直流充電樁均流檢測(cè)系統(tǒng)的研究*

簡(jiǎn) 單，崔 苗

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東廣州 510006）

0 引言

電動(dòng)汽車充電樁作為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，必須與電動(dòng)汽車協(xié)同發(fā)展[1]。但是對(duì)于充電樁的檢測(cè)一般是圍繞充電樁整體輸出電氣性能，其內(nèi)部電源模塊之間的協(xié)作性能出廠后無(wú)法得到長(zhǎng)期保證；并且大功率輸出充電樁的電源模塊在長(zhǎng)期不均流情況下工作，會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的某個(gè)模塊長(zhǎng)期過(guò)載而燒壞，影響整體輸出[2]。因此，急需在原有的充電樁檢測(cè)系統(tǒng)中添加一個(gè)充電樁電源模塊均流不平衡度自檢系統(tǒng)，以解決上述問(wèn)題[3]。

1 電源模塊均流基本要求

電動(dòng)汽車直流充電樁需要若干臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行，以滿足負(fù)載功率的需要[4]。對(duì)于多個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊的并聯(lián)系統(tǒng)存在一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，即模塊之間的電流平均分配問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題提出基本要求[5]如下：

（1）系統(tǒng)中的所有模塊電源外特性需一致，均流誤差通常規(guī)定為不超過(guò)5%；

（2）采用冗余供電系統(tǒng)以保證任一電源模塊損壞或者過(guò)流保護(hù)停止工作時(shí)，負(fù)載可以從備用模塊中獲得足夠的能量；

（3）各個(gè)模塊承受的電流自動(dòng)均流，為提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能不增加外部均流控制措施，減少均流失敗的因素；

（4）當(dāng)輸入電壓或者負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)能保持輸出電壓的穩(wěn)定，并使系統(tǒng)具有良好的負(fù)載響應(yīng)特性，在負(fù)載突變時(shí)不造成電流嚴(yán)重分配不均而停機(jī)。

2 國(guó)內(nèi)充電樁電源均流檢測(cè)方式

目前國(guó)內(nèi)常用針對(duì)充電樁的均流檢測(cè)方式可參考文獻(xiàn)[4]，以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和能源標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于充電樁電源模塊均流不平衡度的檢測(cè)方式。首先將充電機(jī)鏈接負(fù)載，并設(shè)置在恒壓狀態(tài)下運(yùn)行，輸入額定電壓，設(shè)置輸出電壓整定值，調(diào)整負(fù)載電流為50%～100%額定電流輸出值，分別測(cè)量各模塊電流。在上下范圍內(nèi)改變輸出直流電壓整定值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。斷開(kāi)充電機(jī)任一模塊電源后，再次重復(fù)上述測(cè)量。均流不平衡試驗(yàn)需要不少于4臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行模塊。均流不平衡度不應(yīng)該超過(guò)5%，均流不平衡度按下式計(jì)算：

式中：β為均流不平衡度，I為實(shí)測(cè)模塊電流的極限值，Ip為N個(gè)輸出電流的平均值，IN為模塊額定電流值[7-8]。

3 檢測(cè)系統(tǒng)介紹

為改善傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜性問(wèn)題，增加系統(tǒng)通用性，該充電樁電源檢測(cè)系統(tǒng)是在原有的充電樁檢測(cè)設(shè)備中組態(tài)一個(gè)新的均流檢測(cè)模塊。包含原有的工控機(jī)、電子負(fù)載，以及一套電流傳感器和配套四通道功率分析儀。組態(tài)后的充電樁均流檢測(cè)模塊能實(shí)時(shí)檢測(cè)充電樁內(nèi)各個(gè)模塊電流情況，方便監(jiān)測(cè)人員使用。

圖1 充電樁檢測(cè)系統(tǒng)整體框圖

圖1 為充電樁檢測(cè)系統(tǒng)整體框圖，充電樁檢測(cè)設(shè)備主要由工控機(jī)、通信模塊電子負(fù)載和檢測(cè)模塊組成。工控機(jī)中包括控制模塊、數(shù)據(jù)接收模塊和結(jié)果顯示模塊。通信模塊主要由CANscope組成，負(fù)責(zé)解析工控機(jī)和充電樁之間報(bào)文的監(jiān)控，以列表形式顯示CAN交互報(bào)文。電子負(fù)載為一臺(tái)可控純電阻負(fù)載箱，受工控機(jī)控制。檢測(cè)模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊由4個(gè)加在充電樁電源模塊上的電流傳感器以及電子負(fù)載端的電流電壓傳感器組成，然后接到2臺(tái)功率分析儀上后通過(guò)RS232總線將數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)中。檢測(cè)模塊主要硬件組成如圖2所示。充電樁由一個(gè)380V交流電源供電，通過(guò)RS232總線接收工控機(jī)中的BMS模擬器提供的模擬BMS信號(hào)對(duì)電阻負(fù)載進(jìn)行模擬充電。圖3為充電樁檢測(cè)設(shè)備與充電樁、電阻負(fù)載的實(shí)物鏈接圖。

圖2 檢測(cè)模塊硬件組成圖

4 均流檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

圖4為充電樁均流檢測(cè)系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)方案。充電樁均流檢測(cè)的整個(gè)過(guò)程，主要是通過(guò)通信模塊中BMS模擬軟件模擬電動(dòng)汽車BMS信號(hào)和充電樁相互收發(fā)報(bào)文進(jìn)行充電狀態(tài)控制。同時(shí)對(duì)電阻負(fù)載進(jìn)行調(diào)阻配合檢測(cè)。工控機(jī)能夠以數(shù)據(jù)形式把充電過(guò)程中的檢測(cè)電量數(shù)據(jù)在界面上顯示并且儲(chǔ)存。

圖3 檢測(cè)設(shè)備實(shí)物連接圖

圖4 充電樁檢測(cè)軟件總體設(shè)計(jì)方案

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該檢測(cè)平臺(tái)完全能滿足對(duì)直流充電樁電源均流狀況檢測(cè)的功能，工控機(jī)顯示屏能實(shí)時(shí)顯示各個(gè)模塊充電電流、充電總電壓、充電總電流以及充電樁均流不平衡度。充電結(jié)束后，檢測(cè)人員能夠準(zhǔn)確地將測(cè)試數(shù)據(jù)以表格形式進(jìn)行回放。

數(shù)據(jù)回放表1所示，在此可以清楚地看到此次實(shí)測(cè)的整個(gè)充電過(guò)程。

設(shè)置充電樁工作在750 V額定電壓的恒壓工作模式下，充電電流每10 A進(jìn)行一次均流度記錄，一直到充電樁額定充電電流80 A。同時(shí)計(jì)算并記錄充電樁各個(gè)模塊電流情況、平均電壓以及均流不平衡度。（均流度地展示選擇了4個(gè)模塊中均流度最差的模塊數(shù)據(jù)作為充電樁整體均流評(píng)價(jià)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該檢測(cè)平臺(tái)完全能滿足對(duì)充電樁均流度檢測(cè)。上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示充電電流、電壓以及均流情況，測(cè)試人員可以很方便的對(duì)其進(jìn)行操作。充電結(jié)束后，操作人員可以準(zhǔn)確地對(duì)充電數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)出。）

表1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)回放表

6 結(jié)論

本文作者主要闡述直流充電樁均流度檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，詳細(xì)介紹硬件設(shè)備和軟件運(yùn)行的流程。實(shí)驗(yàn)證明，該充電樁均流檢測(cè)系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性與精確性，解決了充電樁充電過(guò)程中均流監(jiān)測(cè)問(wèn)題。