王芳:电动汽车充电系统标准与测试评价

 

2015年5月15日-16日，由中国汽车技术研究中心主办，中汽中心汽车试验研究所、汽车技术情报研究所、常州新能源汽车研究院等合作承办的“2015国际电动汽车及关键部件测评研讨会”在江苏常州召开。

 

本次研讨会以“从产品示范到商业应用”为主题，以纯电驱动和充电系统测试评价为研究对象，重点围绕“整车开发与测试评价”、“关键部件开发与测试评价”、“电池系统集成与测试评价”、“充电系统测试评价”四个技术领域进行深入解析，为电动汽车整车及关键零部件步入市场规模化应用，以及充电基础设施创新升级提供技术指导和借鉴建议。

 

在本次研讨会上，中国汽车技术研究中心首席专家汽车试验研究所新能源室主任王芳发表题为“电动汽车充电系统标准与测试评价”的主题演讲。

 

以下为现场实录

 

非常感谢各位参与交流，今天跟大家分享是我们在最近一两年内对充电系统测试评价相关的一些方面标准的执行，也对于在实际测试当中所发生的问题以及我们的思考，以及我们接下来想做的一些事情想跟大家做一个分享，也许有一些方面欠缺和局限也想得到大家的回馈跟大家做更多的交流，我报告的题目分几部分，一个是电动汽车的充电过程，第二个电动汽车充电标准，第三个充电遇到的问题，第四个我们对这些问题的看法和测试评价技术的研究最后是总结。

 

电动汽车的充电过程大家知道，现在充电我今天讲的是传导式的沟通，因为测试非常多的是这一块，是直流交流的测试，充电这块还包括无线和其他方面，后面有一些专家跟大家有相关分享，交流充电其实现在主要是通过交流的充电机和车载充电机跟电池管理系统匹配交互关联，它的充电功率大概在几个千瓦的水平，充电的时间大概会延续到3到8个小时甚至更长的充电时间，而第二种方法是直流充电，通过直流充电，充电机通过直流通讯协议直接和电池的BMS进行交互，它的充电功率大概会从几十千瓦到几百千瓦不等，充电时间从十分钟到几个小时不等这样的充电时间。目前来说，国内电动汽车充电主要相关标准涉及3个方面，一直是车的这一段，一个是桩这一段还有网这一段，可以看到电网这一侧国家相关标准有这有一些，第二个是中国连接的标准，第三个是车辆这一侧的，车辆这一侧是传导式的车载充电机也包括电池管理系统的技术要求，对于充电系统要求也有一些相应的标准。目前中间的4个红色标准是GBT20234和GBT27930是国家免正购值税的标准，下面18487.1是我传导式充电系统在修订当中。

 

我们卡达克建了充电站里面有十几个交流充电桩在运行，运行的过程当中我们也出现过电动汽车不能正常充电或者充电临时中断等等一系列问题。第二个大家也经常看到一些报道，电动车和充电桩不匹配，会发生给电动车充不了电的情况，第三个充电系统安全会存在隐患，大家也看到一些报告，包括特斯拉对充电系统的升级改造去降低安全风险的隐患。我们汇总起来，在充电过程当中主要有两个问题，一个是互联互通的问题，第二个是充电安全的问题。针对这样的情况卡达克相应的测试评价工作也从这两个方面展开，互联互通方面包括接口本身的特性也包括通讯协议，也包括充电桩匹配的测试，第三个是电能质量适应测试性。

 

