充電設(shè)備移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

胡春雨，陸 翌，李 翔，黃曉明，李武峰

(1.北京國(guó)網(wǎng)普瑞特高壓輸電技術(shù)有限公司，北京102200；2.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江杭州310014)

充電設(shè)備移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

胡春雨1，陸 翌2，李 翔1，黃曉明2，李武峰1

(1.北京國(guó)網(wǎng)普瑞特高壓輸電技術(shù)有限公司，北京102200；2.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江杭州310014)

為了保證充電設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行，設(shè)備的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)非常重要。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的分析和實(shí)際運(yùn)行的調(diào)研，介紹了電動(dòng)汽車充電設(shè)施移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的研究和設(shè)計(jì)。該成果具有足夠?qū)挼碾妷焊采w范圍，能夠方便快捷地對(duì)整車充電機(jī)、分箱式充電機(jī)和交流充電樁進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)測(cè)試，完全滿足充電設(shè)施運(yùn)行檢測(cè)的需要。不僅使充電設(shè)施的運(yùn)行檢驗(yàn)變得方便可操作，提高了充電設(shè)施檢測(cè)效率，而且還大大提高了充電設(shè)施運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性。

電動(dòng)汽車；充電設(shè)施；實(shí)驗(yàn)；檢測(cè)

發(fā)展以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、擺脫石油資源依賴、緩解能源環(huán)境問(wèn)題的重要途徑，也是推動(dòng)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。電動(dòng)汽車充換電設(shè)施為電動(dòng)汽車提供電能補(bǔ)給，是電動(dòng)汽車發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用，美國(guó)、歐盟、日本等紛紛制訂充換電設(shè)施建設(shè)計(jì)劃，積極啟動(dòng)充換電設(shè)施建設(shè)工作。我國(guó)也建設(shè)了一大批充換電設(shè)施并投入運(yùn)行，為電動(dòng)汽車發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)保障。截至2011年底，國(guó)家電網(wǎng)公司在經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)累計(jì)建成投運(yùn)243座充換電站，13 283個(gè)交流充電樁[1]。目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上投運(yùn)充換電設(shè)備最多的國(guó)家。

1 充電設(shè)施實(shí)驗(yàn)檢測(cè)依據(jù)

目前，在與電動(dòng)汽車相關(guān)的充電接口、交流充電樁、充電機(jī)、充電站等方面國(guó)外出臺(tái)了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共24項(xiàng)，其中IEC標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，JEVS標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)，SAE標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)。但針對(duì)充放電設(shè)備的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)方法尚未頒布[2]。

2010年，我國(guó)電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)結(jié)合充電設(shè)施建設(shè)，經(jīng)過(guò)廣泛的研究和討論，形成了包括六大類26項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系框架。2011年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司相繼確定了以換電為主的供電服務(wù)模式，提出了建設(shè)充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的思路。為適應(yīng)充電設(shè)施建設(shè)，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)技術(shù)的支撐作用，標(biāo)委會(huì)啟動(dòng)了充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系的研究工作，在原有的充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，形成了充換電標(biāo)準(zhǔn)體系框架[3]。

對(duì)于充電設(shè)施的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)目前還沒(méi)有國(guó)標(biāo)，被普遍認(rèn)可且比較全面的是國(guó)家電網(wǎng)公司的企標(biāo)，Q/GDW 592-2010《電動(dòng)汽車交流充電樁檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范》和Q/GDW 591-2010《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范》。

2 移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)需求分析

伴隨著電動(dòng)汽車充換電設(shè)施的快速發(fā)展和充電站的規(guī)?；瘧?yīng)用，已經(jīng)投入運(yùn)行的充電設(shè)施的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)難是隨之而來(lái)的問(wèn)題。由于充電設(shè)施一般都采取固定安裝的方式，比如充電站中的充電機(jī)、交流充電樁，停車場(chǎng)和居民小區(qū)安裝的交流充電樁等。按照運(yùn)行規(guī)定，這些充電設(shè)備需要定期檢測(cè)。充電設(shè)備移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)是一種經(jīng)濟(jì)、可行的方式，是解決這個(gè)問(wèn)題最好的方法之一。

目前普遍應(yīng)用的充電設(shè)施不外乎整車充電機(jī)、分箱式充電機(jī)和充電樁。按照標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 592-2010《電動(dòng)汽車交流充電樁檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范》和Q/GDW 591-2010《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范》充電機(jī)共有48項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，充電樁共有29項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，范圍涉及外觀檢查、功能實(shí)驗(yàn)、安全保護(hù)與電磁兼容等。根據(jù)運(yùn)行要求結(jié)合實(shí)際使用，為保證充電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)充電設(shè)施定期進(jìn)行以下檢測(cè)：

