电动客车顶部接触式充电系统控制导引电路与控制原理接近识别和无线通讯协议充电弓及充电弓对接端接口.docx

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电动客车顶部接触式充电系统控制导引电路与控制原理接近识别和无线通讯协议充电弓及充电弓对接端接口

附录A

（规范性附录）

控制导引电路与控制原理

A.1充电系统原理框图

如图A.1所示，电动客车顶部接触式充电系统采用DC+、DC-、PE、CP四极连接。

充电系统和电动客车之间的数字通信采用WIFI方式，物理层和数据链路层符合IEEE802.11n。

图A.1顶部接触式充电系统连接框图

注1：

充电系统的预充电可以采用防逆流二极管的方式实现，也可以采用预充电阻（Rpre和C7）的方式实现，或采用其他等效电路替代。

注2：

自动耦合器应有连接可靠性检测措施，如压力检测。

符号

定义

备注

充电系统

C1,C2

充电系统DC输出正负极的接触器

_

C7

预充接触器

可选

Rpre

预充电阻,配合着C7可以实现预充电

可选

Vdc1

C1,C2前端电压

_

Vdc2

C1,C2后端电压

_

Cy1

充电系统的DC+,DC-对PE的Y电容

<0.5uF

θ

充电系统应在DC+、DC-电极上配置温度传感器。

F1

DC母线上的保险丝，也可采用其他等效电路

充电系统

电动客车

PPD

充电系统可配置RFID读写器，能够识别进入充电区域的电动客车。

电动客车可配置无源电子标签。

CP

控制导引信号。

充电系统和电动客车通过CP电压信号，可以传递请求或停止充电信号。

WIFI

充电系统经WIFI链接到电动客车

电动客车

C5，C6

电动客车DC输入正负极接触器

Cy2

电动客车的DC+,DC-对车身的Y电容

<1uF

表A.1顶部接触式充电系统符号

A.2控制导引电路的参数

图A.2控制导引原理图

注1：

S0可选。

不选时，此处应短接。

注2：

S3和R4可选，R4阻值可自定义。

该部分电路可实现待机状态时充电系统的PE连续性检测。

不选时，此处是断开状态。

对象

参数

符号

单位

最大值

标称值

最小值

充电系统

电源电压

U1

V

12.6

12

11.4

R1等效电阻

R1

Ω

1030

1000

970

R1’等效电阻

R2

kΩ

10.3

10

9.7

电动客车

R2等效电阻

R2

Ω

1339

1300

1261

R3等效电阻

R3

Ω

2822

2740

2658

等效二极管压降

D1

V

0.8

0.7

0.5

表A.2控制导引电路参数

A.3充电控制过程

A.3.1C1和C2的粘连检测

电动客车停靠在充电区域内，建立无线通讯链接后，在自动耦合器连接之前，充电系统应完成C1和C2的粘连检测。

A.3.2连接/断开过程：

使车辆处于不可行驶状态

电动客车停靠在充电区域内，建立无线通讯链接后，确认电动客车处于不可行驶状态，充电自动连接装置的执行机构才能进行连接;充电结束，执行机构完成复位后，电动客车才允许驶离。

A.3.3连接确认

自动耦合器连接后，充电系统和电动客车电路通过检测Ucp的电压来判断是否已完全连接。

A.3.4C5和C6的粘连检测

充电系统通过Ucp电压确认连接状态，检测C1,C2外侧电压，当电压值超过10V，认为C5与C6粘连。

充电流程不可启动。

A.3.5短路检测和线缆的绝缘检测

在完成C5,C6的粘连检测后，闭合C1,C2，绝缘检测电压为通信握手报文内的最高允许充电总电压和供电设备额定电压中的较小值。

如果C1,C2外侧的DC正负间发生短路，则停止输出，报短路故障；如果没有短路，则进行绝缘检测，完成后，将IMD以物理的方式将其从DC母线上分离，并投入泄放回路将电压泄放至60V以下后，断开C1,C2。

