在全國限電的背景下談談Smart Charging技術(shù)

近日我國多地發(fā)出限電通告，談及限電原因，眾說紛紜，我們這里不做討論。但有一點可以肯定，一定是缺電才會限電。我們不得不承認，以往很少擔心的用電，現(xiàn)在似乎也成了一種稀缺資源。

同時，伴隨著電動汽車行業(yè)的飛速發(fā)展和國家政策的傾斜，國內(nèi)的電動汽車數(shù)量和充電樁數(shù)量與日俱增，電動汽車對電能的需求也在逐年增多。

我們不得不擔心，電動汽車可能會對我們目前的能源系統(tǒng)構(gòu)成威脅。在這樣的背景下，“Smart Charging”的概念顯得越來越重要。

什么是Smart Charging

智能電動汽車充電或智能充電是指電動汽車與充電設備共享數(shù)據(jù)連接，充電設備與充電運營商共享數(shù)據(jù)連接的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)電設備不同，智能充電系統(tǒng)會智能監(jiān)控、管理和限制其設備的使用，以優(yōu)化能源消耗。

智能充電系統(tǒng)對設備的控制包括簡單的開啟和關閉充電，車輛的單向控制(V1G)，允許增加或減少充電率，以及具有技術(shù)挑戰(zhàn)性的雙向車輛到電網(wǎng)(V2G)，允許電動汽車在放電模式下向電網(wǎng)提供服務。此外，汽車到家庭(V2H)和汽車到建筑(V2B)是一種雙向充電形式，電動汽車在停電期間用作住宅備用電源。

Smart Charging的好處

1、對用戶的好處

（1）充電更快

智能設備將自動使用最大可用能量。

（2）充電更安全

智能設備在開始充電前會自動測試你的車輛和設備之間的連接。所有充電事件都被監(jiān)控，可以遠程控制。

（3）既省錢又保護環(huán)境

有了智能充電，汽車可以一直插電，設備會將充電時間安排在低消耗時間，以節(jié)省我們的花銷，當電網(wǎng)負載過高時，汽車還可以暫時用作電力儲備，當然這個過程不會產(chǎn)生額外的花銷。

2、對電網(wǎng)的好處

可以降低負載，系統(tǒng)協(xié)調(diào)用戶需求和電網(wǎng)負載之間的關系，盡量使得充電行為發(fā)生在低負載的時候。

我們可以預見，Smart Charging會是電動汽車產(chǎn)業(yè)下個階段一項很重要的技術(shù)。

Smart Charging技術(shù)帶來的開發(fā)挑戰(zhàn)

隨著未來Smart Charging應用的日益廣泛，DC充電將會變成更加重要的部分（ISO 15118的要求），AC充電也會被疊加更多智慧功能。對于任何想要進入充電領域的企業(yè)來說，除了傳統(tǒng)的AC充電，將不可避免地需要實現(xiàn)Smart Charging和DC充電技術(shù)。

在基礎建設端，DC充電將要求更多的部件和強大的充電控制器。DC充電技術(shù)要更為復雜，需要處理各種標準，比如ISO 15118、OCPP（Open Charge Point Protocal）、PLC（Power Line Communication）、以太網(wǎng)、CAN和工業(yè)領域總線，并且這些標準還在持續(xù)發(fā)展中。如下的Vector的通用型的充電控制器為例，它可以并行處理2個充電進程，比如1個是CCS充電，另一個是CCS充電或者CHAdeMO、AC或者GB/T充電。

既然Smart Charging會是電動汽車產(chǎn)業(yè)下個階段一項很重要的技術(shù)。在這項技術(shù)發(fā)展的過程中，必定需要很多測試工作?；谶@個需求，Vector公司推出了一款產(chǎn)品——Canoe Option SmartCharging，用于支持電動汽車、充電樁開發(fā)過程中的測試需要，下面我們一起來認識一下它。

CANoe Option SmartCharging簡介

CANoe Option SmartCharging支持模擬電動汽車(EV)或充電樁(EVSE)在充電過程中的通信，支持充電過程的數(shù)據(jù)分析、測試、故障注入，這使得SmartCharging成為電動汽車、充電樁開發(fā)過程中進行功能驗證、測試的理想工具。

