电动汽车供电设备（EVSE）如何工作？

电动汽车充电基础设施涵盖从家用充电桩到重型公共及车队充电站的各类设备。下面我们来了解电动汽车充电基础设施的关键组件及注意事项。

充电方式

目前有两种充电功率类型较为普遍：

• 交流电（AC）：电动汽车充电设备（EVSE）通过连接器提供交流电。该交流电随后在车辆内部转换为直流电，用于为电池充电。
• 直流电（DC）：EVSE直接向电动汽车电池供应直流电，绕过车载充电器。

与此相辅相成的是用于电力传输的导管性质：

• 导电/有线充电：这是 最常见的充电方式，通过充电线缆将电动汽车充电设备（EVSE）与电动汽车（EV）连接。
• 感应/无线充电：无需插入式电缆，而是采用感应或谐振技术，通过电磁方式向电池传输能量。
• 集电弓充电：集电弓将车辆与架空充电线路相连。该技术适用于车队及城市环境中的电动重型车辆，可实现无需人工插拔的快速自动化充电。

充电标准

充电标准是涵盖电动汽车充电设备与电动汽车之间充电多个方面的综合框架。目前尚无单一的全球通用标准，而是存在多种全球性与区域性标准：

• 组合充电系统（CCS）：CCS标准 规定了充电参数协商、身份验证、支付等功能，以及即插即充（PnC）进阶 。CCS接口支持交流和直流充电。CCS 1型接口在北美地区广泛使用，2型接口则在欧洲及其他地区普及。
• 北美充电标准（NACS）：该标准采用单一紧凑型连接器，同时支持交流和直流充电。
• CHArge de MOve（CHAdeMO）： CHAdeMO标准在日本广泛应用，采用交流充电和直流充电两个独立接口。
• 国标（GB/T）：这些 标准在中国广泛采用。此前交流与直流电源采用独立接口，但新版超极版将采用通用接口。
• 兆瓦充电系统（MCS）： 该标准使电动重型车辆（如卡车和公交车）能够通过高功率直流电实现快速充电。

这些标准涵盖以下方面：

• 电气参数，包括充电等级、支持的电压、电流以及不同充电速度下的功率限制
• 连接器，包括物理接口的形状、引脚排列和机械锁定机构
• 通信协议，包括充电桩与电动汽车之间、充电桩与电网之间的控制信号
• 安全机制，例如正确的接地和绝缘

充电等级

充电速度由充电等级决定，具体说明如下。

交流充电

SAE J1772标准规定的交流充电等级已整合至CCS体系：

• 一级充电： 依赖标准120伏（V）交流家用插座，可提供约1-2千瓦（kW）功率，电流为10-16安培（A）。适用于小型电动自行车，不适用于电动汽车。
• 二级充电：大多数家用充电器和公共电动汽车充电解决方案采用二级充电器。其工作电压为208-240伏交流电，功率范围为7-19千瓦，电流范围为32-80安培。

直流充电

CCS规定了以下五类直流电源等级：

• 低功率充电：充电功率始终低于8千瓦。
• 直流充电：这些电动汽车充电设备可提供8千瓦至50千瓦的充电功率。
• 快速充电（FC）：FC EVSE可提供50-100千瓦的功率，持续时间至少30分钟。
• 超快充电（UFC）：可提供100-150千瓦的充电功率，持续时间至少20分钟。
• 高功率充电（HPC）：HPC EVSE充电桩可提供超过150千瓦的功率，持续时间至少10分钟。

这些等级和功率级别也用于双向充电。

兆瓦充电系统（MCS）

兆瓦级充电专为重型电动巴士、半挂卡车、工程机械、航空设备乃至船舶设计，采用1000伏以上的直流电压，电流范围从数百安培至4000安培不等。现有MCS系统可提供0.4至6兆瓦（MW）的充电功率，未来系统正按12至24兆瓦的规格进行设计。

MCS目前规定了五个功率等级：

• MCS一级：一级电动汽车充电设备采用非冷却充电电缆，可在1250伏电压下提供高达350安培的电流。
• MCS 2级：可通过液冷充电电缆提供高达1,500安培、1,250伏的充电功率。
• MCS 3级：3级 电动汽车充电设备采用液冷技术为充电电缆和电动汽车接口供电，可提供高达3,000安培、1,250伏的电流。
• 强化型MCS（R-MCS）：强化型MCS可提供高达6兆瓦的功率，在1500伏电压下电流可达4000安培。该设备专为采矿、航空和海事等恶劣环境设计。
• X-MCS：这项即将推出的标准将增强R-MCS系统，使其能够提供12-24兆瓦的功率。

