电动汽车直流充电桩互操作性检测系统设计

电动汽车直流充电桩互操作性检测系统设计

江家文

 中船海为高科技有限公司新疆分公司  新疆乌鲁木齐市  830001

摘要：在电动汽车充电桩投入市场前，需要进行详细的测试工作，以满足直流充电桩与电动汽车的互联互通需求。直流充电桩互操作性检测系统具有测试速度快、测试可回溯程度高、测试数据准确的优点，可大大缩短测试时间，有利于提高充电桩测试工作的效率，并能够保证充电桩设施的合格率，有效提高充电安全性。文章详细论述了电动汽车直流充电桩互操作性检测系统设计，以期为相关人士提供参考。

关键词：电动汽车；直流充电桩；互操作性检测；系统设计

引言：

我国目前针对电动汽车充电桩互操作进行测试的系统在高效性、便捷性、高集成化方面具有的功能缺乏健全性，通常情况下需要配合工作人员的手动操作，并且以人工计算方式对测试数据进行分析，才能实现对电动汽车充电桩互操作性有效检测，对充电桩性能是否满足相关要求进行确定。本研究设计一种能够对电动车直流充电桩进行有效测试的系统，不仅能够将传统测试时间大幅度缩减，而且还能使充电桩的工作效率得到进一步提高，确保充电桩相关设施具有的合格率能够达到标准要求，提高充电桩的安全性。

1电动汽车直流充电桩充电过程

直流充电桩是指采用直流电流为电动汽车充电的充电桩，根据GB/T18487.1—2015中对于充电模式和连接方式的定义，直流充电桩是采用充电模式4、连接方式C对电动汽车进行充电，其充电过程包括六个阶段：物理连接完成、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段及结束阶段。

充电握手阶段分为握手启动阶段和握手辨识阶段，当充电机和电池管理系统（BMS）物理连接完成并上电后，开启低压辅助电源（闭合K3/K4)，进入握手启动阶段发送握手报文，再进行绝缘监测。绝缘检测结束后进入握手辨识阶段，双方发送辨识报文，确定电池和充电机的必要信息。充电握手阶段完成后，充电机和BMS进入充电参数配置阶段。在此阶段，充电机向BMS发送充电机最大输出能力的报文，BMS根据充电机最大输出能力判断是否能够进行充电。充电参数配置阶段完成后，充电机和BMS进入充电阶段。在整个充电阶段，BMS实时向充电机发送电池充电需求，充电机根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过程中，充电机和BMS相互发送各自的充电状态。当充电机和BMS停止充电后，双方进入充电结束阶段。

2直流充电桩互操作性测试系统设计

2.1车辆控制器模拟盒装置设计

根据测试系统结构，初步设计车辆控制器模拟盒装置的技术方案。直流充电桩车辆控制器模拟盒装置包括充电桩输出插座、直流电源正极接线柱、直流电源负极接线柱、控制通信总线接口、可变电阻、回路电阻、辅助电源正极、辅助电源负极、若干个检测单元及若干个隔离开关，检测单元包括检测开关及在检测开关两端分别设置的标准采集接口。上述各元器件基于检测单元及隔离开关彼此相互连接，配合工作。

根据GB／T34657．1—2017第五章节的相关测试要求，车辆控制器模拟盒装置带有250A标准充电枪插座，可对充电接口各触点进行仿真模拟，满足DC+、DC一、PE、S+、S一、CCl、CC2、A+、A一个触点及开关S通断的仿真模拟要求，实现短路故障状态仿真。设计时，考虑每路开关的数据采集，在每路开关两侧设计4mm标准采集接口，方便示波器等仪器采集信息。车辆控制器模拟盒带有R1电阻、R2电阻、R3电阻仿真模块，可通过闭合不同开关实现3个电阻阻值的变化，模拟等效电阻值可实现标称值1000Q、最大值1030Q、最小值970Q及上限值2000Q、下限值500Q共计5个档。车辆控制器模拟盒带有检测点1处上拉电压U1仿真模拟功能，可模拟检测点1处上拉电压U1电压值；设备配备低压辅助电源接入接口，可实现充电桩低压辅助电源的接入功能，仿真直流充电桩A+、A一低压辅助电源功能；可实现充电接口DC+对PE、DC一对PE绝缘故障状态仿真模拟；可实现充电接口S+、S一、CCl、CC2、A+、A一各路对地故障状态仿真模拟；可模拟K1、K2、K3、K4、开关S吸合状态，并带有K1、K2、K3、K4、开关S信号采集接口，实现各接口通断状态的采集；设备内置高精度电流传感器，借助其他设备实现充电电流采集。

