電動汽車直流充電樁互操作性檢測系統設計研究

陳浩，曲鈺，黃海寧，魏征宇，李國勝

（1.國網溫州供電公司，浙江溫州，325000；2.浙江圖盛輸變電工程有限公司溫州科技分公司，浙江溫州，325000）

0 引言

我國目前針對電動汽車充電樁互操作進行測試的系統在高效性、便捷性、高集成化方面具有的功能缺乏健全性，通常情況下需要配合工作人員的手動操作，并且以人工計算方式對測試數據進行分析，才能實現對電動汽車充電樁互操作性有效檢測，對充電樁性能是否滿足相關要求進行確定。本研究設計一種能夠對電動車直流充電樁進行有效測試的系統，不僅能夠將傳統測試時間大幅度縮減，而且還能使充電樁的工作效率得到了進一步提高，確保充電樁相關設施具有的合格率能夠達到標準要求，提高充電樁的安全性。

1 直流充電樁檢測平臺設計原理

對于傳統測試方式而言，不僅無法同時采集控制信號和充電樁報文發送時間，人工分析具有的復雜性和繁瑣性難以降低，而且測試結果具有的統一性較差，利用人工方式進行測試數據記錄容易出現錯誤。對此，本研究設計一種具有較高自動化特點的測試系統，不僅能夠同時采集控制信號和報文發送時間，而且還具有自動比較和分析的能力，測試系統原理圖如圖1所示。

圖1 直流充電樁檢測系統原理圖

在圖1中，系統的控制線路用虛線表示，可控開關器件用K1-K11表示，充電樁輸出正極用DC+表示，充電樁輸出負極用DC-表示，接地線用PE表示，通信線用S+和S-表示，充電連接確認線用CC1和CC2表示，低壓輔助電源線用A+和A-表示[1]。

該系統所采集的信號主要包括：進線交流信號、急停信號、泄放開關投切信、K1和K2反饋信號、電子鎖信號、 K1和K2后端信號、 K1和K2前端信號、 S+和S-信號、電流信號、K3和K4信號。系統在采集完信號之后，能夠將相關內容傳輸的顯示界面，技術人員通過對相關信號發出的時間差進行查看，利用數字通訊技術，就能將采集到的信號準確上傳到上位機中。將開關器件 K1-K9設置在每一路控制導引連接線上，由上位機對具體開關狀態進行控制，從而對各種故障問題進行模擬，有效實現故障模擬器測試目的[2]。

2 直流充電樁測試系統工作流程

2.1 正常系統測試

根據對充電樁測試系統展開的詳細分析能夠知道，其具有的正常測試流程：

第一，操作人員首先要將正常測試流程所需的內容全部導入到上位機系統中，對其發出開始測試的指令。

第二，信號采集顯示系統在上位機的作用下，接收到重置命令，從而對信號采集系統進行重置操作。

第三，將閉合指令發送給接口模擬器控制導引電路，確保控制導引電路具有的信號回路處于閉合導通狀態。

第四，結合具體測試指令，對電池模擬器的電壓進行合理調整，等待接收充電樁發出的握手指令。

第五，在接收到直流充電樁發出的握手報文之后，測試系統需要第一時間對BHM報文進行回復，從而進入正常啟動狀態。

第六，當測試系統處于正常流程測試階段時，可以通過對BCL報文中電壓、電流的合理調整，使充電樁輸出的電流量能夠滿足電動車實際充電需求。

第七，在對電流調整時間進行測試的過程中，當測試結束的第一時間，測試系統會發出BST停止充電的指令，從而結束測試。

上位機在對最終結果是否正常進行判斷時，要對沖擊電流是否小于20安A、充電樁輸出電流停止速率是否在100A/s以上、電流變化值在20A以下時對應的下降調整是否在1s以內、終止充電時序時報文中停止充電的原因是否符合實際動作情況、電池電壓在符合相關標準要求時是否能夠啟動充電、絕緣監測過程是否符合要求等內容進行綜合考量，從全方位、多角度入手，提高測試結果的準確性，從而實現安全充電 。