A.3.6预充电

在闭合C1，C2前，充电系统应有预充电，可以采用防逆流二极管方式，或预充电阻的方式，或其他等效方式，避免C1,C2闭合瞬间产生冲击电流。

A.3.7充电过程中的绝缘检测

在通讯的配置阶段，电动汽车将C5,C6闭合，同时将IMD以物理的方式从DC母线上分离。

当C1和C2闭合进入充电过程中后，充电系统对充电过程中的绝缘做实时监测，直到充电结束C1,C2断开。

A.3.8正常条件下的充电结束

A.3.8.1当车辆电池达到满充状态，向充电系统发送相应的报文，请求停止充电，同时断开S2开关。

在确认充电电流<5A后断开C5和C6。

A.3.8.2充电系统在检测到Ucp电压由6V变为9V或收到相应的停止充电报文，断开S1开关，并确定电流在5A以下，然后再断开C1和C2。

A.3.8.3C1和C2断开后，自动耦合器开始分离断开，在充电自动连接装置没有完全复位前，车辆不允许驶离。

A.3.8.4充电自动连接装置复位后，车辆可以驶离，接近识别会失效，然后无线通讯断开。

A.3.9非正常条件下的充电结束

A.3.9.1CP电压异常

充电过程中，如果Ucp电压不在6V状态，充电系统和车辆会在100ms内断开各自的S1和S2，充电电流应在100ms内降低到5A以下，在之后的1s内断开电气连接，自动耦合器在之后的5S内断开机械连接。

A.3.9.2充电中绝缘检测异常

充电过程中，充电系统检测到绝缘故障，S1开关应在100ms内断开，充电电流应在S1开关断开后100ms内降低到5A以下，在之后的1s内断开电气连接，自动耦合器在之后的5S内断开机械连接。

A.3.9.3充电过程中自动耦合器接触异常

充电过程中，自动耦合器接触的可靠性应实时监测，接触可靠性指标超限，S1或S2开关应在1s内断开，充电电流要在之后的100ms内降至5A以下，在之后的1s内断开电气连接，自动耦合器在之后的5S内断开机械连接。

A.3.9.4充电过程中温度超限

充电过程中，充电系统应检测DC+和DC-的温度。

如果出现温度指标超限，采取降功率或在5s内断开S1，充电电流应在S1开关断开后100ms内降低到5A以下，在之后的1s内断开电气连接，自动耦合器在之后的5S内断开机械连接。

A.4控制导引电路状态图及时序图

A.4.1控制导引电路状态

Ucp

状态

Ucp

（V）

Ucp’（V）

连接状态

S1

S2

说明

A

12

0

断开

闭合

无关

充电准备就绪

断开

无关

充电结束，ACD复位

B

9

Ucp’=Ucp

连接

闭合

断开

自动耦合器连接成功

充电中，电动客车请求停止充电，S2断开。

C

6

闭合

闭合

充电中

D1

3

断开

断开

电动客车和充电系统双方确认停止充电

D2

1.5

断开

闭合

充电中，充电系统请求停止充电，S1断开。

表A.3Ucp电压状态

A.4.2控制导引电路状态转换图

图A.3控制导引电路状态转换图

时序

条件

备注

1.1

A→B

1）A状态，充电系统就绪。

准备响应充电连接命令。

2）充电连接后，Ucp电压由12V转为9V状态由A转为B。

传导充电开始连接

1.2

B→C

1）B状态，充电连接成功。

等待电动客车充电允许。

2）电动客车检测到Ucp=9V后，闭合S2开关，传递允许充电命令，Ucp=6V，状态由B转为C。

开始充电

2.1

B←C

1）C状态，充电中。

2）电动客车断开S2开关，传递停止充电信号，Ucp电压由6V变为9V，状态由C转为B。

电动客车停止充电。

2.2

D1←B

充电系统检测到Ucp电压6V到跳变到9V。

充电系统断开S1开关，对停止充电予以响应。

Ucp电压由9V变为3V，状态由B转为D1。

停止充电确认

3.1

D2←C

C状态为充电中。

2）充电系统断开S1开关，传递急停信号，Ucp电压由6V转为1.5V，状态由C转为D2

充电系统停止充电

3.2

D1←D2

1）电动客车检测到Ucp电压6V跳变到1.5V。

2）电动客车断开S2开关，对停止充电予以响应。

Ucp电压由1.5V变为3V，状态由D2转为D1

停止充电确认

4.1

A←D1

1）充电系统、电动客车均确认停止充电。

2）执行机构断开充电连接，Ucp=12V；Ucp’=0V

状态由D1转为A。

断开充电连接

表A.4控制时序转换表

A.5充电时序

A.5.1充电状态

表A.5定义了充电系统的充电状态。

表A.5充电状态表

A.5.2充电时序图

图A.4充电时序图（充电系统停止）

图A.5充电时序图（电动客车停止）

T0

待机（空闲）状态，接近识别无效，无线通讯未链接，自动耦合器未连接

T1

已识别到对方

T2

无线通讯建立

T3

在此时刻之前，充电系统已完成C1,C2的粘连检测，充电准备就绪，闭合S1，准备传导充电连接

T3->T3’

