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| 标准编号 | GB/T 38775.2-2020 (GB/T38775.2-2020) | | 中文名称 | 电动汽车无线充电系统 第2部分：车载充电机和无线充电设备之间的通信协议 | | 英文名称 | Electric vehicle wireless power transfer -- Part 2: Communication protocols between on-board charger and wireless power transfer device | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K81 | | 国际标准分类 | 43.040.99 | | 字数估计 | 58,537 | | 发布日期 | 2020-04-28 | | 实施日期 | 2020-11-01 | | 起草单位 | 中国电力科学研究院有限公司、中国电力企业联合会、中兴新能源汽车有限责任公司、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、中国汽车技术研究中心、浙江万安科技股份有限公司、中惠创智无线供电技术有限公司、许继电源有限公司、国网冀北电力公司电力科学研究院、国网上海市电力公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司、上海汽车集团股份有限公司、浙江吉利汽车研究院有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、清华大学、天津工业大学、东南大学、上海电器科学研究所(集团)有限公司 | | 归口单位 | 中国电力企业联合会 | | 提出机构 | 中国电力企业联合会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 38775.2-2020
Electric vehicle wireless power transfer--Part 2: Communication protocols between on-board charger and wireless power transfer device
ICS 43.040.99
K81
中华人民共和国国家标准
电动汽车无线充电系统
第2部分:车载充电机和无线
充电设备之间的通信协议
2020-04-28发布
2020-11-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅰ
引言 Ⅱ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 缩略语 2
5 无线充电系统 3
6 无线充电管理通信流程 6
7 接口消息定义 26
8 参数定义 38
参考文献 55
前言
GB/T 38775《电动汽车无线充电系统》分为以下部分:
---第1部分:通用要求;
---第2部分:车载充电机和无线充电设备之间的通信协议;
---第3部分:特殊要求;
---第4部分:电磁环境限值与测试方法。
本部分为GB/T 38775的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分由中国电力企业联合会提出并归口。
本部分起草单位:中国电力科学研究院有限公司、中国电力企业联合会、中兴新能源汽车有限责任
公司、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、中国汽车技术研究中心、浙江万安科技股份有限公司、
中惠创智无线供电技术有限公司、许继电源有限公司、国网冀北电力公司电力科学研究院、国网上海市
电力公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司、上海汽车集团股份有限公司、浙江吉利汽车研究
院有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、清华大学、天津工业大学、东南大学、上海电器科学研究所
(集团)有限公司。
本部分主要起草人:王松岑、刘永东、葛得辉、黄晓华、胡超、马建伟、王阳、张晓丽、黄炘、王成亮、
范瑞祥、袁瑞銘、魏斌、李妮、陈锋、焦来磊、徐翀。
引 言
本文件的发布机构提请注意,声明符合本文件时,可能涉及5.1、5.2、5.4、6、7.5.8与其对应内容相关
的专利的使用。
本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。
该专利持有人已向本文件的发布机构保证,他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下,
就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。
第2部分:车载充电机和无线
充电设备之间的通信协议
1 范围
GB/T 38775的本部分规定了电动汽车静态无线充电系统地面通信控制单元(CSU)与车载通信控
