充電設(shè)備移動檢測平臺的研究與設(shè)計

胡春雨，陸 翌，李 翔，黃曉明，李武峰

(1.北京國網(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)備移動檢測平臺的研究與設(shè)計

胡春雨1，陸 翌2，李 翔1，黃曉明2，李武峰1

(1.北京國網(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)定安全運行，設(shè)備的實驗檢測非常重要。根據(jù)對現(xiàn)有實驗標準的分析和實際運行的調(diào)研，介紹了電動汽車充電設(shè)施移動檢測平臺的研究和設(shè)計。該成果具有足夠?qū)挼碾妷焊采w范圍，能夠方便快捷地對整車充電機、分箱式充電機和交流充電樁進行常規(guī)檢驗測試，完全滿足充電設(shè)施運行檢測的需要。不僅使充電設(shè)施的運行檢驗變得方便可操作，提高了充電設(shè)施檢測效率，而且還大大提高了充電設(shè)施運行安全性、穩(wěn)定性。

電動汽車；充電設(shè)施；實驗；檢測

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

1 充電設(shè)施實驗檢測依據(jù)

目前，在與電動汽車相關(guān)的充電接口、交流充電樁、充電機、充電站等方面國外出臺了技術(shù)標準共24項，其中IEC標準4項，JEVS標準10項，SAE標準10項。但針對充放電設(shè)備的檢測標準及實驗方法尚未頒布[2]。

2010年，我國電動汽車充電設(shè)施標準化技術(shù)委員會結(jié)合充電設(shè)施建設(shè)，經(jīng)過廣泛的研究和討論，形成了包括六大類26項標準的充電設(shè)施標準體系框架。2011年以來，國家電網(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)揮標準對技術(shù)的支撐作用，標委會啟動了充換電設(shè)施標準體系的研究工作，在原有的充電設(shè)施標準體系的基礎(chǔ)上，形成了充換電標準體系框架[3]。

對于充電設(shè)施的實驗檢測目前還沒有國標，被普遍認可且比較全面的是國家電網(wǎng)公司的企標，Q/GDW 592-2010《電動汽車交流充電樁檢驗實驗規(guī)范》和Q/GDW 591-2010《電動汽車非車載充電機檢驗實驗規(guī)范》。

2 移動檢測平臺需求分析

伴隨著電動汽車充換電設(shè)施的快速發(fā)展和充電站的規(guī)?；瘧?yīng)用，已經(jīng)投入運行的充電設(shè)施的實驗檢測難是隨之而來的問題。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、交流充電樁，停車場和居民小區(qū)安裝的交流充電樁等。按照運行規(guī)定，這些充電設(shè)備需要定期檢測。充電設(shè)備移動檢測平臺是一種經(jīng)濟、可行的方式，是解決這個問題最好的方法之一。

目前普遍應(yīng)用的充電設(shè)施不外乎整車充電機、分箱式充電機和充電樁。按照標準Q/GDW 592-2010《電動汽車交流充電樁檢驗實驗規(guī)范》和Q/GDW 591-2010《電動汽車非車載充電機檢驗實驗規(guī)范》充電機共有48項實驗，充電樁共有29項實驗，范圍涉及外觀檢查、功能實驗、安全保護與電磁兼容等。根據(jù)運行要求結(jié)合實際使用，為保證充電設(shè)備安全穩(wěn)定運行，需要對充電設(shè)施定期進行以下檢測：

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

充電樁：樁體檢查、一般連接檢查、顯示功能實驗、輸入功能實驗、通信功能實驗、計量數(shù)據(jù)一致性實驗、鏈接異常實驗、急停功能實驗、過流保護實驗[7-8]。

3 移動檢測平臺設(shè)計

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

表1 移動檢測平臺承載車輛情況

移動檢測平臺可分為集中控制模塊、整車充電機實驗?zāi)K、分箱充電機實驗?zāi)K和交流充電樁實驗?zāi)K(圖1)。其中集中控制模塊的主要作用是實驗控制、數(shù)據(jù)分析和檢測報告生成，整車充電機實驗?zāi)K主要完成125～800 V電壓等級的整車充電機的常規(guī)實驗檢測，分箱式充電機實驗?zāi)K主要完成30～125 V電壓等級的充電機常規(guī)檢測(圖2)。