2.2直流充电桩互操作性系统测试

2.2.1正常充电状态测试

将各连接接地的隔离开关（开关s1～至S6、S8和S9）均断开，其他检测开关（普通开关和保护开关）及S7开关均闭合，可变电阻设置在9701030Q范围内，进一步旋动或调动或滑动可变电阻在970～1030fl范围内，从各检测单元中连接充电桩输出插座各触头的标准采集接口或从各检测单元中另一标准采集接口引出数据采集线并输出采集数据。此时，上述输出的采集数据可直接或间接表明此时为电动汽车的正常充电状态且无报警信息输出；否则将发送相应故障报警，如闪灯或提示音。

2.2.2PE接地故障测试

将各检测单元中的各检测开关（普通开关4a和保护开关4b）均闭合，各连接接地的隔离开关均依次闭合或断开，从各检测单元中连接充电桩输出插座各触头的标准采集接口或从各检测单元中另一标准采集接口引出数据采集线并输出采集数据。此时，上述输出的采集数据应能直接或间接给出其它8个触头（直流电源正极（DC+）触头、直流电源负极（DC～）触头、充电通信高电平CAN—H(S+）触头、充电通信低电平CAN_L(S一）触头、充电连接确认（CCl）触头、另一充电连接确认（CC2）触头、辅助电源正极（A+）触头和辅助电源负极（A一）触头）相对于保护接地（PE）触头即“接地”的仿真测试结果。

2.2.3非正常状态测试

（1）充电开始前开关断开。将各检测单元中的各检测开关均断开，从各检测单元中连接充电桩输出插座各触头的标准采集接口引出数据采集线并输出采集数据。此时，上述输出的采集数据应能直接或间接表明此时电动汽车为非充电状态（即未开始充电）；否则将发送相应故障报警。

（2）充电过程中开关断开／闭合。保持各连接接地的隔离开关均断开，断开其他任意一个检测开关且保持其他检测开关和开关S7均闭合，或断开S7且保持其他检测开关均闭合，从各检测单元中连接充电桩输出插座各触头的标准采集接口或从各检测单元中另一标准采集接口引出数据采集线并输出采集数据。此时，上述输出的采集数据应能直接或间接给出9个触头（直流电源正极（DC+）触头、直流电源负极（DC一）触头、保护接地（PE）触头、充电通信高电平CAN—H(S+）触头、充电通信低电平CAN—L(S一）触头、充电连接确认（CCl）触头、另一充电连接确认（CC2）触头、辅助电源正极（A+）触头和辅助电源负极（A一）触头）相应的仿真测试结果。

结语：在2017版互操作测试标准颁布后，充电桩的互操作性测试工作变得较为复杂，需要专业的测试人员相互配合才能完成直流充电桩互操作性功能的测试工作。

为简化工作流程，确保测试工作的准确性，本文从实际出发，设计了一种直流充电桩互操作测试系统。该系统具有测试速度快、测试可回溯程度高、测试数据准确的优点，能极大地减小从业人员的工作强度，并同时提高工作效率，能够有效保证充电桩设施的合格率，有效提高充电安全性。

参考文献：

[1]刘明岩.基于STC89C52控制器的新能源汽车充电系统设计[J].新余学院学报，2022,27(03):27-33.

[2]陈海云，潘凯，黄秋萍.智能共享充电控制系统的设计与实现[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2022,45(01):11-14.

[3]周步祥，何飞宇，魏金萧，等.基于实时最优恒定功率的电动汽车有序充电策略[J].电测与仪表，2021,58(12):18-23.

作者简介：江家文，1991.04.25，男，汉族，新疆乌鲁木齐，大学本科。