制单元(IVU)之间实现无线充电控制的通信协议;亦规定了无线充电控制管理系统(WCCMS)参与无
线充电控制的通信协议。
本部分适用于地面通信控制单元(CSU)与控制管理系统(WCCMS)之间,以及车载通信控制单元
(IVU)与地面通信控制单元(CSU)之间的管理和控制。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 38775.1-2020 电动汽车无线充电系统 第1部分:通用要求
GB/T 38775.3-2020 电动汽车无线充电系统 第3部分:特殊要求
中华人民共和国无线电频率划分规定(中华人民共和国工业和信息化部令第46号)
IEEEStd802.11TM IEEE信息技术标注 系统间的通信及信息交互 局域网 特殊要求:第11
部分:无线局域网媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范
3 术语和定义
GB/T 38775.1-2020和GB/T 38775.3-2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
用于识别车位的唯一信息。
3.2
地面系统中充电车位的车位标识以及线圈信息。
3.3
线圈信息 coilinformation
由线圈角色、标识、类型、功率、频率信息组成的表示线圈身份及参数的信息。
3.4
由车位信息、地面通信控制单元(CSU)、功率发送控制器(PTC)、功率因数校正(PFC)的软硬件版
本信息、地面通信控制单元(CSU)和功率发送控制器(PTC)的绑定关系、功率发送控制器(PTC)和充电
位的绑定关系组成的表示地面系统身份及功能的信息。
3.5
充电状态 chargingstate
电动汽车连接充电系统后的状态,包括充电和未充电两种状态。
3.6
由车辆系统中车载通信控制单元(IVU)、功率接收控制器(PPC)的软硬件版本信息组成的表示车
辆系统身份及功能的信息。
3.7
车辆状态 vehiclestate
用于表示车辆无线充电过程中车载设备以及车辆行驶的状态,主要包括车载通信控制单元(IVU)
状态、车辆行驶模式等信息,当出现故障的时候还包括对应的故障值,以及功率接收控制器(PPC)充电
电量等信息。
3.8
保活 keepalive
确认两个通信节点之间是否处于连接状态的机制。在通信协议中,允许有通信连接的设备定期向
该连接的对等方发送不含数据的空段。如果连接仍然有效,对方设备会响应一个包含确认的段。如果
无效,对方设备将回应一个连接复位段。
3.9
通信模式A caseAcommunication
地面通信控制单元(CSU)与车载通信控制单元(IVU)之间进行通信并进行数据交换的模式。
3.10
通信模式B caseBcommunication
地面通信控制单元(CSU)、车载通信控制单元(IVU)及无线充电控制管理系统(WCCMS)之间进
行通信并进行数据交换的模式。
3.11
中点电压 midpointvoltage
副边设备输出的电压值。
3.12
缓启动状态 slowstartcondition
电压或电流以一定的斜率逐渐上升的状态。
3.13
PFC更新状态 updatestateofPFC
PFC软件处于更新时的状态。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
IVU:车载通信控制单元(In-VehicleUnit)
PrC:原边线圈(PrimaryCoil)
PuC:副边线圈(PickUpCoil)
5 无线充电系统
5.1 概述
无线充电系统在结构上分为地面设备和车载设备,二者之间无直接物理连接。在无线充电过程中,
地面设备和车载设备之间应通过无线通信来交互信息,以实现充电过程的控制与管理。
无线充电系统运行过程中,CSU应通过IVU与电动汽车车辆控制系统进行有效通信,以实现对电
池充电过程的安全监控。
通信模式B时,无线充电系统应具有网络端远程综合管理能力,CSU应具备与 WCCMS进行数据
通信的接口。
无线充电系统包括地面系统和车辆系统两部分:
a) 地面系统:包括 WCCMS、CSU、PTC、PFC和PrC等设备;
b) 车辆系统:包括车辆控制系统、IVU、PPC以及PuC等设备。
管理和通信系统包括 WCCMS、CSU和IVU等通信单元。PTC、PrC、PPC和PuC组成无线能量
传输系统,实现电能从地面系统通过无线接口传输到车辆系统。地面系统的PTC和车辆系统的PPC
通过管理和通信系统进行互通和通信。图1是无线充电系统的架构图。
PPC和车辆控制系统之间可有通信接口。
注:本标准暂不支持管理和通信系统跨多个运营商的场景。
图1 无线充电功能系统架构图
WCCMS与CSU之间允许存在 WC接口,WCCMS与IVU之间允许存在 WI接口,WC接口、WI
接口均为可选。
设备管理平台、运营服务平台宜与传导式充电设备统一。
5.2 通信单元功能
各通信单元功能如下:
a) WCCMS:无线充电控制和管理,负责对系统管理、IVU和CSU的认证,设备认证,充电管理。
WCCMS应具备如下功能:
1) 完成对CSU和IVU的认证鉴权和通信安全管理;
2) 无线充电监测;