2.2 異常系統測試

在對充電樁測試系統具有的異常流程進行測試的過程中，啟動階段所開展的各項工作與正常流程測試相關內容基本相同，具體如圖2所示。

圖2 異常流程測試

在正式啟動充電樁之后，相關測試開關處于導通還是關斷狀態，主要由上位機進行控制，通過對顯示系統記錄內容的采集，能夠對開關狀態在導通或關斷變化過程中，對測試信號引起的變化情況明確掌握，從而對充電設備的具體工作進行繼續記錄，從而對信號在實際運作過程中所需的時間明確掌握。通過對以上數據的詳細分析，就能對充電樁實際運動變化是否符合標準要求進行快速、準確判斷，具體如表1所示[3]。

表1 異常流程測試判定表

斷開K1-K3時序不符合要求，未見3次握手辨識。中斷通信后再次充電，無需重新安裝連接裝置保護節地導體連續性丟失通信中斷斷開K1-K4時序符合要求，出現3次握手辨識。中斷通信，再次充電，需要將連接裝置重新插好將K1、K2斷開（10ms），結束充電，出現告警提示超時斷開K1、K2，停止充電，未見告警提示開關s斷開 將K1、K2斷開（50ms），結束充電，出現告警提示超時斷開K1、K2，結束充電，未見告警提示車輛接口斷開 斷開K1-K4，結束充電，出現告警提示輸出電壓＞車輛最大值斷開K1、K2，停止充電，未見告警提示其他K1、K2斷開時序，或者泄放，無法繼續本次充電，且無法繼續發送充電階段報文。K1、K2斷開時序，或者泄放，能夠繼續本次充電，且能夠繼續發送充電階段報文。

2.3 測試系統應用

將上文所介紹的電動汽車直流充電樁互操作性檢測系統與傳統人工截取數據進行檢測的模式進行比較，不僅具有較高的自動化特點，而且相關功能的完善程度較高，測試工作具有較快速度和較高效率，以及精準的測試程度，能夠將傳統人工操作方式存在的問題和差異最大程度避免，使測試時間大幅度縮短，二者區別如表2所示。

表2 測試系統對比表

測試簡易性 具有固定測試系統，無需人工搭建 需人工搭建測試環境人員需求 1人 2-3人測試結果復見性 能夠復現全部測試過程以及數據僅能對最終測試數據進行復現數據準確度 高 主觀性較強

通過對直流充電樁檢測系統測試數據圖展開的詳細分析能夠知道，該圖將縱軸作為信號發送軸，將橫軸作為時間軸，通過對波形圖的分析，能夠對各充電樁充電報文的發送時間和停止時間、采集信號的變化狀態明確掌握。各階段報文電流信號、電壓信號、控制信號的發送時間在上位機的控制下，能夠準確判斷充電樁控制時序是否能夠滿足標準要求，并且通過對各信號時間節點的有效采集，能夠對充電樁具有的性能是否滿足標準要求進行判斷 。

3 結束語

在2017版互操作測試標準正式頒布之后，電動汽車充電樁互操作測試相關內容具有的復雜程度越來越高，需要專業檢測人員的有效配合才能確保直流充電樁互操作功能測試工作順利完成。為了確保相關工作流程得到有效簡化，提高測試結果的精準性，本研究設計了一種能夠對電動汽車直流充電樁互操作性能進行測試的系統。該系統憑借測試結果具有的較高精準性、可回溯程度較高、檢測速度較快等優勢，不僅能夠使從業人員在檢測工作中具有的壓力和強度大幅度降低，而且還能夠確保工作效率不斷提高，使經過檢測并投放到市場中的所有電動汽車充電樁都具有較高合格率，促進電動汽車在充電過程中具有的安全性的進一步提升。