充電機(jī)：輸出電壓誤差實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)壓精度實(shí)驗(yàn)、輸出電流誤差實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)流精度實(shí)驗(yàn)、效率和功率因數(shù)實(shí)驗(yàn)、紋波系數(shù)、諧波電流實(shí)驗(yàn)、均流不平衡度實(shí)驗(yàn)、限壓特性實(shí)驗(yàn)、限流特性實(shí)驗(yàn)、輸入過(guò)壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)、輸入欠壓告警實(shí)驗(yàn)、輸出過(guò)壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)、輸出過(guò)流保護(hù)實(shí)驗(yàn)、輸出短路保護(hù)實(shí)驗(yàn)、反接保護(hù)實(shí)驗(yàn)、通信功能實(shí)驗(yàn)、急停保護(hù)、軟啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)、BMS電池管理系統(tǒng)接口性能實(shí)驗(yàn)、電池容量實(shí)驗(yàn)[4-6]。

充電樁：樁體檢查、一般連接檢查、顯示功能實(shí)驗(yàn)、輸入功能實(shí)驗(yàn)、通信功能實(shí)驗(yàn)、計(jì)量數(shù)據(jù)一致性實(shí)驗(yàn)、鏈接異常實(shí)驗(yàn)、急停功能實(shí)驗(yàn)、過(guò)流保護(hù)實(shí)驗(yàn)[7-8]。

3 移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

調(diào)研表明目前使用的分箱式充電機(jī)輸出電壓范圍基本在40～120 V，整車充電機(jī)在300～750 V[9]，充電樁為交流220 V[10]。為了滿足實(shí)驗(yàn)要求，考慮到檢測(cè)設(shè)備質(zhì)量較大且需長(zhǎng)期放置在車上，故車輛須使用載重較大的依維柯貨車底盤進(jìn)行改裝。設(shè)立獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作空間，并為設(shè)備采取有效的減震、隔音、散熱等措施。表1為移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)承載車輛情況。

表1 移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)承載車輛情況

移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)可分為集中控制模塊、整車充電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、分箱充電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和交流充電樁實(shí)驗(yàn)?zāi)K(圖1)。其中集中控制模塊的主要作用是實(shí)驗(yàn)控制、數(shù)據(jù)分析和檢測(cè)報(bào)告生成，整車充電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要完成125～800 V電壓等級(jí)的整車充電機(jī)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，分箱式充電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要完成30～125 V電壓等級(jí)的充電機(jī)常規(guī)檢測(cè)(圖2)。

圖2 整車充電機(jī)檢測(cè)模塊示意圖

從圖2可以看出整車充電模塊由一臺(tái)可編程交流負(fù)載、開(kāi)關(guān)柜和125～800 V可調(diào)直流負(fù)載和測(cè)量元件組成。圖3說(shuō)明分箱式充電機(jī)由可編程交流負(fù)載、測(cè)量元件和5套30～125 V可調(diào)直流負(fù)載組成。圖4是交流充電樁實(shí)驗(yàn)?zāi)K示意圖。由此可以看出該移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以同時(shí)進(jìn)行一臺(tái)電壓等級(jí)在125～800 V之間的整車充電機(jī)、5臺(tái)電壓等級(jí)30～125 V之間的分箱充電機(jī)和一臺(tái)交流充電樁的實(shí)驗(yàn)。功能非常強(qiáng)大，這既有著廣泛的覆蓋面又大大提高了實(shí)驗(yàn)效率，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

圖3 分箱式充電機(jī)檢測(cè)模塊示意圖

圖4 交流充電樁檢測(cè)模塊示意圖

電動(dòng)汽車充電設(shè)備移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)共有5大特點(diǎn)：

(1)智能化

本平臺(tái)采用電腦集中控制，共有兩臺(tái)電腦：一臺(tái)電腦位于平臺(tái)的操作室，一臺(tái)筆記本可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)平臺(tái)的遠(yuǎn)程操作。通過(guò)集中控制模塊的軟件可以分別設(shè)置一臺(tái)乘車充電機(jī)、5臺(tái)分箱充電機(jī)和一臺(tái)交流充電樁的實(shí)驗(yàn)流程，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)按流程進(jìn)行測(cè)試工作。效率和智能化程度非常高。

(2)移動(dòng)性

整個(gè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施檢測(cè)平臺(tái)安裝在依維柯上，車廂內(nèi)設(shè)計(jì)緊湊合理，不僅在設(shè)備的減震上做了充足的考慮，而且考慮到設(shè)備在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的噪音和散熱問(wèn)題，主要通過(guò)設(shè)計(jì)專用散熱風(fēng)道，加裝隔音材料來(lái)完成。改裝后，不影響車輛外觀和性能，不僅適合城市道路行駛而且適合野外道路行駛。這為安裝在不同地區(qū)的充電設(shè)施的檢測(cè)提供了便利。