3) 计量处理(可选);
4) 参与部分充电控制,如检查IVU用户标识和IVU设备标识是否匹配,CSU用户标识和
CSU设备标识是否匹配、充电异常处理等。
b) CSU:地面通信控制单元,完成地面系统信令控制,以及 WCCMS对地面系统,车辆系统对地
面系统信令控制的通信通道功能。CSU应具备以下功能:
1) 控制PTC启动、停止对PrC进行供电;
2) PTC、PFC故障和异常事件检测;
3) 向IVU上报充电状态;
4) 和IVU之间转发PPC、PTC数据;
5) 检查原边线圈和副边线圈是否匹配。
通信模式B时,CSU还应具备以下功能:
1) 负责地面系统和 WCCMS通信;
2) 向 WCCMS上报充电状态。
c) IVU:车载通信控制单元,实现无线充电车载部分的控制,与PPC完成信令交互,并与CSU完
成信令交互。IVU应具备以下功能:
1) 负责与地面系统中CSU以及车辆控制系统的通信;
2) 监测PPC、车辆控制系统故障以及异常事件;
3) 和CSU之间转发PPC、PTC数据;
通信模式B时,IVU应提供 WCCMS所需信息。
IVU可提供用户进行无线充电控制和状态监控的人机界面的接口。
5.3 物理层协议
CI接口的通信物理层应符合IEEEStd802.11TM的规定。
注1:IEEEStd802.11TM是通过 HTAPs或者 HTSTAs实施的。
注2:HTSTA的功能在IEEEStd802.11TM:2012的4.3.10给出了详细规定,HTAP是与HTSTA具有相同功能
的访问节点。
5.4 通信接口
无线充电系统具有以下接口:
a) WI接口(可选):WCCMS和IVU之间的接口,该接口也可表示IVU通过CSU间接连接 WC-
CMS,主要功能包括IVU的注册、信息上报以及发起开始充电请求、保活。充电模式B时可
建立 WI接口。
b) WC接口:WCCMS和CSU之间的接口,主要功能包括CSU的注册、信息上报和保活,以及
WCCMS利用该接口向CSU发起充电命令。充电模式B时应建立 WC接口。
c) CI接口:CSU和IVU之间的接口,包括两个逻辑接口:控制信令接口和数据接口。控制信令
接口主要提供CSU和IVU之间的充电控制功能,数据接口提供包括IVU寻找CSU的IP地
址,PTC和PPC之间数据通信的承载以及保活。
d) 其他接口:车辆系统中IVU和PPC之间的接口是内部接口。地面系统中CSU和PTC之间
的接口是内部接口。
5.5 CSU、PTC和PrC之间的关系
图2为CSU、PTC和PrC之间的关系示意图,一个CSU可控制多个PTC,一个PTC只能由一个
CSU进行控制。
PTC可通过可控开关器件为一个指定的PrC供电,PTC亦可通过设定好可控开关器件,同时为多
个PrC供电,可控开关器件的控制应由CSU执行。
图2 CSU、PTC和PrC之间的关系
5.6 安全
IVU和CSU应检查设备信息完整性,以防止被修改。
IVU和CSU之间的控制信令应进行完整性保护和加密保护。
IVU和CSU之间数据接口转发的PTC和PPC数据宜进行完整性保护。
WCCMS应对IVU及CSU进行用户鉴权和设备鉴权,以防止非授权用户或设备接入。
IVU、CSU和 WCCMS之间的信令应进行完整保护和加密保护。
6 无线充电管理通信流程
6.1 充电总体流程
电动汽车无线充电系统的正常充电流程如图3所示,车载侧和地面侧设备的充电流程共4个状态,
分别为通信未连接、通信连接、待机、充电:
a) 通信未连接:地面、车载侧设备功率模块部分待机,等待指令下达后可进行能量传输,但通信连
接未建立。该状态下,通信单元处于工作状态。
b) 通信连接:各通信单元建立了通信连接,但能量未开始传输。该状态下,系统在完成地面、车载
侧的互操作性检测、认证鉴权处理、对位检测等流程后进入空载待机状态。
注1:系统在对位检测时,如车辆侧提出要求也可发送与对位相关的信号。
注2:互操作性检测、认证鉴权处理也可在车辆进入充电位过程中完成。
c) 待机:系统进行地面、车载侧的互操作性检测、认证鉴权处理、对位检测已结束,但还未开始能
量传输。系统完成能量传输前提条件的判断,等待执行能量传输指令。
d) 充电:接收到启动充电指令,根据车辆控制系统下达的充电指标执行能量传输;接收到停止充
电指令,停止能量传输。
建立通信连接后,车载、地面设备的信息交互应同步,保证充电流程安全执行。
图3 无线充电总体流程
6.2 通信模式A的充电流程
6.2.1 IVU初始化
IVU初始化过程如图4所示。IVU向CSU发起注册,IVU注册之后,向CSU上报车辆系统信息,
CSU向IVU返回准备状态信息。
图4 IVU初始化
6.2.2 IVU发起充电
IVU发起开始充电过程如图5所示。该过程用于IVU主动向CSU发起开始充电过程。
图5 IVU发起充电
开始充电过程为:
a) IVU向CSU发起开始充电请求;
b) CSU与IVU之间互发互操作性信息;
c) CSU判断互操作性信息是否通过;
d) CSU向IVU返回互操作性检测信息;
e) 互操作性检测通过,则CSU发起开始充电命令;
f) 当CSU检测到PTC状态变化,向IVU上报充电状态。在充电过程中,地面系统的PTC和车
辆系统的PPC分别通过CSU和IVU的数据接口进行充电控制信令传递,同时CSU、IVU分
