M580控制器支持这些标准，并与HomePlug Green PHY规范兼容。

为了实现这个目标，M560/M580配备了高通电力线通信（Powerline Communication-PLC）芯片组，以支持通过CP（Control Pilot）信号在EV和EVSE之间进行数字通信。

此外，OpenECU开发工具链中提供了基于SAE J2847-2和ISO 15118-2的Simulink模块库，用于管理Simulink环境中的PLC通信。

OpenECU M560/M580是为复杂的混合动力和纯电动应用（例如VCU或电池管理系统）设计的ECU。

在交流充电中，通常是车载充电机控制器（OBC）处理EVSE接口。但是，对于直流充电，不需要在车辆中安装车载充电机。因此，需要将处理EVSE接口和管理充电会话的任务分配给车辆中的另一个ECU，例如VCU。M560和M580设计符合SAE和ISO 15118标准的直流充电要求。

图2 M560/M580 interface to EVSE

OpenECU M560/M580支持与充电设备EVSE的接口

OpenECU M560/M580设计用于处理AC或DC充电会话。

其硬件提供了电气和通信接口，而OpenECU平台软件则提供了驱动这些硬件元素的模块，以实现应用软件所需的任何充电协议。

OpenECU平台提供了图3中所示的两个Simulink块，以根据需要访问SAE 1772或ISO 15118-3的PLC协议的物理层和数据链路层。这两个Simulink块用于处理OpenECU M560/M580（EV侧）和充电桩（EVSE侧）之间的数据交换。基于图3中的Simulink模块，可以根据需要定制应用软件，以实现SAE J2847-2或ISO 15118-2协议之一来处理充电会话。

图3 为M560 / M580提供了两个Simulink模块，以处理完整的DC充电会话

如图3所示，模块“pv2g_Connection”通过SLAC协议建立EV-EVSE通信链接；模块“ pv2g_Message”是可配置的，并基于要发送到EVSE或从EVSE接收的选定消息来更新其端口。

在DC充电会话开始时，必须将EVSE与连接的EV关联。只有这样，才能在EV和EVSE之间建立本地通信网络。EVSE和EV的关联由Signal Level Attenuation Characterization（SLAC）协议处理。

OpenECU平台软件提供了一个Simulink模块，该模块可处理基于SAE J2931/4的整个SLAC协议，如图4所示。一旦在M560/M580导引线专用pin（XF1）上检测到Pilot信号，Simulink应用软件就需要触发（启动）该模块。

未来，Pi Innovo公司计划提供Simulink模块，以便可以根据应用软件的需要自定义SLAC协议。与EVSE建立通信链接后，模块输出可用于通知应用程序控制软件。如前所述，请注意，需要使用OpenECU专用Simulink模块在应用控制软件中实现ISO 15118-2的SLAC协议。

图4：处理SLAC协议并在EV和EVSE之间建立与DC充电器的通信链接的Simulink模块，整个SLAC协议由OpenECU平台软件处理

当EV-EVSE关联和通信链接成功建立了之后，DC充电会话即开始，在此过程中，需要通过PLC接口在EV和EVSE之间进行连续的数据交换。正常的DC充电会话需要完成几个连续的阶段（例如，有关正常的启动和关闭序列，请参见SAE-J1772 F.1.8和F.1.9）。

OpenECU平台提供了一个可配置的Simulink模块，以在PLC通信的应用层处理这些阶段，如SAE J2847-2或ISO 15118-2所述。例如，图5表示此块的两种不同配置，用于在初始化阶段发送两个消息。

图5 OpenECU平台支持的可配置Simulink模块（基于SAE J2847-2）

如图5所示，OpenECU平台支持的可配置Simulink模块（基于SAE J2847-2），用于管理EV-EVSE接口中通过PLC通信进行的消息发送/接收。模块输入和输出将根据所选消息的标准自动配置。相同的块可用于实现ISO 15118协议。

图5中的Simulink模块与SAE J2847-2和ISO 15118-2完全兼容，并有助于通过PLC接口发送/接收消息。此Simulink块可用于在M560/M580的Simulink环境中实现SAE J1772或ISO 15118-2的必需阶段。如果需要，Pi Innovo可以为在Simulink中实施所有SAE J1772或ISO 15118-2阶段提供支持。