電動汽車交流對外放電負載特性測試方法研究

陳麗雪、李津、李川、李楊、王朝暉、徐孟龍

[1.中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津300300；2.北京博電新力電氣股份有限公司，北京100176]

0 引言

近些年，隨著私家車中電動汽車的比例不斷升高，車主的使用場景也越來越多，尤其是車輛對外部負載放電（vehicle to load，簡稱“V2L”）功能的使用，給人們出行帶來極大的便利。

目前，比亞迪、北汽、吉利、廣汽等車企已經有大量V2L 的應用，這些車企的方案主要采用交流放電模式（車輛通過交流充電接口對外部負載輸出交流電），供人們出行時便捷地使用日常家用電器。然而，車輛放出的電能是否能夠保證電器的可靠使用，能夠供哪些類型的電器使用，這是電動汽車用戶十分關注的問題。

目前的標準體系中還沒有整車級別的標準發布，《電動汽車用傳導式車載充電機》（GB/T 40432—2021）中對具有逆變功能的車載充電機的逆變技術要求和測試方法做出了規定，規定了交流輸出電壓、頻率、動態響應、電能質量、效率、過載能力以及保護功能。然而標準體系中對電動汽車交流V2L 的負載特性未做明確的要求。研究負載特性的目的是解決電動汽車用戶對車輛放出電能的適應性焦慮，主要從以下三個方面進行研究：電動汽車交流V2L 對不同類型負載的放電特性；車輛放電系統與各類負載的匹配性能；車輛放電系統在負載頻繁通斷時的性能。

1 試驗

1.1 試驗平臺

如圖1所示，測試不同類型的負載測試電動汽車交流V2L 的性能，采用電能質量分析儀測試車輛放電的電能質量，采用示波器測試放電電壓、電流和控制導引信號（CP）電壓。

圖1 測試平臺示意圖

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗條件

試驗環境為試驗室環境常溫下進行。

1.2.2 試驗流程

（1）試驗準備：將車輛動電池荷電狀態（SOC）充至50～80%，在試驗室內浸車12h 以上，以確保充電系統的溫度不會對試驗結果造成影響。

（2）利用電子負載測試車輛交流V2L 放電性能：參考不間斷電源設備IEC 62040 系列標準中對不間斷電源（UPS）的負載適應性的要求，列出30 余種典型負載，測試并記錄車輛交流V2L 工作在對這些典型負載下的有功功率、無功功率、功率因數（PF）、峰值因數（CF）等關鍵參數。

（3）利用常用電器驗證車輛交流V2L 放電性能：按照負載類型（阻性、感性、容性、是否有PFC 等）選取常檢的電器做測試負載，測試并記錄車輛交流V2L工作在對這些典型負載下的沖擊電流和穩態電流[1]。

2 試驗結果與分析

本文選取的試驗環境為試驗室常溫環境，試驗負載一方面選擇可編程交流電子負載，另一方面選用常用的電器，試驗車輛為某支持交流V2L 的純電動汽車，車輛雙向充電機額定放電功率3.1kW，峰值放電功率為3.41kW。

2.1 放電特性測試結果

2.1.1 工作電壓范圍測試

部分家用電器對電壓范圍有著比較高的要求，為測試車輛交流V2L 的輸出電壓范圍，進行如下測試：使用示波器在放電裝置和負載之間采集放電電壓、放電電流，設定雙向車載充電機額定輸入電壓（高壓）為±5%，電子負載在恒壓（CV）模式、恒流（CC）模式下調整電壓值。測試結果如下：

CC 模式工作電壓范圍：216.70～223.04V；恒阻（CR）模式工作電壓范圍：207.23～222.83V；CR 模式下調小電阻值，電流升高電壓減小，不存在過壓情況，電阻達到15.3Ω 時，達到額定功率，電壓穩定在±5%以內，電阻進一步降低，會引起電壓下降，當電阻達到13.7Ω 時，達到峰值功率，無法進一步升高[2]。

2.1.2 工作電流范圍測試

為測試車輛交流V2L 的輸出電流范圍，進行如下測試：測試設備同工作電壓范圍測試，設定雙向車載充電機額定輸入電壓（高壓）±5%，負載工作在CC 或CV 工作模式過流有無保險裝置。測試結果如下：

CC 工作模式工作電流范圍：0～14.14A；CR 模式工作電壓范圍：0.1～16.37A；CR 模式下減小電阻，電流升高至16.37A 左右不再升高，電壓下降功率減小。

