1. 课题背景与意义

1.1 背景

当前电动汽车电池包能量密度逐步提升
，续驶里程逐渐能满足消费者日常需求，但单次充电时间长
、补能效率低仍然是制约电动汽车发展重要因素，而大功率充电技术是解决当前问题的主要手段之一。

国内在发展大功率充电方面，现存两种技术方向，一是在现行的2015版充电接口标准上进行升级
，另一个是电力行业推出制定全新接口的ChaoJi充电方案。目前设施行业及汽车行业均开展对两种技术方案的研究
，在标准适用方向上尚未明确。为此，本课题结合我国当前充电技术现状，主要针对2015＋升级充电方案进行分析

、研究与测试验证
，最终形成大功率充电课题研究报告
。

1.2 研究目的与意义

通过对大功率充电技术现状及未来发展趋的分析

，提出以2015版标准作为基础的2015+升级方案，并对2015＋升级方案进行测试验证及可行性评估，为未来电动汽车技术路线及标准路线发展方向提供参考。

1.3 研究方法

本报告的研究方法包括文献查询
、技术分析
、沟通交流、试验实证等，内容来源于仿真、测试验证、行业交流等记录及文件

。

2.研究内容及成果

2.1 国内外研究现状

在大功率充电的研究方面，国内外通常基于现行的直流充电系统研究大功率充电技术，不但可以较大程度地降低技术风险，还能保证与存量产品的全面兼容。

在充电系统方面，目前全球主要存在美国CCS1、欧洲CCS2

、日本CHAdeMO和中国GB/T 20234.3-2015四种直流充电系统。CCS1主要用于北美洲
，CCS2主要用于欧洲

，而CHAdeMO除用于日本本土外

，此前也用于北美洲和欧洲部分国家，但近年来全球应用规模大幅度下降，基于GB/T 20234.3-2015接口的充电系统主要用于我国国内市场
。

表 1 全球大功率充电系统

2.2 2015＋升级方案分析

2.2.1车辆接口

车辆接口的升级主要在三个方面
，分别是CC2端子、电子锁与机械锁、接口公差尺寸。

2015+升级方案在不改变主要物理结构、不影响结构兼容性的前提下
，调整和细化部分结构尺寸
，优化车辆接口的导引功能和插拔性能
，提升车辆接口连接效果。

2.2.2控制导引电路

在不改变现有控制导引信号定义，保留对原有充电系统的兼容性的大前提下

，2015+升级方案主要升级如下：

①　增加硬线信号传递急停指令
；

②　解决充电桩充电中无法有效识别PE断线问题；

③　解决充电桩无法有效识别PE导体串入人体网络的故障问题
；

④　解决导引电路中开关单点失效时信号识别问题。

新版的控制导引电路图方案如图1所示
。

图1 2015+升级方案方案控制导引图

2.2.3通信协议

（1）协议功能

2015+升级方案基于对现行标准的升级优化需求，重新设计了协议框架，对协议流程进行了适应性调整和修改。图2为充电通信流程示意图。

图2 协议流程模块

（2）版本协商

要实现基于现有系统上的大功率充电升级，最核心的一点便是版本协商。在现行标准GB/T 27930-2015中未定义电动汽车与充电桩版本不一致的解决方案

。据此
，在定义新的版本协商功能中，实现新版本识别与老版本兼容，使双方能通过交互明确本次充电行为遵从哪个版本的通信协议。

（3）其他升级

通信协议的其他升级主要是将协议报文定义和报文交互流程重新设计

，并对参数配置

、鉴权、预约充电、供电模式

、预充和能量传输

、充电结束计阶段确认和充电中止等模块进行设计和定义
，已完成对新方案中新功能的支持
。在这些方面由于多是软件层面的改动，均不存在硬性技术问题
。

2.3 2015＋升级方案测试验证

2.3.1 验证方案及原则

2015+升级方案的技术验证方案主要包含三个阶段，依次为车辆测试、充电设施测试和车桩匹配测试。其中主要包含三项测试，分别是功能测试、压力测试和兼容测试。通过三大项的测试
，分别对升级方案中新功能的达成程度
，升级方案的鲁棒性以及方案对2015版本充电系统的兼容性进行验证，具体测试项目见图3
。

图3 2015+升级方案测试验证思路

2.3.2 验证结果

（1）功能测试验证结果

经充电必选功能模块、各类退出方式、预约，重连和重启功能以及敏捷控制、PE断线
、PE人体电阻等各项功能测，2015+充电系统均能达到预想的效果，功能测试通过情况良好。

（2）压力测试验证情况

在控制导引电路压力测试中，导引电路检测点电压偏差测试结果如图4
：

注1：数据来源为比亚迪汽车工业有限公司测试结果；

注2：在实测过程中
，均在2015版车辆或2015版充电桩上进行，各电阻实际精度值为3%

，因此部分实测数据的极限电压值会接近或略微超出最大或最小值

。

图4 控制导引电路压力测试结果

经测试，各项压力测试均通过，2015+升级方案鲁棒性良好
。

（3）兼容测试验证情况

在“新车老桩”的兼容性测试中，检测点3电压均在仿真范围内，S2闭合桩均正常充电
，S2断开时均停止充电，从S2断开到电流降至5A时间为0.11s~1.3s。因此不存在兼容性问题。

在“老车新桩”的兼容性测试中
，2015版车辆在唤醒后的15s版本协商期间不响应
，待充电桩发送CHM握手报文后即刻回复BHM
，进入2015版充电协议，不存在兼容性问题
。

3. 结论及下一步工作建议

3.1 结论

课题研究及验证结果表明
，2015+升级方案在新老车桩间均能实现直接兼容充电
，能够有效解决老版本在过往实践充电过程中遗留下来的问题，同时还能够满足未来大功率、V2G、预约充电等充电新功能的需求，具有改动小、兼容性好、可操作性强的特点，充电标准及方案的平稳过渡是我们行业及企业健康有序发展的需求。

3.2 下一步工作建议

（1）充电技术路线的稳定性、唯一性是保障新能源产业稳定发展的关键因素，标准的升级修订应充分考虑新老接口的兼容。

（2）行业应加快对充电升级方案技术的研发、测试与应用，验证在各种使用场景和复杂工作模式下的系统可靠性和安全性，积累验证数据和测试结论，为后续大功率充电的大规模应用做好准备。

（3）相关方可加强电动汽车大功率充电工作的正面宣传，积极引导与鼓励相关企业参与大功率技术应用工作

，制定科学合理的大功率充电整体布局
，推动完善大功率充电基础设施建设
。