圖2 整車充電機檢測模塊示意圖

從圖2可以看出整車充電模塊由一臺可編程交流負載、開關(guān)柜和125～800 V可調(diào)直流負載和測量元件組成。圖3說明分箱式充電機由可編程交流負載、測量元件和5套30～125 V可調(diào)直流負載組成。圖4是交流充電樁實驗?zāi)K示意圖。由此可以看出該移動實驗平臺可以同時進行一臺電壓等級在125～800 V之間的整車充電機、5臺電壓等級30～125 V之間的分箱充電機和一臺交流充電樁的實驗。功能非常強大，這既有著廣泛的覆蓋面又大大提高了實驗效率，縮短了實驗時間。

圖3 分箱式充電機檢測模塊示意圖

圖4 交流充電樁檢測模塊示意圖

電動汽車充電設(shè)備移動檢測平臺共有5大特點：

(1)智能化

本平臺采用電腦集中控制，共有兩臺電腦：一臺電腦位于平臺的操作室，一臺筆記本可以實現(xiàn)檢測平臺的遠程操作。通過集中控制模塊的軟件可以分別設(shè)置一臺乘車充電機、5臺分箱充電機和一臺交流充電樁的實驗流程，平臺會自動按流程進行測試工作。效率和智能化程度非常高。

(2)移動性

整個電動汽車充電設(shè)施檢測平臺安裝在依維柯上，車廂內(nèi)設(shè)計緊湊合理，不僅在設(shè)備的減震上做了充足的考慮，而且考慮到設(shè)備在實驗過程中的噪音和散熱問題，主要通過設(shè)計專用散熱風(fēng)道，加裝隔音材料來完成。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)施的檢測提供了便利。

(3)精確性

平臺的測量和傳感設(shè)備都采用精度非常高的產(chǎn)品，嚴格滿足相關(guān)標準規(guī)定。參數(shù)測試采用高精度功率分析儀的數(shù)據(jù)，最高精度達到0.05%，達到國際領(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)測量范圍：0～1；分辨率：0.01；準確度：2%。

(4)可擴展性

在加裝防孤島測試儀、可編程直流電源和適當更新軟件的基礎(chǔ)上平臺可以很方便地擴展為逆變器，雙向變流裝置的移動檢測平臺，如圖5。

圖5 充電設(shè)施檢測平臺擴展示意圖

(5)適應(yīng)性

本移動測試平臺在測試對象上涵蓋交流充電樁、整車充電機和分箱式充電機，經(jīng)過擴展可以用于逆變器、雙向變流器等電力電子裝置的實驗測試。從電壓等級來說從30～800 V，不僅滿足現(xiàn)行標準要求而且涵蓋目前電動汽車充電設(shè)施所有電壓等級。

4 結(jié)論

電動汽車是我國新型戰(zhàn)略行業(yè)，電動汽車要發(fā)展，充電設(shè)施建設(shè)必須先行。近年來我國電動汽車充電設(shè)施建設(shè)取得了不小的進展，全國主要的城市如北京、上海、南京等都已經(jīng)建立電動汽車充電站，充電設(shè)施的實驗檢測也日益受到重視，標準建設(shè)也趨于完善。本文從我國充電設(shè)施和標準發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合充電設(shè)施的實際應(yīng)用，介紹了電動汽車充電設(shè)施移動檢測平臺的研究和設(shè)計。本平臺具有移動性強、智能化程度高、實驗檢測精確性高、適用范圍廣和便于擴展等優(yōu)良特性，為充電設(shè)施的實驗檢測提供了一種既節(jié)省時間又切實可行的方法，不僅具有很高的經(jīng)濟效益而且能促進電動汽車充電設(shè)施實驗檢測技術(shù)的發(fā)展，這勢必將拓寬我國電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)之路。

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

[2]胡春雨，李翔，潘仰光，等.電動汽車充電設(shè)備檢測方法研究報告[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2012.

[3]吳尚杰，嚴輝，崔宇，等.電動汽車充電設(shè)施標準國際化研究報告[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2011.

[4]國際電工委員會.IEC 61851-2-1/CDV電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛與交流直流電源的連接要求[S].北京：中國標準出版社，2001.

[5]國際電工委員會.IEC 61851-2-1/CDV電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)直流電動車輛充電站[S].北京：中國標準出版社，2012.

[6]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 591-2010電動汽車非車載充電機檢驗實驗規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[7]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 592-2010電動汽車交流充電樁檢驗實驗規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[8]國際電工委員會.IEC 61851-2-1/CDV電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)交流電動車輛充電站[S].北京：中國標準出版社，2012.

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

[10]國家能源局.NB/T 33002－2010電動汽車交流充電樁技術(shù)條件[S].北京：機械工業(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

國家電網(wǎng)項目(ZDK020-2011)

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