2.1.3 非阻負載容量的交流輸出

部分家用電器并非是阻性負載，例如有電動機的負載如割草機、吸塵器和一些復雜負載例如微波爐、電磁爐等，為測試車輛交流V2L 對這一類負載的適應性，開展下列測試：利用功率分析儀采集放電電壓、放電電流、有功功率、無功功率、功率因數和峰值因數。根據IEC 62040 系列標準的要求，選取負載的電容值和電感值，進行車輛交流V2L 輸出特性測試[3]，在典型非阻性負載的放電性能測試中，車輛交流V2L 功能完全可以適應。

2.2 負載匹配性測試

為驗證放電車輛與不同類型家用電器的匹配性能，開展下列測試：利用示波器采集放電電流，按照負載類型分類，本部分試驗將負載進行分類，并選取每一類負載的典型家用電器進行負載匹配性測試，將測試并記錄車輛交流V2L 工作模式下對不同負載的工作情況以及沖擊電流與穩態電流，以驗證負載匹配情況。

本試驗測試了37 類40 種常用家用電器。根據測試結果統計，車輛在對車載充電機進行交流放電時，沖擊電流達到最高102.5A，不能啟動充電，根據《電動汽車用傳導式車載充電機》(GB/T 40432—2021)的規定，車載充電機的啟動沖擊電流應不超過額定負載穩定工作時輸入電流峰值的120%，根據《電動汽車用傳導式車載充電機》(QC/T 895—2011)的規定，車載充電機的啟動沖擊電流(車載充電機輸入電流)不應大于工作時輸入電流最大值的150%，故該沖擊電流已嚴重超出兩個標準的要求，屬于非正常狀態[4]。在其余39 種負載中，沖擊電流最高達到55.829A，車輛可以正常對外放電，該沖擊電流值比放電車輛雙向車載充電機穩態放電電流高出3 倍以上，放電車輛具備對不同負載引起的沖擊電流有較強的適應性，唯一充不上電的負載的沖擊電流已經不滿足標準要求。

2.3 拋負載性能試驗

放電車輛作為電源的一種，其拋負載特性十分重要，拋負載是放電過程中負載從100%到0%的突變過程，模擬家用電器突然掉電的過程。依據《電動汽車用傳導式車載充電機》(GB/T 40432—2021)，示波器采集放電電壓峰值和恢復時間，首先，進行拋負載的性能試驗，CR 模式下，輸出電壓的上升時間、輸出電壓的上升峰值以及穩定值；當進行拋負載試驗時，電流下降時間為4.7ms，電壓上升峰值為366.83V，相比較于單相電峰值的標稱值310V，瞬時增長了18.33%。

然后進行連續拋負載的功能性試驗，在CR 和CC兩種負載模式下，分別對50%額定功率、100%額定功率負載和峰值功率負載進行連續50 次加載與拋負載切換（每個循環加載3s 然后拋負載3s），檢驗放電功能是否正常，記錄輸出電壓。測試結果如下：

負載設定在CR 模式，在放電功能正常的條件下，CR 模式下調整設定電阻值為15.3Ω 時，能夠正常循環50 次；CR 模式下調整設定電阻值為15.3Ω 時，循環25 次后車輛無法再次啟動交流放電功能。

負載設定在CC 模式，在放電功能正常的條件下，CC 模式下調整設定電流值為7.07A 和14.14A 時，均能夠正常循環50 次[5]。

本次試驗中，車輛對外放電拋負載時，會產生明顯的瞬時電壓升高。然而在連續的拋負載試驗中，在CR 模式達到峰值功率時，交流V2L 系統無法正常循環。在額定功率時，能夠可靠循環，具備穩定可靠的拋負載性能。

3 結語

本文以電動汽車整車為研究對象，從不同負載的放電特性、負載匹配、拋負載性能等方面進行電動汽車交流V2L 的負載特性試驗。通過試驗結果可知：

放電功率不超過額定功率時，在CC、CR 模式下均可以維持穩定的放電電壓和電能質量，針對阻性、容性、感性負載均可以正常工作。

在匹配不同類型的負載時，啟動沖擊電流是限制放電系統工作的一項因素。在超過100A 沖擊電流時，放電車輛無法正常工作。在最高55.829A 沖擊電流（超過額定電流3 倍以上）下認可正常啟動放電功能。

放電車輛在頻繁拋負載時具備足夠的適應性，足以支撐日常使用。