自动耦合器连接过程

T3’->T4

检测车辆C5,C6是否粘连

T5

触发启动充电

T6-T6’

绝缘检测（C5，C6断开）

T7

C5,C6闭合，车辆IMD检测停止

T8-T8’-T8”

预充电

T8”-T9

充电中

T9

S2断开，电动客车请求停止充电

T10

电流降至5A以下，断开C5,C6

T11

响应电动客车停止充电请求，充电系统S1断开

T12

电流降至5A以下，断开C1,C2

T13

自动耦合器开始断开

T13-T14

自动耦合器断开（复位）的过程

T15

接近识别失效

T16

无线通讯断开链接

T8”-T9*

充电中

T9*

S1断开，充电系统请求停止充电

T10*

电流降至5A以下，断开C1,C2

T11*

响应充电系统停止充电请求，电动客车S2断开

T12*

电流降至5A以下，断开C5,C6

T13*

自动耦合器开始断开

T13*-T14*

自动耦合器断开（复位）的过程

T15*

接近识别失效

T16*

无线通讯断开链接

表A.6充电控制时序表

注1：

T10,T11,T12三个时刻点有可能是同时，T11和T12的时刻也可能超前于T10。

注2：

C1，C2的粘连检测开始时刻不做要求，完成时刻是在自动耦合器连接前，即自动耦合器连接后不应有>10V的电压。

附录B

（资料性附录）

接近识别和无线通讯协议

本部分仅适用于采用了充电弓及其对接端；接近识别采用了充电弓侧RFID读写器、对接端侧电子标签的充电系统。

0、引用规范性文件

IEEE802.2（IEEE802part2）LogicalLinkControl

IEEE802.11（IEEE802part11）WirelessLANMediumAccessControl（MAC）andPhysicalLayer（PHY）Specifications

EPC™Radio-FrequencyIdentityProtocolsGeneration-2UHFRFIDStandard

SpecificationforRFIDAirInterfaceProtocolforCommunicationsat860MHz–960MHz

B.1接近识别

B.1.1接近识别原理

如图B1所示，RFID识别装置由读写器和标签两部分组成。

RFID读写器安装在充电弓端，RFID标签贴装在电动客车车顶上。

RFID读写器向下定向发送超高频电磁波915MHz（860-960MHz），电动客车停靠在充电弓下面指定充电区域内时，读写器可以读到车顶的RFID标签，并将识别到测车辆信息传递至充电弓控制器。

