複合性充電系統充電控制用數位通訊一致性測試簡介

摘要：電動汽車的普及率很大程度依賴於相應的電動汽車供電設備的設置數目和充電速率，直流供電設備可以提供電動汽車進行快速充電，大幅縮短充電時間。以直流模式充電時，電動汽車和直流供電設備於充電期間透過數位通信方式進行不間斷的訊息交換以確保充電的安全。由於市場上存在由不同製造商所提供的電動汽車和直流供電設備，為確保電動汽車和直流供電設備之間的互操作性，意謂充電系統必須進行廣泛的測試。本文介紹基於DIN SPEC 70121和ISO 15118規範下，針對複合性充電系統的數位通訊一致性測試。
Abstract：The penetration of electric vehicles (EV) is largely dependent on the number of settings and the charging rate of the corresponding electric vehicle supply equipment (EVSE). DC EVSE can transmit power to EV with high output power, that is called fast charging, which can greatly reduce charging time. EV and DC EVSE exchange information continuously through digital communication during charging to ensure the safety of charging in DC charging mode. Since manufacturers supplies variety of EVs and DC EVSEs in the market, implies that the components of the charging systems should extensively be tested to ensure interoperability between EVs and DC EVSE. This article introduces the digital communication conformance test for combined charging systems (CCS) based on DIN SPEC 70121 and ISO 15118 specifications.

關鍵詞：複合性充電系統、互操作性、一致性測試
Keywords：Combined charging system, Interoperability, Conformance test

前言
近幾年來，電動車在全球的推廣使用有很大突破，這主要取決於高容量電池的使用和充電基礎設施的廣泛設置。然而，車主仍有里程焦慮，主要原因有二：(1)未構成完善的充電網路；(2)充電時間長；因此，為解決車主的里程焦慮，需要建構一個標準化的快速充電網路，允許電動車車主透過沿途充電在可接受的時間內扺達目的地。
目前，中華民國國家標準(CNS)[1-2]規範了四種作為電動車快速充電的直流充電系統；分別是(1)直流充電系統A (CHAdeMO)；(3)直流充電系統B (GB/T)；(3)直流充電系統C (複合性系統，CCS)和(4)Tesla TPC；各直流充電系統除充電規格和所匹配的充電連接器不同外如圖1，並有不同的通信格式和協議。

與交流模式充電時，所使用基於脈衝寬度調變 (Pulse-Width Modulation, PWM) 的通信不同，電動車輛使用直流充電模式時，電動車輛直流充電站與電動車輛之間是透過高階數位通訊於充電期間來達成信息的交換，並各自依所發送/接收的信息來執行相關控制，目前國際間常見使用於電動車直流充電的兩種通信技術為：(1)基於控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)通信；(2)基於電力線通信 (Power-Line Communication, PLC)；使用前者的通信技術包括直流充電系統A (CHAdeMO)、直流充電系統B (GB/T)和Tesla TPC；而直流充電系統C (CCS)則使用後者。
近年來，政府對於電動車的推動使用不遺餘力，電動車的銷售量逐年提高，但仍有多項問題待解決，其中一項問題是電動車直流充電規格未統一，造成充電基礎設施布建資源分散，不易快速顯現成效；另一項問題是，即使直流充電規格統一，但市場內存在來自眾多廠商所生產的電動車和直流供電設備，如何確保不同廠牌的電動車和供電設備可以相互匹配充電，即達成互操作性功能，也是必需克服的難題。對於直流充電規格統一議題，由工研院機械所發起成立的「台灣電動車輛電能補充產業技術推動聯盟」，經由內部會員的廣泛討論後，建議以CCS為台灣優先使用的直流充電系統，而政府在參考來自業者的意見後，也開始逐步推動以CCS為主的公共充電基礎設施的建置。
對於直流充電系統內的互操作性問題，在國內政府部門針對直流供電設備公告的產品驗證要求，透過通信一致性測試來檢測充電通信協議，本文主要介紹基於DIN 70121和ISO 15118規範下的CCS通信協議要求，測試系統架構和一致性測試用例。
複合性充電系統 (Combined Charging System, CCS)
複合性充電系統(CCS)為國際主要的電動車充電系統之一，除歐洲和北美使用外，全球多個國家也普遍採用，目前國內政策亦選定作為電動車主要的充電規格；在CCS中，車輛可透過安裝於車上的單一複合性充電插座 (美規：CCS Combo 1；歐規：CCS Combo 2)搭配設於充電站上的交流連接器或直流連接器來達成交流(AC)或直流(DC)充電。
CCS除了使用的充電介面與另外其他兩種被認可的直流充電系統 (CHAdeMO, GB/T)不同外，電動車輛與直流充電站之間所使用的數位通訊架構也不同，在CCS中，是使用PLC技術進行數位通訊，以家用電力線網路聯盟（HomePlug Powerline Alliance, HPA）所發展的HomePlug Green PHY標準為基礎發展通訊協定，圖2說明CCS於交流或直流充電的架構，其中，CP (Control Pilot)和PP (Proximity Pilot)兩個接點是主要通訊路徑；進行交流充電時，CP和PP傳輸PWM訊號；進行直流充電時，CP和PP除傳輸PWM訊號，還會傳輸數位通訊信息。