基于LabVIEW 的電動汽車供電設(shè)備接觸電流的測試方案設(shè)計(jì)

任高全，李宗原，郭寅遠(yuǎn)

（許昌開普檢測研究院股份有限公司，河南許昌 461000）

近年來電動汽車技術(shù)高速發(fā)展，電動汽車普及率越來越高，電動汽車供電設(shè)施電氣安全[1]就顯得尤為重要，接觸電流[2]是影響電動汽車供電設(shè)備電氣安全的重要因素，如果在使用電動汽車供電設(shè)備時因接觸電流造成人員電擊危險，就會危害人的生命和健康。

一直以來，因不同人員對接觸電流的測試方法、標(biāo)準(zhǔn)要求[3-6]的理解及測試設(shè)備的使用方法差異，使得接觸電流的實(shí)際測量經(jīng)常出現(xiàn)不同的測試結(jié)果，因此確定接觸電流測試方案具有重要的安全意義，文中結(jié)合自身的測試經(jīng)驗(yàn)介紹了接觸電流的影響因素及測試方法，提出了基于LabVIEW 的電動汽車供電設(shè)備接觸電流的測試方案，并對方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 接觸電流定義及相關(guān)影響因子

1.1 定義

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60990:2016《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法》將接觸電流定義為人體或動物接觸一個或多個裝置或設(shè)備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流。

1.2 相關(guān)影響因子

接觸電流測試受到測試場地環(huán)境、測試電源、接地中線及測試網(wǎng)絡(luò)選擇等影響[7-8]。

測試場地環(huán)境要求應(yīng)按照相應(yīng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，如果規(guī)定的接觸電流限值小于70 μA 有效值或100 μA 峰值，或者設(shè)備具有可能被高頻信號激勵的較大屏蔽層時，在這種情況下，被試設(shè)備的表面與被放置在正下方或?qū)γ娴膶?dǎo)電板的表面形成電容耦合，則將設(shè)備放置在導(dǎo)電板上，該導(dǎo)電板本身放置在絕緣平面上[8]。

測試電源的任何容性漏電流都必須考慮在內(nèi)，TT 或TN 配電系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)充分考慮中性線與地之間的電位差，測試網(wǎng)絡(luò)的選擇應(yīng)充分考慮被試設(shè)備的特點(diǎn)及接觸電流的類型。

2 接觸電流測試設(shè)備要求

檢測試驗(yàn)室應(yīng)配置可編程電網(wǎng)模擬電源、電動汽車充電樁自動測試系統(tǒng)、接觸電流測試儀及可編程直流電源，可實(shí)現(xiàn)自動記錄和分析相關(guān)數(shù)據(jù)的功能。

2.1 電源設(shè)備

被試設(shè)備安裝在絕緣臺架上，并采取安全保護(hù)措施，防止設(shè)備本身帶來的危險電壓。

被試設(shè)備用的保護(hù)導(dǎo)體和接地中線之間的電位差應(yīng)小于1%線電壓，如果電壓差為1%或更高，則采取以下方法消除由該電壓帶來的測量誤差:

1）將測量儀器的B 端電極連接到被試設(shè)備的中性端子上而不是電源的保護(hù)接地導(dǎo)體上。

2）將被試設(shè)備的接地端子連接到電源的中線上而不是保護(hù)接地導(dǎo)體上。

2.2 測量設(shè)備

測量設(shè)備具備國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60990:2016《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法》中規(guī)定的三種接觸電流測量網(wǎng)絡(luò)可供選擇。

1）未加權(quán)的接觸電流的測量網(wǎng)絡(luò)，具體電路圖如圖1 所示。

圖1 未加權(quán)的接觸電流的測量網(wǎng)絡(luò)電路圖

圖1 中，RS=1 500 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，接觸電流為（有效值），網(wǎng)絡(luò)可測量流過人體的電流值，RB模擬人體內(nèi)部阻抗，RS和CS模擬兩接觸點(diǎn)間總的皮膚阻抗，CS的值由皮膚接觸的面積決定，對于較大的接觸面積，可以使用較大的值（0.33 μF）。

2）加權(quán)接觸電流（感知電流或反應(yīng)電流）的測量網(wǎng)絡(luò)，具體電路圖如圖2 所示。

圖2 加權(quán)接觸電流(感知電流或反應(yīng)電流)的測量網(wǎng)絡(luò)電路圖

圖2 中，RS=1 500 Ω，R1=10 000 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，C1=0.022 μF，接觸電流為（峰值）。為了準(zhǔn)確測量人體對電流的感知和反應(yīng)，對反應(yīng)電流隨頻率變化進(jìn)行研究和補(bǔ)償，加權(quán)接觸電流(感知電流或反應(yīng)電流)的測量網(wǎng)絡(luò)模擬了人體阻抗，并且給出隨人體頻率特性的加權(quán)值，其適用于50、60 Hz 頻率，或更高頻率下電流限值高達(dá)擺脫電流限值，以及加權(quán)等效于50 Hz 和60 Hz 頻率，電流限值為2 mA 有效值的情況。

