直流充電樁均流檢測系統(tǒng)的研究*

簡 單，崔 苗

（廣東工業(yè)大學，廣東廣州 510006）

0 引言

電動汽車充電樁作為電動汽車發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車協(xié)同發(fā)展[1]。但是對于充電樁的檢測一般是圍繞充電樁整體輸出電氣性能，其內(nèi)部電源模塊之間的協(xié)作性能出廠后無法得到長期保證；并且大功率輸出充電樁的電源模塊在長期不均流情況下工作，會導致并聯(lián)運行的某個模塊長期過載而燒壞，影響整體輸出[2]。因此，急需在原有的充電樁檢測系統(tǒng)中添加一個充電樁電源模塊均流不平衡度自檢系統(tǒng)，以解決上述問題[3]。

1 電源模塊均流基本要求

電動汽車直流充電樁需要若干臺開關(guān)電源并聯(lián)運行，以滿足負載功率的需要[4]。對于多個開關(guān)電源模塊的并聯(lián)系統(tǒng)存在一個關(guān)鍵的問題，即模塊之間的電流平均分配問題。針對上述問題提出基本要求[5]如下：

（1）系統(tǒng)中的所有模塊電源外特性需一致，均流誤差通常規(guī)定為不超過5%；

（2）采用冗余供電系統(tǒng)以保證任一電源模塊損壞或者過流保護停止工作時，負載可以從備用模塊中獲得足夠的能量；

（3）各個模塊承受的電流自動均流，為提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能不增加外部均流控制措施，減少均流失敗的因素；

（4）當輸入電壓或者負載電流發(fā)生變化時，應能保持輸出電壓的穩(wěn)定，并使系統(tǒng)具有良好的負載響應特性，在負載突變時不造成電流嚴重分配不均而停機。

2 國內(nèi)充電樁電源均流檢測方式

目前國內(nèi)常用針對充電樁的均流檢測方式可參考文獻[4]，以及企業(yè)標準和能源標準中對于充電樁電源模塊均流不平衡度的檢測方式。首先將充電機鏈接負載，并設置在恒壓狀態(tài)下運行，輸入額定電壓，設置輸出電壓整定值，調(diào)整負載電流為50%～100%額定電流輸出值，分別測量各模塊電流。在上下范圍內(nèi)改變輸出直流電壓整定值，重復上述實驗。斷開充電機任一模塊電源后，再次重復上述測量。均流不平衡試驗需要不少于4臺并聯(lián)運行模塊。均流不平衡度不應該超過5%，均流不平衡度按下式計算：

式中：β為均流不平衡度，I為實測模塊電流的極限值，Ip為N個輸出電流的平均值，IN為模塊額定電流值[7-8]。

3 檢測系統(tǒng)介紹

為改善傳統(tǒng)檢測設備復雜性問題，增加系統(tǒng)通用性，該充電樁電源檢測系統(tǒng)是在原有的充電樁檢測設備中組態(tài)一個新的均流檢測模塊。包含原有的工控機、電子負載，以及一套電流傳感器和配套四通道功率分析儀。組態(tài)后的充電樁均流檢測模塊能實時檢測充電樁內(nèi)各個模塊電流情況，方便監(jiān)測人員使用。

圖1 充電樁檢測系統(tǒng)整體框圖

圖1 為充電樁檢測系統(tǒng)整體框圖，充電樁檢測設備主要由工控機、通信模塊電子負載和檢測模塊組成。工控機中包括控制模塊、數(shù)據(jù)接收模塊和結(jié)果顯示模塊。通信模塊主要由CANscope組成，負責解析工控機和充電樁之間報文的監(jiān)控，以列表形式顯示CAN交互報文。電子負載為一臺可控純電阻負載箱，受工控機控制。檢測模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊由4個加在充電樁電源模塊上的電流傳感器以及電子負載端的電流電壓傳感器組成，然后接到2臺功率分析儀上后通過RS232總線將數(shù)據(jù)傳送到工控機中。檢測模塊主要硬件組成如圖2所示。充電樁由一個380V交流電源供電，通過RS232總線接收工控機中的BMS模擬器提供的模擬BMS信號對電阻負載進行模擬充電。圖3為充電樁檢測設備與充電樁、電阻負載的實物鏈接圖。

圖2 檢測模塊硬件組成圖

4 均流檢測軟件設計

圖4為充電樁均流檢測系統(tǒng)軟件總體設計方案。充電樁均流檢測的整個過程，主要是通過通信模塊中BMS模擬軟件模擬電動汽車BMS信號和充電樁相互收發(fā)報文進行充電狀態(tài)控制。同時對電阻負載進行調(diào)阻配合檢測。工控機能夠以數(shù)據(jù)形式把充電過程中的檢測電量數(shù)據(jù)在界面上顯示并且儲存。

圖3 檢測設備實物連接圖

圖4 充電樁檢測軟件總體設計方案

5 實驗驗證與結(jié)果分析

經(jīng)過現(xiàn)場測試，該檢測平臺完全能滿足對直流充電樁電源均流狀況檢測的功能，工控機顯示屏能實時顯示各個模塊充電電流、充電總電壓、充電總電流以及充電樁均流不平衡度。充電結(jié)束后，檢測人員能夠準確地將測試數(shù)據(jù)以表格形式進行回放。

數(shù)據(jù)回放表1所示，在此可以清楚地看到此次實測的整個充電過程。

設置充電樁工作在750 V額定電壓的恒壓工作模式下，充電電流每10 A進行一次均流度記錄，一直到充電樁額定充電電流80 A。同時計算并記錄充電樁各個模塊電流情況、平均電壓以及均流不平衡度。（均流度地展示選擇了4個模塊中均流度最差的模塊數(shù)據(jù)作為充電樁整體均流評價指標。經(jīng)過現(xiàn)場測試，該檢測平臺完全能滿足對充電樁均流度檢測。上位機能夠?qū)崟r顯示充電電流、電壓以及均流情況，測試人員可以很方便的對其進行操作。充電結(jié)束后，操作人員可以準確地對充電數(shù)據(jù)進行調(diào)出。）

表1 現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)回放表

6 結(jié)論

本文作者主要闡述直流充電樁均流度檢測系統(tǒng)的開發(fā)，詳細介紹硬件設備和軟件運行的流程。實驗證明，該充電樁均流檢測系統(tǒng)具有良好的實時性與精確性，解決了充電樁充電過程中均流監(jiān)測問題。