電動汽車車載充電機測試系統的應用與實踐

王猛猛　陳鑫　楊夏喜　魏兵兵

[摘 ? ?要]QC/T 895-2011標準對車載充電機進行了規定，要進行車載充電機性能和安全指標的測試，除了需要配置多臺不同設備，傳統的測試方法接線繁雜，測試效率低，對測試人員技術水平要求高。通過車載充電機自動化測試系統可有效解決傳統測試方法的效率低、對人員技術要求高等問題，滿足市場日益增長的自動化測試需求。

[關鍵詞]車載充電機;測試系統;自動化測試

[中圖分類號]TM910.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）05–00–03

Application and Practice of Test System for On-board Charger of Electric Vehicle

Wang Meng-meng， Chen Xin， Yang Xia-xi， Wei Bing-bing

[Abstract]The QC/T 895-2011 standard stipulates on-board chargers.The performance and safety indicators of on-board chargers must be tested.In addition to the need to configure multiple different devices， the traditional test methods are complicated in wiring and low test efficiency.The technical level of personnel is high.The on-board charger automatic test system can effectively solve the problems of low efficiency of traditional test methods and high technical requirements for personnel， and meet the market's growing demand for automated testing.

[Keywords]vehicle charger; test system; automated test

作為新能源電動汽車的重要組成部分，車載充電機的性能和可靠性是影響整車充電效率與充電安全的關鍵，對車載充電機的關鍵性能和技術指標進行有效的確認至關重要。實驗室測試車載充電機的過程中，需要進行大量測試數據的處理和報告整理，耗時長，工作量大，同時很難避免因人為疏漏造成的數據記錄異常。車載充電機自動化測試系統有助于上述問題的解決，提升試驗效率，提高數據處理能力，保證準確性。

1 ?車載充電機自動化測試系統基本原理和功能

1.1 ?基本原理

車載充電機自動化測試系統主要目的是為實現對單/雙向車載充電機的自動化檢測。通過模擬整車測試環境，利用GPIB總線實現上位機對設備的實時控制和閉環控制，通過CAN總線實現上位機和待測產品的連接，并實時監控不同試驗環境下車載充電機的各項指標是否滿足要求。利用Windows下的編程語言，結合數據庫技術，自動完成數據處理和報告輸出，實現自動化測試，同時滿足高精度、高可靠性的測試需求。車載充電機自動化測試系統主要由可編程交流電源（可編程交流回饋電源）、功率分析儀、示波器、電子負載（電阻負載）、可編程直流電源、CAN通信卡和工控機組成。

車載充電機測試系統以可編程交流電源提供不同電壓、不同頻率的電源信號、同時還可對電源電壓波形進行編輯以模擬電網失真來檢測車載充電機在不同電網條件下能否符合充電要求，以確保車載充電機在各種電網環境下的正常工作。以電子負載模擬電池充電的過程，保證車載充電機在各種電池負荷條件下均能夠完成充電，保證充電品質，確保充電安全。

1.2 ?基本功能

利用車載充電機的開放式測試系統，開發測試人員可對車載充電機的測試程序和測試項目進行開發編輯，根據不同的測試需求對已經開發的測試項目進行組合以定制不同的測試流程，滿足多方位的測試需求。利用測試系統的軟件平臺可以編輯報告模板并生成對應的測試報告，同時測試系統還可實現數據統計，在線控制等功能。

車載充電機測試系統主要用于單/雙向車載充電機的測試，單向車載充電機的主要作用是將電網電源轉化為直流電為電動汽車動力電池充電。雙向車載充電機除了具有單向車載充電機的功能外，還可以將動力電池儲存的電能逆變輸出為交流電，交流電可反饋給電網或提供家用。對于單向車載充電機，測試系統主要可實現以下項目的自動化測試：輸入電壓和頻率（輸入電壓范圍、輸入頻率范圍）、充電功能、限壓和限流特性、過壓保護、欠壓保護、短路保護、過溫保護、反接保護、斷電保護、啟動沖擊電流、諧波畸變率以及相關高壓電氣性能的測試，如功率因數和充電效率、輸出電壓/電流誤差、輸出響應時間等等。

電動汽車的動力電池作為儲能設備通過雙向車載充電機可向電網回饋電能或者給家用提供220 V交流電，目前市場上電動汽車關于此功能的應用，主要是將電池存儲的能量逆變輸出為220 V家用交流電，比如比亞迪新能源電動汽車基本配置了220 V交流電源接口，以滿足車主出行使用高功率電器的用電需要。

通過車載充電機測試系統，可實現雙向車載充電機逆變輸出功能的各項測試，比如輸出特性（輸出電壓、輸出頻率、諧波畸變率）、輸出直流分量、輸出短路、過載保護、效率和功率因數、負載效應等。