充电桩与电动汽车之间的通信

电动汽车充电设备（EVSE）与电动汽车（EV）通过国际标准化组织（ISO）15118等协议进行通信，该协议规定了以下内容：

• 协商收费标准
• 控制涉及握手和认证的充电序列
• 促进智能充电（充电时间和费率基于实时电网负荷、能源价格和可再生能源可用性）
• 实现支持自动认证和计费的PnC功能
• 通过电量状态报告和错误处理确保安全
• 安全通信

安全机制

充电标准规定了安全机制，例如：

• 接地和绝缘以防止触电
• 确保仅在建立安全连接时才传输数据
• 检测过电流、过电压、短路、接地故障和异常温度的机制，并能安全地切断电源
• 温度监测，特别是针对大功率直流充电的情况

电网并网

电动汽车充电桩正日益融入智能电网，以实现：

• V2G（车网互动）实现双向能量流动
• 负载均衡
• 需求响应
• 基于电网负荷和可再生能源可用性的智能充电

某些电动汽车充电桩可由太阳能及其他分布式能源供电。

为确保电动汽车充电的安全可靠，全面的充电设备测试 基础。充电设备测试必须涵盖以下方面：

• 互操作性：电动汽车充电设备必须能够成功为任何制造商或型号的电动汽车充电，以维持消费者对电动出行的信心。
• 协议兼容性：许多互操作性问题源于通信错误。面对众多充电桩标准和进阶 全面的协议兼容性测试对于确保互操作性至关重要。
• 安全：EVSE测试验证关键安全事件，例如紧急停机和内部高压源的放电。绝缘电阻测试也是重要的安全检查环节。
• 性能：EVSE测试必须验证设备在故障状态、极端温度及动态电网事件下的性能表现。
• 仿真：通过对不同电动汽车、电池、理想场景及故障状况的逼真仿真，可在早期阶段以低成本将系统性能推向极限，同时避免对充电设备或电动汽车造成风险。
• 自动化：测试自动化通过数百项测试实现可重复评估，持续验证互操作性和符合性。
• 电磁兼容性（EMC）：电动汽车充电设备（EVSE）的电磁辐射可能干扰其他电子设备及无线通信。EMC测试确保EVSE始终在其预期电磁环境中稳定运行。
• 协议安全性：通过测试传输层安全性、用于PnC的公钥基础设施以及用于应用层完整性和不可否认性的XML安全性，来验证安全认证和数据交换。
• 调试：为实现 调试与根本原因分析，协议追踪查看器和中间人分析器能够对电动汽车与充电桩之间的通信信号及电源信号进行观察、捕获和解码。

互操作性测试采用专用测试系统和方法，确保不同电网、电动汽车充电设备（EVSE）与电动汽车（EV）之间实现无缝通信与电力传输。下面让我们具体了解这些技术。

• 符合性测试：通过采用各类充电标准的官方测试用例规范进行严格的协议符合性验证，确保严格遵守充电协商规则。测试协商与回退行为可确保兼容新型及传统电动汽车型号。电动汽车充电设备（EVSE）可设计为支持不断演进的标准。
• EVSE仿真： 测试系统可模拟可配置的交流或直流EVSE，用于测试任何电动汽车。
• 电动汽车仿真： 测试系统 作为通用可配置的电动汽车，可实现电动汽车充电设备的性能、安全及功能测试。该系统通过电子负载与再生电源模拟电动汽车行为。
• 电池仿真： 测试系统 可模拟任何电动汽车电池的容量、技术、充电状态或内阻。
• 中间人测试：在真实电动汽车与真实充电桩之间部署测试系统，被动监测、捕获并解码通信与电力信号。这使得在实际充电过程中能够实时分析故障及其成因。
• 自动化测试：基于行业规范构建的自动化测试用例库可系统化运行，持续验证行为表现，注入修改参数，并设定通过/失败条件。
• 组件级测试：通过通信接口测试仪分别对车辆中的电动汽车通信控制器（EVCC）和充电器中的供电设备通信控制器（SECC）进行测试，该测试仪模拟对应控制器并执行预编程的测试用例。 

EVSE符合性测试与功能测试有何区别？

EVSE符合性测试严格检验设备是否遵循官方充电标准和通信协议，包括其在正常、极端及故障条件下的运行行为。这是获得型号批准和认证的必要前提。

功能测试超越了符合性测试，旨在验证电动汽车充电设备（EVSE）的行为和性能是否符合用户预期。