第二个是充电安全这块，包括充电设施硬件安全和通信协议软件安全和电池包内部安全管理的问题，我后面详细把这方面我们研究的结果跟大家做一个分享。第一个是充电互联互通的测试，充电是车、网桩协同工作的过程，所以每一方的协调都非常重要，我们车辆在实际使用当中出现故障会出现充电接口不匹配，充电时续不匹配以及各地电脑质量的不匹配，这样一系列不匹配会导致车不能正常充电，所以我们在测试的过程当中会特别关注这几方面内容。测试的依据有三大部分，一个是我们依据国标20234、27930以及KCT895车载充电机这三个标准会做系列的标准性测试，同时我们对充电桩匹配的评价依据连接的时续和信号的要求也进行非标的评价，同时也是刚才提到的充电性能要求的标准，我们把我们测试的经验和数据也会在标准的修订过程中得以体现。

 

第三个是电能质量的适应性，通过设备的复现进行实际的评测。充电的接口测试我们根据GBT20234-2011我们开展委托的形势和CQC自愿认证，第一个是接口的功用性检查，第二个是机械的可靠性质寿命的要求，第三个是材料的性能，比如它的耐热性、环境的耐腐蚀性的要求。第四个是电器的安全性，包括防护等级的要求。

 

最近大半年时间我们测80余套的充电接口，在这里面我们发现一些常见的故障，我们做了一个汇总，第一个是高温以后发现变形，第二个是低温以后跌落机械强度的实验，充电接口受到损坏，第三个是插拔的寿命实验以后，接口也是损坏，第四个是车辆碾压的实验，机械强度以后，第四个是防水的测试，我们看到里面的情况也有相当数量的产品会发生防水的不符合，最后一个是挺重要的一项是温升的超限制，正常按照要求测试不能超过多少度，但是实际上我们在测试过程中经常看到到80度的现象。

 

第二个是直流充电的通讯协议的检测，测试的对象是具有直流充电功能的整车，27930的标准很多人说非常复杂或者执行起来不知道怎么执行，我归纳一下这个标准其实从物理层数据路程和充电流程是三个内容，一个是正常充电流程的检查，比如充电的握手、参数的配制、充电阶段表现以及充电结束阶段的体现。关注的内容会涉及到报文的格式内容以及故障响应处理的检查，其实我们测有大概一百多台套的车，测试过程中我们看到很多车型是没有办法一次通过测试，都要进行整改，在这些里面整改我们也归集了这么多车发生问题的故障类型，我们把故障的情况都给详细的汇总一下，首先握手的故障有两种，第一个是没有按照27930编写相应的通信协议，没有按照1939的条款对这个协议进行编写，没有理解相应的一些要求。第二个原因是充电接口接触不良根本没有办法实现握手。

 

第二个是充电阶段，充电阶段主要的问题是第一个BMS给出充电需求的电流措施，它有时候给出的电流根本不是电池能够承受最大电流，第二个是有一些报文的格式符合国标的要求但是数据的内容是无效的信息，这个概念就是我们看过很多车，车里面比如有后台数据出来，看到电压的信息一直显示3.3V、3.34V，大家知道硫酸铁铝标准电压是3.34V，这种情况下我们也分析过两个原因，一个是在整个系统设计这块工程师对这块的理解不够，对于能够报文报出来的电池实时电压值没有理解，还有一种情况是整车厂不愿意把电池内部的信息让充电部分的控制来了解到，所以报文给充电的数据宣是虚的而不是实际充电的电压值，这个是两种情况我们都有看到也沟通过。

 

充电接触结束可断电，但缺少充电中止命令等关键，充电结束后可以断电但是缺少充电终止的命令，我们也看到几家充电后台的数据，充电以后很多车运行数据也都正常充电停止了，但是没有充电终止的保温，而且充电终止以后有一些系统会体现充多少时间的统计报文，而有一些根本连统计报文都没有，终止保温也没有。

 

另外第三个是充电结束可以断电，也有终止的报文，但是终止报文是错误的。还有就是故障处理这块，比如看上去是中段了，或者电池过充了，都没有做故障的处理，高压也不断电继续这样故障的过程，如果及时的去看或者专业的工程师也许会得到这些信息，而很多时候这些信息都被忽略掉，而长久之后很多隐患会发展。所以这些问题不解决会导致充电的障碍和充电安全的问题，大家也都知道陆陆续续现在有电动汽车应用过程当中有很多相应的问题会出现，这也是大家现在为什么非常关心充电的通讯和充电安全问题的关键。

