電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀系統(tǒng)設(shè)計

肖文定，譚紅芳，劉道煦

充電樁及電動汽車測試產(chǎn)品符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向之一。充電樁及電動汽車測試產(chǎn)品主要是指依據(jù)國標(biāo)，在對充電樁整樁及電動汽車的功能性檢查、防護試驗、絕緣性能試驗、充電輸出試驗、安全要求試驗、溫升試驗等過程中使用的專業(yè)的檢測設(shè)備，這類設(shè)備的使用者主要是檢測認證機構(gòu)、制造廠質(zhì)量檢驗部門等。

總的來看，充電樁及電動汽車測試領(lǐng)域目前還處于起步階段，各有關(guān)企業(yè)的充電樁及電動汽車測試設(shè)備不管是數(shù)量還是種類都還很少，檢測設(shè)備的專業(yè)性也比較差，基本上是靠各種通用儀器來組建。本文針對現(xiàn)狀，采用通用化、模塊化、便攜化等設(shè)計方法，采用自動測試、故障注入與診斷等專業(yè)技術(shù)，提供一種交直流互操作性、協(xié)議一致性等檢測的解決方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計

電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀模擬充電控制過程、異常充電狀態(tài)、連接，控制時序等，包括失效測試、仿真BMS與充電樁通信、實現(xiàn)參數(shù)配置、模擬充電樁的輸出電壓電流、實現(xiàn)充電樁故障和報警信息處理等。其硬件原理框圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)硬件原理框圖

如圖1，電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀由電源模擬器、絕緣模擬器、直流充電接口模擬器、交流充電接口模擬器、控制調(diào)理采集模塊和人機交互等部分組成。其主要的工作原理如下：

1）直流互操作性測試時，電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀根據(jù)不同測試項目控制電源模擬器、絕緣電阻模擬器和直流充電接口模擬器的工作參數(shù)，實現(xiàn)各個測試條件的模擬，并測試相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行處理、存儲，最后打印出測試報告。

2）直流協(xié)議一致性測試時，電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀根據(jù)不同測試項目控制電源模擬器、絕緣電阻模擬器和直流充電接口模擬器的工作參數(shù)，實現(xiàn)各個測試條件的模擬，并實時模擬與被測車輛的協(xié)議通信，然后對數(shù)據(jù)進行處理、存儲，最后打印出測試報告。

3）交流互操作性測試時，電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀根據(jù)不同測試項目控制電源模擬器、絕緣電阻模擬器和交流充電接口模擬器的工作參數(shù)，實現(xiàn)各個測試條件的模擬，并測試相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行處理、存儲，最后打印出測試報告。

2 部件設(shè)計

2.1 電源模擬器設(shè)計

電源模擬器的原理框圖如圖2。

電源模擬器包括充電機電源模塊模擬器、U1電源模擬器和可調(diào)輔助電源模擬器三組電源模擬源組成，電源模擬器的各項性能如下：

1）輸入電源：380V/50Hz三相交流電源；

2）輸出充電電源：電壓200～750VDC，電流0～20A；

3）輸出U1電源：電壓10.8～13.2VDC，電流0～6A；

4）輸出輔助電源：電壓10.8～13.2VDC，電流0～10A；

5）具有輸入過/欠壓保護；

6）具有直流輸出過/欠壓保護；

7）直流輸出短路和過流保護功能；

8）具有與上位機通訊的CAN接口。

圖2 電源模擬器的原理框圖

1.2 絕緣電阻模擬器設(shè)計

絕緣模擬器的原理框圖如圖3。

圖3 絕緣電阻模擬器原理框圖

絕緣電阻模擬器模擬DC+與PE、DC-與PE之間電阻，可進行絕緣故障改變測試，檢查車輛的絕緣故障監(jiān)測功能；滿足0～1000V充電樁100Ω/V〈Rt≤500Ω/V的絕緣狀態(tài)模擬，電阻值調(diào)整范圍10kΩ～600kΩ。