图B.1RFID接近识别原理框图

B.1.2RFID读写器及标签遵从的协议

RFID读写器及标签适用于超高频频段，860MHz-960MHz。

应符合EPCCLASS1Gen2标准或ISO18000-6C协议。

B.1.3RFID读写器读标签的最大有效距离应不小于2m。

B.2无线通讯参数设置

B.2.1电动客车端无线设置

B.2.1.1电动客车端无线模式为STA。

IP地址固定为172.0.0.10，端口号固定为：

30002

B.2.1.2电动客车端STA的目标SSID及密码，是根据绑定在本车上的充电电子标签EPC区中的内容来确定的。

对应规则符合B.2.2.4。

B.2.2充电弓端的无线设置

B.2.2.1充电弓端无线模式为AP,仅允许一个STA连接。

IP地址固定为172.0.0.11，端口号固定为：

30001。

B.2.2.2充电弓端RFID搜索到车端电子标签后根据B2.2.4规则调整为对应的SSID及密码。

和对应车辆上STA绑定的SSID及密码一致。

B.2.2.3无线通讯的安全机制是WPA2，加密类型为AES。

B.2.2.4电动客车端的RFID标签应符合EPCCLASS1Gen2标准，SSID及密码生成规则，应符合如下要求：

字节

长度

内容

说明

0-1

2字节

0xAA

这两个字节为标签类型区别码，表示为充电专用电子标签

0xBB

2-3

2字节

保留

用于扩展信息

4-11

8字节

有效数据区

可采用8个大小写字母或数字的ASCII码。

-RFID标签的位数不应少于96bit，按上表规则进行写入。

其中低64bit转化为8个Byte，每个Byte按照ASCII码规则对应为英文字母大小写及数字。

-EPC区的所表征的信息应具有唯一性，宜对应车牌或车载控制器序列号。

B.2.3无线传输协议及帧格式

B.2.3.1无线传输协议采用UDP（UserDatagramProtocol）

B.2.3.2帧格式

一个UDP帧包含一个CAN帧，一个CAN帧包含20个字节。

帧头

发送模式

帧信息

帧ID

数据

时间戳

（ms）

校验

0XFE

0XFD

0X00

帧头：

长度2个字节，标识一个帧的开始，固定为0xFE,0xFD。

发送模式：

默认为0x00。

帧信息：

长度1个字节，用于标识该CAN帧的一些信息，如类型、长度等。

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

标识

RTR

保留

保留

D3

D2

D1

D0

1

0

0

0

Bit3-0:

标识该CAN帧的数据长度，如二进制0100，标识本CAN帧尾4字节数据段

帧ID:

长度4个字节，扩展帧有效位是29位。

（如扩展帧ID号为0x12345678）

帧ID

高字节

……

低字节

0x12

0x34

0x56

0x78

数据帧：

长度8个字节。

有效长度由帧信息的D3~D0的值决定，无效的字节补OxOO。

数据传输采用低字节先传送的格式。

8个字节有效数据的表示方式，如

DATA1

……

DATA8

0x11

0x22

0x33

0x44

0x55

0x66

0x77

0x88

6个字节有效长度的表示方式，如

DATA1

……

DATA8

0x11

0x22

0x33

0x44

0x55

0x66

0x00

0x00

帧接收时间戳：

单位（ms），含3个字节，上电开始计时，溢出后归0，继续计时。

校验字节：

1个字节，为从帧头到接收时间戳的所有字节的异或值，byte0^byte1^……^byte18。

B.3充电状态流程

B.3.1充电状态流程基于GB/T18487.1-2015附录B图B.3做扩展更改。

在握手阶段之前，增加WIFI连接流程，控制充电弓下降操作；在结束阶段之后，增加控制充电弓上升操作，并最终断开WIFI链接。

B.3.2充电状态流程图

图B.2充电弓充电状态流程图

B.3.2.1无线通讯链接成功后，充电弓系统和电动客车周期性互发彼此状态，5s内收不到对方状态信息，则报超时中止。

B.3.2.2车辆请求降弓后，车辆内部应有数字锁定措施保障车辆处于不可移动状态。

直到充电完毕，充电弓复位后，车辆的数字锁才能解锁。

B.3.2.3车辆驶离充电车位后，无线链接断开。

B.4通讯协议

B.4.1通讯协议基于GB/T27930-2015进行扩展，所有沿用GB/T18487.1-2015的充电流程环节的交互，全部延用GB/T27930-2015的通讯协议。

B.4.2扩展的协议指令如下表

报文代号

报文描述

PGN

（Dec）

PGN

（Hex）

优先权

数据长度

Byte

报文周期

ms

源地址-

目的地址

ACS

充电弓系统状态

32768

008000H

6

3

250

弓端控制器

-车端控制器

VCS

电动客车状态

33024

008100H

6

1

250

车端控制器

-弓端控制器

AVIN

充电弓申请VIN码

33280

008200H

6

1

250

充电机-BMS

VVIN

BMS回复VIN码

33536

008300H

6

17

250

BMS-充电机

VRP

充电请求

33792

008400H

6

8

500

车端控制器

-弓端控制器

ARR

充电请求应答

34048

008500H

6

8

500

弓端控制器

-车端控制器

弓端控制器固定地址：

0x6B；车端控制器固定地址：

0x6C

B.4.2.1PGN32768（008000H）ACS充电弓系统状态

报文功能：

无线通讯建立链接后，充电弓以250ms周期向电动客车发送状态。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

