電動汽車直流充電樁互操作性檢測系統(tǒng)設(shè)計研究

陳浩，曲鈺，黃海寧，魏征宇，李國勝

（1.國網(wǎng)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(jìn)行測試的系統(tǒng)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能實現(xiàn)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(guān)要求進(jìn)行確定。本研究設(shè)計一種能夠?qū)﹄妱榆囍绷鞒潆姌哆M(jìn)行有效測試的系統(tǒng)，不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)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(jìn)一步提高，確保充電樁相關(guān)設(shè)施具有的合格率能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，提高充電樁的安全性。

1 直流充電樁檢測平臺設(shè)計原理

對于傳統(tǒng)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(fā)送時間，人工分析具有的復(fù)雜性和繁瑣性難以降低，而且測試結(jié)果具有的統(tǒng)一性較差，利用人工方式進(jìn)行測試數(shù)據(jù)記錄容易出現(xiàn)錯誤。對此，本研究設(shè)計一種具有較高自動化特點的測試系統(tǒng)，不僅能夠同時采集控制信號和報文發(fā)送時間，而且還具有自動比較和分析的能力，測試系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 直流充電樁檢測系統(tǒng)原理圖

在圖1中，系統(tǒng)的控制線路用虛線表示，可控開關(guān)器件用K1-K11表示，充電樁輸出正極用DC+表示，充電樁輸出負(fù)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(rèn)線用CC1和CC2表示，低壓輔助電源線用A+和A-表示[1]。

該系統(tǒng)所采集的信號主要包括：進(jìn)線交流信號、急停信號、泄放開關(guān)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(tǒng)在采集完信號之后，能夠?qū)⑾嚓P(guān)內(nèi)容傳輸?shù)娘@示界面，技術(shù)人員通過對相關(guān)信號發(fā)出的時間差進(jìn)行查看，利用數(shù)字通訊技術(shù)，就能將采集到的信號準(zhǔn)確上傳到上位機(jī)中。將開關(guān)器件 K1-K9設(shè)置在每一路控制導(dǎo)引連接線上，由上位機(jī)對具體開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，從而對各種故障問題進(jìn)行模擬，有效實現(xiàn)故障模擬器測試目的[2]。

2 直流充電樁測試系統(tǒng)工作流程

2.1 正常系統(tǒng)測試

根據(jù)對充電樁測試系統(tǒng)展開的詳細(xì)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(nèi)容全部導(dǎo)入到上位機(jī)系統(tǒng)中，對其發(fā)出開始測試的指令。

第二，信號采集顯示系統(tǒng)在上位機(jī)的作用下，接收到重置命令，從而對信號采集系統(tǒng)進(jìn)行重置操作。

第三，將閉合指令發(fā)送給接口模擬器控制導(dǎo)引電路，確?？刂茖?dǎo)引電路具有的信號回路處于閉合導(dǎo)通狀態(tài)。

第四，結(jié)合具體測試指令，對電池模擬器的電壓進(jìn)行合理調(diào)整，等待接收充電樁發(fā)出的握手指令。

第五，在接收到直流充電樁發(fā)出的握手報文之后，測試系統(tǒng)需要第一時間對BHM報文進(jìn)行回復(fù)，從而進(jìn)入正常啟動狀態(tài)。

第六，當(dāng)測試系統(tǒng)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(diào)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(diào)整時間進(jìn)行測試的過程中，當(dāng)測試結(jié)束的第一時間，測試系統(tǒng)會發(fā)出BST停止充電的指令，從而結(jié)束測試。

上位機(jī)在對最終結(jié)果是否正常進(jìn)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(yīng)的下降調(diào)整是否在1s以內(nèi)、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(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時是否能夠啟動充電、絕緣監(jiān)測過程是否符合要求等內(nèi)容進(jìn)行綜合考量，從全方位、多角度入手，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而實現(xiàn)安全充電 。

2.2 異常系統(tǒng)測試

在對充電樁測試系統(tǒng)具有的異常流程進(jìn)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(guān)內(nèi)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(guān)測試開關(guān)處于導(dǎo)通還是關(guān)斷狀態(tài)，主要由上位機(jī)進(jìn)行控制，通過對顯示系統(tǒng)記錄內(nèi)容的采集，能夠?qū)﹂_關(guān)狀態(tài)在導(dǎo)通或關(guān)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(shè)備的具體工作進(jìn)行繼續(xù)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(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，就能對充電樁實際運動變化是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行快速、準(zhǔn)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(hù)節(jié)地導(dǎo)體連續(xù)性丟失通信中斷斷開K1-K4時序符合要求，出現(xiàn)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(jié)束充電，出現(xiàn)告警提示超時斷開K1、K2，停止充電，未見告警提示開關(guān)s斷開 將K1、K2斷開（50ms），結(jié)束充電，出現(xiàn)告警提示超時斷開K1、K2，結(jié)束充電，未見告警提示車輛接口斷開 斷開K1-K4，結(jié)束充電，出現(xiàn)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(xù)本次充電，且無法繼續(xù)發(fā)送充電階段報文。K1、K2斷開時序，或者泄放，能夠繼續(xù)本次充電，且能夠繼續(xù)發(fā)送充電階段報文。

2.3 測試系統(tǒng)應(yīng)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(tǒng)與傳統(tǒng)人工截取數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測的模式進(jìn)行比較，不僅具有較高的自動化特點，而且相關(guān)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(zhǔn)的測試程度，能夠?qū)鹘y(tǒng)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(qū)別如表2所示。

表2 測試系統(tǒng)對比表

測試簡易性 具有固定測試系統(tǒng)，無需人工搭建 需人工搭建測試環(huán)境人員需求 1人 2-3人測試結(jié)果復(fù)見性 能夠復(fù)現(xiàn)全部測試過程以及數(shù)據(jù)僅能對最終測試數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度 高 主觀性較強(qiáng)

通過對直流充電樁檢測系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)圖展開的詳細(xì)分析能夠知道，該圖將縱軸作為信號發(fā)送軸，將橫軸作為時間軸，通過對波形圖的分析，能夠?qū)Ω鞒潆姌冻潆妶笪牡陌l(fā)送時間和停止時間、采集信號的變化狀態(tài)明確掌握。各階段報文電流信號、電壓信號、控制信號的發(fā)送時間在上位機(jī)的控制下，能夠準(zhǔn)確判斷充電樁控制時序是否能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且通過對各信號時間節(jié)點的有效采集，能夠?qū)Τ潆姌毒哂械男阅苁欠駶M足標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行判斷 。

3 結(jié)束語

在2017版互操作測試標(biāo)準(zhǔn)正式頒布之后，電動汽車充電樁互操作測試相關(guān)內(nèi)容具有的復(fù)雜程度越來越高，需要專業(yè)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(guān)工作流程得到有效簡化，提高測試結(jié)果的精準(zhǔn)性，本研究設(shè)計了一種能夠?qū)﹄妱悠囍绷鞒潆姌痘ゲ僮餍阅苓M(jìn)行測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)憑借測試結(jié)果具有的較高精準(zhǔn)性、可回溯程度較高、檢測速度較快等優(yōu)勢，不僅能夠使從業(yè)人員在檢測工作中具有的壓力和強(qiáng)度大幅度降低，而且還能夠確保工作效率不斷提高，使經(jīng)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(jìn)電動汽車在充電過程中具有的安全性的進(jìn)一步提升。