1.3 直流充電接口模擬器設(shè)計

直流充電接口模擬器的原理框圖如圖4。

直流充電接口模擬器完成直流充電測試過程中需要的接口、開關(guān)量和可調(diào)電阻的模擬工作。

圖4 直流接口模擬器原理框圖

1.4 交流充電接口模擬器設(shè)計

交流充電接口模擬器的原理框圖如圖5。

圖5 交流接口模擬器原理框圖

交流充電接口模擬器完成交流充電測試過程中需要的接口、開關(guān)量、控制電壓和可調(diào)電阻的模擬工作。

1.5 控制調(diào)理采集模塊設(shè)計

控制調(diào)理采集模塊的原理框圖如圖6。

圖6 控制調(diào)理采集模塊原理框圖

控制調(diào)理采集模塊主要完成的功能有：

1）把網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議汽車進行通信。

2）把網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換成控制信號控制各路電阻值的變化。

3）把網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換成控制信號控制各路開關(guān)狀態(tài)的變化。

4）把網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換成控制信號控制各路開關(guān)狀態(tài)的變化。

5）把網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換成控制信號控制各路電壓和電流的變化。

6）根據(jù)測試項目的不同，實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換與采集，并把數(shù)據(jù)實時通過網(wǎng)口上傳到上位機；

7）其他交互的需要。

1.6 顯示

顯示主要完成人機交互的任務(wù)，軟件操作界面設(shè)計友好、簡潔、方便操作。選用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的帶觸摸的液晶屏。

1.7 接口設(shè)計

對外接口主要有：

1）與車輛連接的充電接口；

2）與電源輸入連接的電源接口；

3）進行數(shù)據(jù)交互的網(wǎng)口和USB接口；

4）可以進行自檢的測試接口；

5）其他備用接口。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀采用便攜式結(jié)構(gòu)形式，散熱方式采用風(fēng)冷散熱。

圖7 測試儀整機結(jié)構(gòu)示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自動測試技術(shù)

電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀通過網(wǎng)絡(luò)總線、CAN總線和RS485總線對各個模擬器及電動汽車實現(xiàn)了自動控制，進而實現(xiàn)了整個測試流程的自動化，并自動生成測試報表。整個測試過程除了插拔充電槍外，無需人工參與或干預(yù)。

3.2 故障注入與診斷技術(shù)

故障注入，即按照選定的故障模型，用人工的方法有意識地產(chǎn)生故障并施加于運行特定工作負責(zé)的目標(biāo)系統(tǒng)中，以加速該目標(biāo)系統(tǒng)的錯誤和失效的發(fā)生，同時觀測和回收系統(tǒng)對所注入故障的反映信息，并對回收信息進行分析，從而向試驗者提供有關(guān)結(jié)果的試驗過程。被測設(shè)備的機內(nèi)測試或者外部測試的診斷能力可以通過故障注入來驗證。故障注入主要有3種注入方法：仿真故障注入、硬件故障注入、軟件故障注入。本測試儀采用了硬件故障注入和軟件故障注入相結(jié)合的故障注入方法。其中硬件故障注入包括PE斷針和各種硬件邊界信號的模擬等；軟件故障注入主要包括直流協(xié)議中的各種異常情況的模擬。

4 結(jié)束語

電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試儀基于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，采用了自動測試和故障注入與定位技術(shù)，并根據(jù)實際在用的車輛情況進行了適用性設(shè)計工作，實現(xiàn)了對電動汽車的充電系統(tǒng)的測試工作。該測試儀已經(jīng)開始應(yīng)用于車輛強檢機構(gòu)、道路救援單位和各個車輛生產(chǎn)廠家等。隨著戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)：新能源方向的不斷發(fā)展壯大，該測試儀可以衍生一系列產(chǎn)品應(yīng)用于各種與電動汽車相關(guān)的場合。