1字节

3524

充电系统状态

必须项

2

1字节

3525

充电系统故障原因

可选项

3

2字节

3526

实时充电电量

必须项

SPN3524充电系统状态

第1-2位：

充电系统状态

<00>：

=正常；<01>：

=故障；<10>：

=不可信状态；

第3-5位：

充电弓状态

<000>：

=充电弓复位完成；<001>：

=充电弓下压中；<010>：

=充电弓下压完成；

<011>：

=充电弓上升中；<100>：

=充电弓状态未知

第6-8位：

充电机状态

<000>：

=待机;<001>：

=启动中;<010>：

=充电中；<011>：

=故障；<100>：

=不可信。

SPN3525充电系统故障原因

第1位：

电极温度

<0>：

=正常；<1>：

=温度异常

第2位：

电极压力

<0>：

=正常；<1>：

=电极压力异常

第3位：

位置状态

<0>：

=正常；<1>：

=位置异常

第4位：

运动机构

<0>：

=正常；<1>：

=运动机构异常

第5位：

充电系统内部通讯

<0>：

=充电系统内部通讯正常；<1>：

充电系统内部通讯故障

第6位：

C1,C2粘连

<0>：

=正常；<1>：

=粘连

第7位：

C5,C6粘连

<0>：

=正常；<1>：

=粘连

第8位：

C1,C2外侧短路

<0>：

=正常；<1>：

=粘连

SPN3526

数据分辨率：

0.1kWh/位，0kWh偏移量。

B.4.2.2PGN33024（008100H）VCS电动客车状态

报文功能：

无线通讯建立链接后，电动客车以250ms周期向充电设备发送状态。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

1字节

3514

电动客车状态：

必须项

2

1字节

3515

电动客车故障原因

可选项

SPN3514电动客车状态

第1-2位：

电动客车状态

<00>：

=正常；<01>：

=故障；<10>：

=不可信状态；

第3-4位：

电动客车驻车状态

<00>：

=非驻车；<01>：

=已驻车

第5位：

不可移动状态

<0>：

=已打开；<1>已锁定

SPN3515电动客车故障原因

第1位：

电极温度

<0>：

=正常；<1>：

=温度异常；

第2位：

电动客车内部通讯

<0>：

=电动客车内部通讯正常；<1>：

电动客车内部通讯故障

B.4.2.3PGN33280（008200H）AVIN充电弓申请电动客车VIN码

报文功能：

无线通讯建立链接后，充电弓会向电动客车请求VIN码。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

1字节

3516

获取VIN请求：

<0x00>不请求；

<0x01>请求获取VIN码；

<0x02>获取VIN成功；

必须项

注：

预留位用1填充

B.4.2.4PGN33536（008300H）VVIN电动客车回复VIN码

报文功能：

获取车辆VIN码，由BMS发送。

当BMS收到PGN33280请求VIN标志为0时不发送，请求VIN标志为1时，BMS需要周期发送PGN33536，将车的VIN发给充电弓，当VIN标志为2时，说明VIN已成功获取，停止发送PGN33536。

注：

此多帧参考国标的多帧发送机制进行发送。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

17

3517

车辆识别码（VIN）

必须项

B.4.2.5PGN33792（008400H）VRP充电连接请求

报文功能：

无线通讯建立条件下，人工触发连接充电/断开充电或按自动规则触发连接充电/断开充电，电动客车向充电系统发送连接请求。

5s内请求没有得到应答，则按超时处理;当收到PGN34048充电连接完成或充电断开完成时，停止发送PGN33792。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

1字节

3518

充电连接请求

<0x01>充电连接请求；

<0x02>充电断开请求；

必选项

B.4.2.6PGN34048（008500H）ARR充电连接请求应答

报文功能：

无线通讯建立条件下，应答充电连接请求。

起始字节或位

长度

SPN

SPN定义

发送选项

1

1字节

3519

充电请求应答

<0xA1>充电连接应答；

<0xF1>充电连接完成；

<0xA2>充电断开应答；

<0xF2>充电断开完成

必须项

附录C

（资料性附录）

充电弓及充电弓对接端接口

本部分仅适用于采用了充电弓及其对接端的充电系统。

C.1充电弓及充电弓对接端接口

图C.1充电弓俯视图

注（电极宽度宜相同且W≤60mm，电极长度尺寸公差±2mm，安装尺寸公差±2mm）

图C.2充电弓对接端俯视图

注:

（电极宽度宜相同且W≤60mm，电极长度尺寸公差±2mm，安装尺寸公差±2mm）

电极编号/标志

额定电压和电流

功能定义

1——（DC+）

750V/950V/1500V

500A/800A/1000A/1500A

直流电