得益于CANoe完整的通信測試工具鏈，以及對多種協(xié)議的支持，可以方便的集成交直流電源、負載，結(jié)合CANoe Option SmartCharging可以搭建完整的充放電測試系統(tǒng)，包括集成EV、EVSE充電控制器的網(wǎng)絡測試功能。

支持標準

▲IEC 61851

▲ISO/IEC 15118

▲DIN 70121

▲GB/T 27930

▲CHAdeMO

應用領域

支持符合國際標準IEC 61851, DIN 70121, ISO 15118, GB/T 27930和CHAdeMO的電動汽車與充電樁之間充電過程數(shù)據(jù)分析，仿真、測試。

產(chǎn)品功能

CANoe Option SmartCharging支持在trace窗口中分析充電數(shù)據(jù)、支持充電數(shù)據(jù)記錄文件的離線回放。

在EV、EVSE的仿真測試方面，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仿真節(jié)點，結(jié)合CAPL腳本，實現(xiàn)對EVSE或者EV的功能及協(xié)議一致性測試。部分CAPL API如下圖：

以GBT27930 EV測試為例，需要使用到GBT27930_IL.dll仿真EVSE。GBT27930_IL.dll配置了充電過程狀態(tài)機，可以控制充電狀態(tài)的切換、設置充電參數(shù)、故障注入。EVSE的仿真需要GBT27930_IL.dll和CAPL結(jié)合實現(xiàn)，首先激活GBT27930_IL.dll的使用，仿真步驟如下：

▲在dbc中定義J1939節(jié)點

▲添加節(jié)點屬性，且屬性值為GBT27930_IL.dll

▲定義節(jié)點要發(fā)送的報文

▲定義節(jié)點地址

▲節(jié)點中添加CAPL腳本

▲CAPL腳本中編輯CAPL API控制節(jié)點的功能，GBT27930IL_InitAsCharger、GBT27930IL_StartChargingSimulation、GBT27930IL_SetDelayForStateTransition

▲編輯Panel面板，實現(xiàn)與測試工程師的交互

使用需求

（1）軟件部分

CANoe option SmartCharging用于實現(xiàn)高層通訊，例如應用層。對于較低層通訊(如傳輸層)，針對不同的充電標準，需要結(jié)合不用的CANoe options。

• 對于DIN 70121和ISO 15118標準的聯(lián)合充電系統(tǒng)(CCS)，需要結(jié)合option Ethernet。
• 對于GB/T 27930國標充電，需要結(jié)合option.J1939。
• 對于CHAdeMO日標充電，CANoe option SmartCharging即可滿足。

（2）硬件部分

對于基于電力線通信(PLC)的DIN 70121和ISO 15118聯(lián)合充電系統(tǒng)(CCS)標準，需要使用VT7970 (Qualcomm)或VT7971 (Vertexcom)或VT7870。

GB/T 27930和CHAdeMO標準基于CAN通信。因此，Vector提供了廣泛的接口硬件來匹配CANoe option SmartCharging，如VN1600系列硬件和VT系統(tǒng)的VT6104A模塊。

（3）測試用例

針對充電過程通信的測試，主要有協(xié)議一致性測試、互操作性測試以及OEM規(guī)范自定義的測試。根據(jù)相關協(xié)議一致性、互操作性測試標準，Vector開發(fā)了相應的車輛端、充電樁端測試用例包，可以減少測試工程師的工作量，極大加快項目開發(fā)進程。

充電測試HiL

基于Vector VT系統(tǒng)、以CANoe為上位機的OBC測試系統(tǒng)，由于CANoe豐富的軟硬件接口，方便集成第三方硬件，能夠滿足OBC充電、放電、DCDC測試需求，兼顧信號級測試、功率級測試。vTESTstudio測試用例編輯操作簡單，易上手，可以大大節(jié)省客戶的測試時間，達到事半功倍的效果。高精度的CSM高壓測量模塊，采用微秒級的采樣周期配合vMeasure exp內(nèi)置的eMobility Analyzer函數(shù)運算，讓實時的功率、效率計算變得更簡單。

后記

隨著電力能源的緊缺與電動汽車行業(yè)能耗的增長，智能充電網(wǎng)絡系統(tǒng)必將是未來的發(fā)展趨勢，相信這項技術(shù)的逐漸發(fā)展和完善，可以促進電動汽車行業(yè)的繁榮發(fā)展。當然，這需要所有汽車行業(yè)從業(yè)者們的共同努力。

注：圖中部分圖片來自于vector。