隨著全球交通行業(yè)邁向低碳和電氣化，重型交通車輛、船舶、飛機(jī)及工程機(jī)械等大型裝備對(duì)極高充電功率的需求日益突出。兆瓦充電系統(tǒng)（Megawatt Charging System，MCS）以高達(dá)3.75 MW的充電功率，成為推動(dòng)上述領(lǐng)域電氣化的關(guān)鍵技術(shù)。MCS不僅能夠大幅縮短充電時(shí)間，還能滿足重載、高頻次運(yùn)營場景的需求，是實(shí)現(xiàn)綠色能源轉(zhuǎn)型的重要支撐。

高功率充電需求 - 經(jīng)濟(jì)效率驅(qū)動(dòng)

大型車輛的電池容量往往是乘用車的數(shù)十倍，傳統(tǒng)充電方式難以滿足大型機(jī)械設(shè)備的快速補(bǔ)能，因此相比歐洲CCS標(biāo)準(zhǔn)的直流充電，其充電功率需求理想情況下需提高10~15倍（見圖1）。MCS 通過提升充電電壓和電流，目前能在45分鐘內(nèi)把重型車輛電池SOC充至80%，這需要最高3.75 MW的功率，同時(shí)也與長途駕駛的法定休息時(shí)間相吻合。

圖1：電池SOC與充電時(shí)間對(duì)比

高功率充電需求 - 經(jīng)濟(jì)效率驅(qū)動(dòng)

與GB/T、CHAdeMO、CCS和NACS標(biāo)準(zhǔn)相比，MCS實(shí)現(xiàn)了縮短4.2倍至15倍的充電時(shí)間。技術(shù)層面MCS源自CCS，但兩者在某些方面差異顯著：

圖2：各標(biāo)準(zhǔn)充電系統(tǒng)概覽

充電接口與低層通信

圖3：MCS充電接口示意圖

如圖3所示，IEC TS 63379定義的MCS接口能夠傳輸高達(dá)3000A電流，并支持1250V電壓，且對(duì)最高功率場景要求強(qiáng)制液冷。

MCS低層通信標(biāo)準(zhǔn)為IEC 61851-23-3（預(yù)計(jì)2026發(fā)布）。在MCS中控制導(dǎo)引引腳被稱為充電使能（Charge Enable，CE），使用5V DC電壓且無PWM。類似CCS中PP引腳，MCS使用5V DC作為插入檢測（Insertion Detection，ID），該引腳也可提供12/24V的輔助用電設(shè)備供電。

高層通信：10BASE-T1S Multipoint通信

高層通信基于ISO 15118-20，而其修正案1（ISO 15118-20 Amd-1）引入了MCS的附加服務(wù)ID等。通信結(jié)構(gòu)與CCS相似，使用TLS、TCP/IP、以太網(wǎng)，但物理層采用ISO 15118-10規(guī)定的10BASE-T1S。10BASE-T1S是一種單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)，帶寬為10Mbps半雙工，采用基于IEEE 802.3cg規(guī)范的差分曼徹斯特編碼（DME）。MCS高層通信無需電力線載波通信（PLC），也無需用于檢測連接狀態(tài)的SLAC（信號(hào)電平衰減特性）流程。

PLCA通信機(jī)制

與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信不同，10BASE-T1支持多點(diǎn)連接和物理層沖突避免（PLCA: Physical Layer Collision Avoidance）機(jī)制，其EVSE基礎(chǔ)設(shè)施端作為Coordinator，分配節(jié)點(diǎn)ID 0，EV電動(dòng)車輛分配ID 1（Drop Node 1）。根據(jù)ISO 15118-10，通信總線最多可支持6個(gè)附加節(jié)點(diǎn)（Drop Nodes），例如傳輸插槍與插座的傳感器數(shù)據(jù)、電流、溫度等其他信息。PLCA可進(jìn)一步優(yōu)化通信過程，提升多節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸效率，確保充電過程各環(huán)節(jié)信息同步與安全。

MCS開發(fā)與測試

盡管MCS的標(biāo)準(zhǔn)化尚未完成，但整車廠和基礎(chǔ)設(shè)施方面的充電系統(tǒng)開發(fā)已經(jīng)啟動(dòng)。早期階段的仿真和測試有助于防止設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，減少糾正時(shí)間，降低成本。

圖4：可擴(kuò)展式MCS充電系統(tǒng)

Vector開發(fā)的MCS仿真測試解決方案，涵蓋EVCC/SECC桌面級(jí)功能與通信開發(fā)測試、一致性與互操作性測試、兆瓦級(jí)性能功率測試、EV/EVSE實(shí)車實(shí)樁數(shù)據(jù)采集分析，滿足工程師不同維度應(yīng)用場景（圖4）。

CANoe.SmartCharging

滿足MCS/CCS/OCPP/GBT/CHAdeMO各地區(qū)協(xié)議的EV/EVSE分析、仿真和測試軟件平臺(tái)，同時(shí)支持用戶自定義各階段充電時(shí)序、通信報(bào)文與參數(shù)、交互周期與抖動(dòng)偏差、故障注入等功能。

CANoe Security Manager

是軟件內(nèi)嵌的安全通信模塊，支持TLS 1.2/1.3加密、PnC安全證書模板，且支持Hubject可信根互聯(lián)認(rèn)證，滿足ISO 15118-20強(qiáng)制要求的TLS加密。

VT5201

新一代智能充電板卡，提供CCS（PLC）/MCS硬件導(dǎo)引電路仿真，同時(shí)支持物理層故障模擬，如CE與ID引腳電壓和電阻值修改。

VN5614/VN5650

通信接口卡支持10BASE-T1S，實(shí)現(xiàn)MCS高層通信和MultiDrop多點(diǎn)連接。

vCTS.performance

則可提供1,500V、最大3.84MW充電功率的測試臺(tái)架，包含180kW的主控模塊和額外功率機(jī)架進(jìn)行擴(kuò)展，每個(gè)額外機(jī)架提供300kW，用戶可以按需組合所需功率。

CANoe Test Package EV/EVSE – CCS

提供標(biāo)準(zhǔn)的ISO 15118測試用例庫及源碼環(huán)境（vTESTstudio），測試人員可以快速實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化之外的自定義測試序列。

圖5：自動(dòng)化測試系統(tǒng)

展望

MCS作為重型交通電氣化的核心技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性與靈活性將直接影響行業(yè)發(fā)展進(jìn)程。未來，隨著標(biāo)準(zhǔn)不斷完善、測試工具持續(xù)升級(jí)，MCS有望在物流、港口、航空及工程機(jī)械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

借助合適的開發(fā)、仿真和測試工具，可以解決系統(tǒng)的復(fù)雜性和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。Vector提供的系統(tǒng)具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，包括在MCS規(guī)定的最大充電功率下的性能測試，同時(shí)工具鏈無縫覆蓋其它充電標(biāo)準(zhǔn)，更好覆蓋不同項(xiàng)目所需。Vector也參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，并快速調(diào)整解決方案以適應(yīng)最新的MCS標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。