标准解读||《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》

为贯彻落实《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，促进电动汽车无线充电技术的市场化落地应用，由中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司牵头，联合行业相关单位共同起草的T/CSAE 296-2023《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》（以下简称《标准》）于近期发布，现从标准出台背景、主要内容等方面进行解读。

《标准》研制背景

1、 我国处于电动汽车无线充电技术研究、产品开发、应用推广三个方面的国际领先地位，但标准化程度尚待完善。其中国务院办公厅在关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见中明确提出加快制定无线充电等新型充电技术标准。2、 电动汽车无线充电应用具有特殊优势，标准化是其推广发展的前提条件。无线充电技术具有便捷、安全、智能等特点，在充电基础设施领域属于新型充电技术，在车辆领域属于可商用的自动化充电手段，与电动汽车智能网联化发展匹配应用，能够实现智能网联电动汽车充电环节的无人化自动化。电动汽车无线充电系统标准的编制有利于加速实施我国新能源汽车发展战略。3、GB/T 38775.2-2020《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》中定义了无线充电功率传输部分的流程以及流程中的接口、参数定义、物理层等，是无线充电系统的通信协议的基本架构，需进一步对通信协议的数据链路层、应用层以及通信协议一致性测试等进行明确和定义。4、通信协议的应用层包含了协议数据格式的定义、通信流程中报文内容的具体定义以及报文交互过程等内容，本标准是实现电动汽车无线充电系统互操作性的基础类标准。

《标准》主要内容

本《标准》主要包含6个章节的内容，其中第5章通信要求和第6章一致性测试为核心内容。第1章为范围。本标准规定了电动汽车静态无线充电系统 B 类设备的地面端通信控制单元（CSU）与车载通信控制单元（IVU）之间的通信流程、通信报文格式和内容；通信协议一致性测试系统、一致性测试要求以及一致性测试内容。适用于一个 CSU 控制一个功率发送控制器（PTC）、一个 PTC 为一个原边线圈（PrC）供电的无线充电场景下的 CSU 与 IVU 的通信协议设计参考，以及对声明符合本文件的产品进行协议一致性测试。第2-4章分别规定了标准的规范性引用文件、术语和定义以及缩略语。其中在缩略语部分首次设计一套针对无线充电通信报文完整且无重复的英文翻译及速记缩写，以便于标准的使用，增强可读性。第5章为通信要求。本章为标准的核心内容之一，规定了电动汽车无线充电系统基于无线局域网的通信物理层、数据链路层、应用层的定义以及通信安全要求。其中应用层部分规定了电动汽车无线充电通信流程和环节、通信报文、每个通信环节中无线充电系统车辆端和地面端的交互过程。

图1 无线充电通信过程

根据无线充电系统运行和控制的特点，本标准中电动汽车无线充电通信流程设计主体思想为车辆端根据需求发送请求，地面端回复响应，主要由车辆端进行逻辑判断并给出决策。电动汽车无线充电通信流程共分为4个阶段，分别是充电连接阶段、充电启动阶段、充电传输阶段和充电停止阶段。共12个环节，包括9个必选项通信环节和3个可选项通信环节，按序分别为注册鉴权、充电握手、兼容性检测预检、初始异物检测、初始对位检测、初始活体保护、频率检测及锁定、开始充电请求、功率传输、停止充电、充电数据统计、IVU注销。其中注册鉴权、充电数据统计和IVU注销并不对无线充电流程产生实质影响，在本标准中定义为可选项通信环节。电动汽车无线充电通信报文分为基本信息报文和故障报文两大类。基本信息报文主要是各个通信环节的请求和响应，其中频率检测及锁定环节，除了包含请求和响应报文，还需要车辆端、地面端互相发送锁频成功确认报文。这是因为锁频环节很重要，只有锁频成功后才能进行功率无线传输。故障类报文包括车辆端错误报文、地面端错误报文和结果失败报文。其中错误报文主要包含的内容是通信超时故障信息，结果失败报文主要包含各个通信环节无法正常进行的结果上报。电动汽车无线充电通信交互中有三个通信环节需要重点说明一下。第一是初始对位检测通信环节。由于现阶段初始对位检测的技术并不成熟，本标准推荐了LPE和LF两种方案，给出详细的交互过程和报文内容，作为资料性附录供行业参考使用。第二是功率传输环节。功率传输环节的设计充分考虑了充电过程中突然增大输出需求、充电过程中突然减小输出需求、充电过程中在增大输出时，突然减小充电需求以及充电过程中在减小输出时，突然增大充电需求等极端情况。此外，还推荐了一种考虑效率寻优的功率传输通信环节交互方案，作为资料性附录供行业参考使用。第三是停止充电通信环节。本标准分别给出了正常停止充电流程和非正常停止充电流程，以及出发停止充电的各类故障，并对故障进行了三级分类。

第6章为一致性测试。本章为标准的核心内容之二，规定了无线充电通信协议一致性测试系统要求、测试报文时间误差要求、测试例编码规则、IVU测试例以及CSU测试例。其中测试例按通信阶段进行了分类，并分为肯定测试例和否定测试例。

写在最后

标准工作组成员单位包括整车企业、无线充电设备供应商、检测机构、科研院所以及高校等，涵盖了无线充电行业的核心企业和单位。在此，向标准工作组各成员单位表达最诚挚的谢意！感谢各位对标准牵头起草单位中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司的信任，也感谢各位行业同仁在标准编制过程中给予的理解和支持！特别感谢安洁无线科技（苏州）有限公司、华为技术有限公司和中兴新能源科技有限公司，不仅对标准内容的敲定提供了大量实质性建议，而且对标准进行了全面的测试验证，为标准定稿打下了坚实的基础，提供了有力的保障。诚然，标准内容无法覆盖电动汽车无线充电通信所有的细节，后续的开发者和研究者们需要基于标准主体，进行不断实践、探索与完善！

参与单位：中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、安洁无线科技（苏州）有限公司、华为技术有限公司、中兴新能源科技有限公司、上海汽车集团股份有限公司、中国第一汽车集团有限公司、浙江万安科技股份有限公司、纵目科技（上海）股份科技有限公司、厦门新页科技有限公司、极氪汽车（宁波杭州湾新区）有限公司、武汉路特斯汽车有限公司、国网电力科学研究院有限公司、合肥有感科技有限责任公司、中国电力科学研究院有限公司、哈尔滨工业大学、河北工业大学、维克多汽车技术（上海）有限公司、深圳威迈斯新能源股份有限公司、一汽大众汽车有限公司、中汽研汽车检验中心（天津）有限公司、罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司、WiTricity Hong Kong Limited。

本文件主要起草人：张宝强、李津、王朝晖、曾晓生、王书阳、胡超、陈松林、朱森浦、吴巍峰、胡越、樊彬、黄炘、孔治国、姜瑞、赵彦斌、李黄杰、李江、李正军、湛凤巍、陆钧、桑林、王可、陈锋、徐锦星、于杰、何胜阳、宋凯、张献、马开献、王辉、曹云、韩少军、肖朝晖、肖广宇、钮海洋、曹杰、陈家威。

解读作者：张宝强 

CSAE标准《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》第一起草人，工学博士，高级工程师。现任中国汽车技术研究中心有限公司学科后备带头人，同时担任中国电工技术学会无线电能传输技术专业委员会委员，天津大学研究生企业导师等社会职务。长期从事包括大功率充电、无线充电、换电、光储充一体化、车网互动等电动汽车新兴补能技术的研究及测试评价工作。