2 ?車載充電機自動化測試系統的測試實踐

2.1 ?輸出電壓誤差和電壓紋波系數

根據QC/T895-2011標準，測試車載充電機輸出電壓誤差和電壓紋波系數項目時，車載充電機需連接阻性負載在恒壓輸出模式下工作，調節車載充電機輸入電壓在額定值的±15%范圍內變化。輸出電流在空載到額定電流范圍內變化時，設定輸出電壓為UZ0，測試車載充電機的實際輸出電壓UZ，最終通過計算得到輸出電壓誤差，在此過程中測試系統可同時實現車載充電機電壓紋波的測試。

測試前只需將車載充電機接入測試系統，在測試系統軟件上輸入車載充電機的相關技術參數，如額定電壓，輸出電流等，并在測試系統上選擇相應的測試程序和測試項目，即可自動完成輸出電壓誤差和電壓紋波系數的測試及數據的處理，表1給出了測試數據實例。從數據表中可以看出測試系統除了可以自動進行項目的測試，還可以通過程序編輯進行數據處理，輸出最終目標數據，很大程度上提高了測試效率和測試的可靠性。

2.2 ?總諧波畸變率和電壓波動

該實踐主要確認雙向車載充電機逆變交流輸出的電源特性，諧波畸變和電壓波動會造成設備損耗的增加，設備過熱，加速元器件的老化等危害，降低設備的效率和利用率。現階段車載充電機的逆變功能主要是將電池存儲的能量逆變輸出為220 V家用交流電，以滿足車主出行使用高功率電器的用電需求，目前暫無相關國家或行業標準對車載充電機逆變輸出性能進行規定，但隨著電動汽車行業的快速發展，未來電動汽車回饋電網廣泛應用時，對車載充電機輸出電源質量的測試將至關重要。

車載充電機測試系統可對車載充電機的諧波畸變率（電壓諧波和電流諧波）和電壓波動進行實時監控和實時數據采集與記錄，并可導出諧波和電壓波動的變化曲線。圖1、圖2分別是電壓總諧波畸變率和電壓波動隨時間變化的曲線，測試系統設置的數據更新率0.5 s。模擬測試過程中，車載充電機輸出連接阻性負載，負載電流5 A。從圖2中可以看出車載充電機的輸出交流電壓總諧波畸變率<2.5%，滿足公共電網電壓總諧波畸變率≤5%的要求。電壓輸出218V左右，與標準值220 V的偏差不足1%，電壓波動范圍小于<1 V，滿足設備正常和安全使用的要求。

3 ?結語

本文對車載充電機自動化測試系統的基本原理和功能進行了簡單介紹，通過對單向車載充電機輸出性能的測試，驗證了車載充電機測試系統的實用性。同時考慮了未來車載充電機可能的發展方向，針對雙向車載充電機進行了車載充電機逆變輸出性能的測試與驗證。通過車載充電機自動化測試系統可簡化測試流程，提高數據處理能力，大幅提高測試效率和測試的可靠性，滿足實驗室日益增長的自動化測試需求。

參考文獻

[1] QC/T895-2011：電動汽車用傳導式車載充電機[S].

[2] 程若.電動汽車非車載充電機技術發展趨勢分析[D].華北電力大學（北京），2019.

[3] 詹天霞.高性能數字控制電動汽車車載充電機的研究與設計[D].浙江大學，2019.

[4] 朱光歡.電動汽車車載充電機及其相關技術研究[D].華南理工大學，2011.

[5] 劉亞麗，李國棟，胡波，等.電動汽車非車載充電機檢測平臺的建立與實踐[J].電力系統及其自動化學報，2015，27（11）：98-102.

[6] 顏湘武，王麗娜，李艷艷，等.基于虛擬電池技術的電動汽車充電設備測試系統[J].電力自動化設備，2014，34（11）：27-33.

[7] 張萱，董晨，李旭玲，等.電動汽車非車載充電機國際標準關鍵參數驗證設計[J].電測與儀表，2015，52（11）：124-128.

[8] 劉秀蘭，金淵，曾爽，等.便攜式充電設備檢測系統的研究與設計[J].電機與控制應用，2017，44（9）：48-53.

[9] 朱彬，馬郭亮，王建國，等.電動汽車直流充電機自動檢測平臺設計[J].電網與清潔能源，2017，33（11）：120-127.

[10] 李成澤，楊玉博，龍之玥，等.非車載充電機多功能測試系統設計與應用[J].電池，2019，49（5）：444-447.

[11] 張萱，馬彥華，李志明，等.非車載充電機與電動汽車通信兼容性測試研究[J].電測與儀表，2015，52（16）：101-106.

[12] 王聰慧，喬海強，單棟梁，等.電動汽車非車載充電機控制導引電路驗證設計[J].電源世界，2016（12）：24-27，43.