(3)精確性

平臺(tái)的測(cè)量和傳感設(shè)備都采用精度非常高的產(chǎn)品，嚴(yán)格滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。參數(shù)測(cè)試采用高精度功率分析儀的數(shù)據(jù)，最高精度達(dá)到0.05%，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。電壓精度不低于0.05%(讀數(shù)誤差)+0.05%(量程誤差)，電流精度不低于0.05% (讀數(shù)誤差)+0.05%(量程誤差)，功率因數(shù)測(cè)量范圍：0～1；分辨率：0.01；準(zhǔn)確度：2%。

(4)可擴(kuò)展性

在加裝防孤島測(cè)試儀、可編程直流電源和適當(dāng)更新軟件的基礎(chǔ)上平臺(tái)可以很方便地?cái)U(kuò)展為逆變器，雙向變流裝置的移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)，如圖5。

圖5 充電設(shè)施檢測(cè)平臺(tái)擴(kuò)展示意圖

(5)適應(yīng)性

本移動(dòng)測(cè)試平臺(tái)在測(cè)試對(duì)象上涵蓋交流充電樁、整車充電機(jī)和分箱式充電機(jī)，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展可以用于逆變器、雙向變流器等電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。從電壓等級(jí)來(lái)說(shuō)從30～800 V，不僅滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求而且涵蓋目前電動(dòng)汽車充電設(shè)施所有電壓等級(jí)。

4 結(jié)論

電動(dòng)汽車是我國(guó)新型戰(zhàn)略行業(yè)，電動(dòng)汽車要發(fā)展，充電設(shè)施建設(shè)必須先行。近年來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)取得了不小的進(jìn)展，全國(guó)主要的城市如北京、上海、南京等都已經(jīng)建立電動(dòng)汽車充電站，充電設(shè)施的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)也日益受到重視，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)也趨于完善。本文從我國(guó)充電設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合充電設(shè)施的實(shí)際應(yīng)用，介紹了電動(dòng)汽車充電設(shè)施移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的研究和設(shè)計(jì)。本平臺(tái)具有移動(dòng)性強(qiáng)、智能化程度高、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)精確性高、適用范圍廣和便于擴(kuò)展等優(yōu)良特性，為充電設(shè)施的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)提供了一種既節(jié)省時(shí)間又切實(shí)可行的方法，不僅具有很高的經(jīng)濟(jì)效益而且能促進(jìn)電動(dòng)汽車充電設(shè)施實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，這勢(shì)必將拓寬我國(guó)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)之路。

[1]李武峰.電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)的融合[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2012，7：37-38.

[2]胡春雨，李翔，潘仰光，等.電動(dòng)汽車充電設(shè)備檢測(cè)方法研究報(bào)告[R].北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2012.

[3]吳尚杰，嚴(yán)輝，崔宇，等.電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化研究報(bào)告[R].北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2011.

[4]國(guó)際電工委員會(huì).IEC 61851-2-1/CDV電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動(dòng)車輛與交流直流電源的連接要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[5]國(guó)際電工委員會(huì).IEC 61851-2-1/CDV電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)直流電動(dòng)車輛充電站[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[6]國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW 591-2010電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[7]國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW 592-2010電動(dòng)汽車交流充電樁檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[8]國(guó)際電工委員會(huì).IEC 61851-2-1/CDV電動(dòng)車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)交流電動(dòng)車輛充電站[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[9]國(guó)家能源局.NB/T 33001－2010電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[10]國(guó)家能源局.NB/T 33002－2010電動(dòng)汽車交流充電樁技術(shù)條件[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Research and design of charging facilities mobile detection platform

In order to guarantee stable and safe operation of the charging facilities,facility testing was very important.According to the analysis of the existing test standards and the research of actual running,the research and design of mobile testing platform for electric vehicle charging facilities were introduced.A wide enough voltage coverage was owned,allowing easy and efficient vehicle charging machine.The sub box type charger and AC charge piled routine inspection and testing.The needs of the charging facilities for running the test were completely met.Not only charging facilities operation test was being easy operated and charging facilities detection efficiency was improved, but also charging facilities operation safety and stability were greatly improved.

electric vehicles;charging facilities;test;detection

TM 910.6

A

1002-087 X(2016)03-0697-03

2015-08-12

國(guó)家電網(wǎng)項(xiàng)目(ZDK020-2011)

胡春雨(1984—)，男，安徽省人，工程師，主要研究方向?yàn)閮?chǔ)能技術(shù)、電動(dòng)汽車充放電技術(shù)、清潔能源并網(wǎng)技術(shù)等。