详解电动汽车欧标直流充电的时序及相关技术

第第页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：IEC62196-1、IEC62196-2、IEC62196-3；

2.（电源）供电标准：IEC61851-1、IEC61851-21、IEC61851-22、IEC61851-23；

3.整车标准：ISO6469-3、ISO17409；

4.通讯标准：ISO/IEC15118-1、ISO/IEC15118-2、ISO/IEC15118-3、ISO/IEC15118-4、IEC61851-24、IEC61850、ISO/IEC15118-20；

5.通用标准：IEC61439-7、IEC60038、IEC61000-4-4、IEC61000-4-5、IEC61000-4-5、IEC61000-4-11、IEC61557-8、IEC61000-6-1、IEC60529、IEC60364-7-722。

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IEC61851-23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：IEC61851-23

图2、充电时序详细说明

来源：IEC61851-23

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≥100kΩ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2A。

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。

IEC61851-1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：IEC61851-1

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