 

另外我介绍以下互联互通还涉及到车载充电机的测试评价，也包括基本的电器要求功能安全以及环境的可靠性的评价，这块因为之前不是国家强制要求，测试这块相对来说数量少一些，但是现在新的乘用车准入要求这块也增加对车载充电机的要求。互联互通很多集中在产品测试上，而实际上很多人关心电动充电环境的适应性，我们会集中对城市的电动质量进行采集评价而且对充电的设施也进行调研和测评，不同的充电桩不同的充电地方的不一样来进行评价，汇总主要的城市电能质量数据库，而且对充电桩的规格和分布做详细的调研和了解，最终能形成电能质量评价数据库，而我们的目的是将来对电动车进行各个地方充电质量适应性的评价，包括桩的匹配适应性，而且我们现在把这些测试的结果跟测试设备相匹配，把调研和评价的结果下载到充电设备里面，然后再对电动车辆进行模拟的充电测试，这个目的一方面是对测试结果进行评价，对车进行改进的建议，另外一方面我们也希望在电动汽车开发过程中和车企一起对他们充电整个系统的设计，它的报文的编写它的整个管理系统的设置能够提出建议，这样也能规避在后期使用过程中出现的一系列问题。

 

所以这也是我刚才总结的，我们希望从桩和电能质量出发，对电动汽车有这样的建议和改进的帮助，另外也从车的角度出发对桩和对电能质量有相应的交流和建议，另外第二个是刚才讲到互联互通，第二个充电过程的安全，因为充电过程中涉及到充电机交流的借口和协议，第一个电池BMS工作异常了，不给充电机法任何指令会导致很多问题，第二个是通讯协议不准确，第三个是充电机完全失控。另外电器接触不良温度上升会引起充电连接部委的变形甚至起火，所以我们认为在充电的过程中应该有不同层次的安全保护，从通讯的正常开始，我们希望可以通讯正常，但是如果发生异常应该立刻停止充电，而如果充电机发生异常那你的BMS也应该立刻采取措施切断，如果BMS失效我们希望电池本身也应该有一定耐过冲的能力，至少给乘客有逃生的时间，所以我们希望同通讯的可靠性，充电机的可靠性以及构件的可靠性对充电以及使用的过程有这样的保障。

 

具体的我们在27930里面对充电机和车这一侧有相应的安全保障软硬件的要求，我们现在测试的时候主要是集中在车的这一侧，但是实际上对桩这一侧的要求也应该加严对它的评价，对它相应的措施都应该加强，对于相应的软件里面的控制也非常的有必要。

 

另外，我刚才提到部件这一块。31467.3对电池的安全有保护的要求，其实大家看到过冲电对电池系统的危害非常大，我们看到有电池包在做过冲以后发生烧毁的危险性事故，所以电池本身必须要有耐20%以上过冲的能力，另外要有切实可行的过充电保护措施，另外我也简单提一下QCT793电池管理系统的要求，这里面明确也提出电池管理系统的故障诊断功能，我也可以给大家展示我们近期几个月测的几个电池系统的数据，大家可以看到对于它的基本鼓掌争得诊断项目基本可以满足，但是对可扩展的多数只是部分满足，但是可能因为国家基本的要求没有体现，这块在厂家的设计方面考虑还不是那么多，所以我们也希望能够从车桩网这几个方面联合协同工作，能够把各个环节的充电安全性做好，这样能够保证对于充电的环境适应性非常切合，能够保证互联互通，同时也能保证在充电过程中保证安全甚至包括充电之后有安全的使用，这样我们也希望电动汽车用户到哪里都可以充上电，而且都能放心充电和放心的开电动汽车。