3）加權(quán)接觸電流（擺脫電流）的測量網(wǎng)絡(luò)，具體電路圖如圖3 所示。

圖3 加權(quán)接觸電流（擺脫電流）的測量網(wǎng)絡(luò)電路圖

4）測量網(wǎng)絡(luò)的選擇：測量網(wǎng)絡(luò)的選擇如表1所示。

表1 測量網(wǎng)絡(luò)的選擇

3 供電設(shè)備接觸電流平臺設(shè)計(jì)

3.1 測試系統(tǒng)的搭建

為準(zhǔn)確模擬交流充電樁的實(shí)際工況，選用61860電網(wǎng)模擬電源作為電動汽車交流充電樁的電源，該電網(wǎng)模擬電源具有高精度、高可靠性，具備單相或三相輸出，可控制電壓和頻率，能夠較為真實(shí)地模擬實(shí)際電網(wǎng)，Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統(tǒng)可模擬電動汽車，7630 接觸電流測試儀可提供多種測試網(wǎng)絡(luò)，可編程直流電源62020H 可滿足測量網(wǎng)絡(luò)自校準(zhǔn)需求的直流電壓，滿足UL544NP、IEC60601/UL2601、IEC60990、IEC62477-1 標(biāo)準(zhǔn)要求。

測試系統(tǒng)利用GPIB接口卡將儀器設(shè)備連接起來，每個設(shè)備均有一個0～20之間的GPIB地址，用計(jì)算機(jī)通過GPIB-USB 接口卡連接到61860 電網(wǎng)模擬電源、Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統(tǒng)、7630 接觸電流測試儀，測試平臺[9-12]系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4 所示。

圖4 接觸電流自動測試平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)基于LabVIEW[13-15]開發(fā)，采用模塊化的編程，軟件用戶UI 接收用戶輸入，通過流程管理模塊控制硬件，管理模塊根據(jù)IEC62477-1：2011 預(yù)設(shè)測試流程，通過GPIB 接口控制7630 接觸電流測試儀、62020H 可編程直流電源、61860 電網(wǎng)模擬電源和Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統(tǒng)的輸出電壓、頻率和數(shù)據(jù)的記錄。數(shù)據(jù)存儲模塊從流程管理模塊讀取測量數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)文件中。測試完成后，將讀取的數(shù)據(jù)通過Office COM 組件[16]寫入Word原始試驗(yàn)記錄中；用戶UI 利用DSOframer.ocx 插件顯示原始記錄文檔。軟件結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

3.3 測試實(shí)現(xiàn)流程

依據(jù)IEC60990：2016，測試流程由測量系統(tǒng)的自校準(zhǔn)和多頻率范圍接觸電流測試組成，首先進(jìn)行測量系統(tǒng)的自校準(zhǔn)，通過軟件下發(fā)自校準(zhǔn)命令給62020H可編程直流電源和7630 接觸電流測試儀[17-18]，以完成直流輸入電阻的測量校準(zhǔn)，輸入電阻校準(zhǔn)完成后進(jìn)行電源參數(shù)校準(zhǔn)，程序控制61860電網(wǎng)模擬電源和7630接觸電流測試儀完成測試需求頻率范圍內(nèi)輸入電壓和輸出電壓的比值校準(zhǔn)。完成測試系統(tǒng)校準(zhǔn)后，自動讀取測試程序執(zhí)行測試，每完成一組測試后，從7630接觸電流測試儀中讀取結(jié)果保存到Excel 表格中。

測試流程如圖6 所示。

圖6 測試流程

4 測試平臺能力驗(yàn)證

4.1 能力驗(yàn)證方案要求

按照CNCA-18-B09 交流充電樁接觸電流試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃作業(yè)指導(dǎo)書和GB/T18487.1-2015（IEC60990）電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1 部分：通用要求中規(guī)定試驗(yàn)電壓應(yīng)為額定電壓的1.1 倍，測量任一交流相線和彼此相連的可觸及金屬部分之間，以及和覆蓋在絕緣外部材料上的金屬箔之間的接觸電流。

4.2 測試平臺自校準(zhǔn)測試結(jié)果

交流電壓測量結(jié)果如表2 所示。

表2 交流電壓測量

接觸電流測量如表3 所示。

表3 接觸電流測量

測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)要求如表4 所示。

表4 測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)要求

輸入阻抗和傳輸阻抗如表5 所示。

表5 輸入阻抗和傳輸阻抗

通過平臺校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可得出，測試平臺設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60990:2016《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法》要求，該平臺可以用于交流充電樁接觸電流的測試。

4.3 測試平臺能力驗(yàn)證結(jié)果

測試平臺參與CNCA-18-B09 交流充電樁的接觸電流試驗(yàn)，測試結(jié)果滿意，測試平臺能力驗(yàn)證測試結(jié)果報(bào)告單如圖7 所示。

圖7 測試平臺能力驗(yàn)證測試結(jié)果報(bào)告單

5 結(jié)論

文中介紹了接觸電流測試要求，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW 電動汽車供電設(shè)備接觸電流的測試平臺，自動化程度高，測量數(shù)據(jù)自動保存在Excel 表格中。介紹了測試平臺具備自校準(zhǔn)功能，通過實(shí)驗(yàn)室間的電動汽車接觸電流能力驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了測試平臺測量精度符合計(jì)量規(guī)定，滿足電動汽車供電設(shè)備接觸電流標(biāo)準(zhǔn)要求，完成了測試方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)，可以應(yīng)用于實(shí)際的電動汽車供電設(shè)備接觸電流測試中。