别进行故障检测,当检测到故障的时候向IVU、CSU进行充电状态及车辆状态上报。CSU和
IVU之间还应通过保活机制确保在线。
启动充电的判断条件中应至少包括:
a) 互操作性检测;
b) 对齐判断;
c) 安全监控及诊断功能的工作。
6.2.3 充电正常停止
正常状态下IVU触发停止充电过程如图6所示。
图6 充电正常停止
6.2.4 充电异常停止
当CSU或IVU检测到故障或者PTC或PPC检测到故障时,停止充电的过程如图7所示。
图7 充电异常停止
6.3 通信模式A的充电要求
6.3.1 注册过程
IVU注册过程如图8所示。该过程用于IVU向CSU进行注册。
图8 IVU注册过程
IVU注册过程为:
a) IVU获取副边设备ID,并且与IVUID生成签名认证值;
b) IVU向CSU发起注册请求,消息中包括IVU用户标识和副边设备ID,签名认证值;
c) CSU通过签名认证值验证副边设备ID和IVUID的绑定关系,如果失败则返回注册响应,带
有失败原因值;
d) CSU向IVU发送鉴权认证请求消息,消息携带随机数;
e) IVU根据随机数和用户密钥本地计算网络计算认证码,如果和CSU提供的网络计算认证码
一致,则IVU对CSU认证成功;IVU根据随机数和用户密钥计算设备计算认证码,并在鉴权
响应中将设备计算认证码返回给CSU;
f) CSU判断设备计算认证码正确,则CSU认为对IVU认证成功,然后向IVU返回注册响应。
IVU注册成功之后,主动上报车辆系统信息,当车辆进入车位之后,并上报车辆状态。
6.3.2 注销过程(可选)
IVU注销过程如图9所示。该过程用于IVU向CSU进行注销。
图9 IVU注销过程
IVU注销过程为:
a) 充电停止后,IVU向CSU发起注销请求,带有IVU用户标识;
b) CSU包括地面系统信息、充电状态或者车辆系统信息、车辆状态,然后向IVU返回注销响应。
6.3.3 IVU车位标识上报过程
IVU获取车位标识上报过程如图10中所示,该过程用于车辆驶入充电位后,获取车位标识信息,
并向CSU上报。
图10 IVU车位标识上报过程
IVU车位标识上报过程为:
a) 当充电汽车进入充电位之后,IVU通过读取充电位预配置的地面系统信息获取当前的车位
标识;
b) IVU将获取的车位标识信息发送给CSU。
6.3.4 信息上报和查询
6.3.4.1 CSU向IVU发起信息上报过程
CSU向IVU发起充电状态信息上报过程如图11所示。在开始充电之后,该过程用于CSU直接
向IVU发送充电状态。
图11 CSU向IVU发起信息上报过程
CSU向IVU发起信息上报过程为:
a) CSU检测到PTC开始充电或者停止充电,向IVU发起信息上报过程,消息中带有充电状态
信息;
b) IVU向CSU返回状态信息上报响应。
6.3.4.2 IVU向CSU发起信息查询过程
IVU向CSU发起信息查询过程如图12所示。该过程用于IVU主动向CSU发起查询地面系统信
息或者充电状态。
图12 IVU向CSU发起信息查询过程
IVU向CSU返回状态信息上报过程为:
a) IVU向CSU发起查询地面系统信息或者充电状态信息;
b) CSU返回对应的信息。
6.3.5 充电状态控制过程
6.3.5.1 IVU发起开始充电过程
IVU发起开始充电过程如图13所示。该过程用于IVU主动向CSU发起开始充电过程。
图13 IVU发起开始充电过程
IVU发起开始充电过程为:
a) IVU向CSU发起开始充电请求,消息中带有车辆行驶模式和触发类型;
b) CSU判断启动充电是否通过,如果通过,则CSU向IVU返回充电请求响应,IVU状态为等待
状态;
c) CSU发出充电指令,PTC执行开始充电。
6.3.5.2 CSU发起停止充电过程
CSU发起停止充电过程如图14所示。该过程用于CSU发起停止充电过程。车辆系统中的PPC
可主动通知PTC停止充电。
图14 CSU发起停止充电过程
CSU发起停止充电过程为:
a) CSU向PTC发起停止充电;
b) CSU向IVU主动上报充电状态信息,带有PTC充电状态。
6.3.5.3 IVU发起停止充电
IVU发起停止充电过程如图15所示。该过程用于IVU发起结束充电,IVU直接通知CSU停止
充电命令。
图15 IVU发起停止充电过程
IVU发起停止充电过程为:
a) IVU主动发起停止充电;
b) IVU直接向CSU发送停止充电,消息中带有车位标识和PTC标识;
c) CSU返回充电停止响应;
d) CSU发起停止充电过程。
6.3.5.4 CSU和IVU之间数据转发
CSU和IVU之间数据转发过程如图16所示。该过程用于IVU和CSU之间转发PTC数据包或
者PPC数据包。
PTC和PPC之间的通信链路由PTC首先发起握手信息。PPC的地址可使用默认配置,或者从
IVU的广播消息中获取。
图16 CSU和IVU之间数据转发过程
CSU和IVU之间数据转发过程为:
a) CSU接收PTC数据,目的地址为车辆系统的PPC;
b) CSU向对应的IVU发送数据转发请求,消息中带有PTC数据;
c) ......
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