电动汽车充电设备电气性能与测试方法研究.pdf

电力系统2023.6 电力系统装备丨107Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment1 概述大力发展新能源汽车，加快燃油替代，减少汽车尾气排放，对保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染，推动我国从汽车大国迈向汽车强国等具有重要意义。但是，车辆充电过程中电池自燃爆炸、充电站起火事故频发，严重影响电动汽车安全，因此需要对电动汽车充电设备电气性能和电气安全进行测试和规范，确保电动汽车充电安全。2 充电设备电气性能测试平台的搭建2.1 测试平台的搭建目前，电动汽车充电设备主要有两种，即交流充电桩和直流充电桩（非车载充电机）。交流充电不需要变换，直接给配有车载充电机的电动汽车提供动力来源，由车载充电机对电池模块进行充电，输出功率小，充电速度慢。直流充电是将交流电通过整流装置变换为直流电，再通过斩波电路输出电压可调的直流电给电动汽车电池充电，输出功率大，充电速度快。本文的测试设备以直流充电桩为被测对象。直流充电桩测试项目多，测试流程复杂，建立充电设备电气性能测试平台，搭配测试软件，可以实现对充电设备的自动化测试。根据测试标准的要求，测试平台主要包括可编程交流电源、可编程直流负载、控制导引线路模拟器、录波仪（示波器）、功率分析仪、通信模块、工业控制计算机等部件。测试平台如图1所示。?图1 电动汽车直流充电桩电气性能测试平台测试平台工作原理：可编程交流电源用于模拟电网扰动工况，测试充电桩在不同电压工况下的工作状态；可编程直流负载模拟不同规格的动力电池，吸收充电机输出的直流电能；控制导引线路模拟器配套车辆管理系统模拟软件仿真电动汽车的各种状态；测试设备录波仪、示波器和功率分析仪用于电压、电流、波形等数据的采集；通过通信模块与工业控制计算机进行数据交互，集控软件控制上述设备、分析采集的数据并生成测试报告。电动汽车充电设备电气性能测试平台拓扑如图2所示。2.2 测试平台的技术指标（1）可编程交流电源：波形失真度（THD）1%；摘 要针对新能源汽车充电设备电气性能的测试需求，设计了一套满足直流充电设备电气性能测试的自动化测试平台，基于测试平台研究了充电设备电气性能和测试方法。研制的测试平台具备动态响应快、控制精度高、重复测试一致性好等优点，为直流充电设备电气性能测试，提供了一种可靠的测试解决方案。关键词电动汽车；充电设备；电气性能；测试方法中图分类号TM74；U469.72 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06010703Research on Electrical Performance and Test Method of Electric Vehicle Charging EquipmentPEI Yinxiao，WANG Xiaofei，DENG ChaoAbstractAiming at the testing requirements of electric performance of charging equipment for new energy vehicles,a set of automatic test platform is designed to meet the electrical performance test of DC charging equipment.Based on the test platform,the electrical performance and test method of charging equipment are studied.The developed test platform has the advantages of fast dynamic response,high control precision and good repeatability test.It provides a reliable test solution for the electrical performance test of DC charging equipment.Keywordselectric vehicle;charging equipment;electrical performance;test method电动汽车充电设备电气性能与测试方法研究裴银肖，王小飞，邓超（苏州市产品质量监督检验院，江苏苏州215000）电力系统108丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment频率精度0.01%；电压精度0.5%（线性负载）；不平衡度5%。（2）大功率可编程直流负载：最大接入电压 DC 1 000 V；功率调节精度0.1 kW；加载精度 3%。（3）控制导引线路模拟器：可实现输出电压、电流、检测点1、检测点2、辅助电源电压及波形测量；DC+，DC，PE，S+，S，CC1，CC2，A+，A 等连接线及所有开关的通断测试等。（4）功率分析仪：频率带宽 DC、0.1 Hz1 MHz；最高采样率2 MS/s；基本功率精度（读数的0.03%+有效值量程的0.03%）；基本电压电流精度 （读数的0.03%+有效值量程的0.03%）；包含谐波测量功能；谐波测量最大次数500次。（5）示波器：模拟带宽500 MHz，可升级；采样率（所有通道）2.5 GSa/s。3 电动汽车充电设备电气性能测试项目与测试方法3.1 电动汽车充电设备电气性能测试项目根据标准 NB/T 33008.12018电动汽车充电设备检验试验规范第1部分非车载充电机的要求，电动汽车直流充电桩电气性能主要测试项目包括最大恒功率输出试验、功率控制试验、低压辅助电源试验、稳流精度试验、稳压精度试验、电压纹波系数试验、电流纹波系数试验，效率试验、输出电压误差试验、输出电流误差试验、限压特性试验、限流特性试验、输出电流控制时间试验、输出电流停止速率试验、效率试验、功率因数试验、谐波电流试验、电压暂降和短时中断抗扰度试 验等。在构建的测试平台上，通过车辆管理系统模拟软件模拟车辆电池充电的各种状态，实现直流充电桩与电池管理系统之间的通信协议一致性测试，通过协议一致性测试可以减少充电设备在现场运行时发生错误的风险。协议致性测试是为了检测错误的存在而不是验证无错，单独依靠一致性测试并不能绝对保证应用的互联互通，因此此平台上同时可以完成相应的互操作性测试。3.2 电动汽车充电设备测试案例分析3.2.1 谐波电流试验谐波电流就是将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。谐波可以导致传输电缆和变压器温度过高，会造成无功补偿装置损坏，因此标准对充电设备谐波电流有限值要求。总谐波电流（THC），240次谐波电流的总均方根值如下式所示：THC （1）本次试验中，测试平台中的谐波测试设备是WT3000E 搭配谐波分析软件，被测试设备是电动汽车直流充电桩。谐波电流测试值和不同负载下的谐波值比对分别见表1和图3。表1 谐波测试值谐波次数20%负载（%）50%负载（%）80%负载（%）20.02250.01260.011530.24630.2440.248840.03060.01380.013550.40470.32430.300360.04380.02460.024570.36060.43430.444680.03250.01980.022690.06720.03220.0559100.03550.02150.0193110.25340.23770.2387120.03590.02410.0292130.13520.1840.1941THC/Iref0.70170.68630.68913.2.2 电压暂降和短时中断抗扰度试验电压暂降是指在电气供电系统某一点上的电压突然减少到低于规定的暂降阈值，随后经历一段短暂的间隔恢复到正常值。短时中断是指供电系统某一点上所有相位的电压突然下降到规定的中断阈值以下，随后经历一段短暂间隔恢复到正常值。电动汽车充电设备可能会受到供电电源的电压暂降、短时中断或电压变化的影响。电压暂降、短时中断是由电网的故障装置的严重短路或负载突然出现大的变化所引起的。在某些情况下可能会出现两次或更多次连续的暂降或中断。本试验被试设备（EUT）是电动汽车直流充电桩，EUT 应放在参考接地平板上，两者之间有0.1 m 厚的绝缘支撑。试验发生器应放在距感应线圈不超过3 m 的远处。试验布置示意如图4所示，电压暂降、短时中断试验结果见表2。上级监控系统或运营管理系统车辆电池管理系统模拟软件车辆控制模拟电路低压辅助电源负载测试仪器主控机充电机DC+DC-CC1CC2PES+S-A+A-K1K2K3K4U1L1L2L3NR1检测点1车辆接口三相可调电源可调直流负载电池模拟装置电池电压图2 电动汽车充电设备电气性能测试平台拓扑电力系统2023.6 电力系统装备丨109Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment70%80%40%抽头变压器伏特表示波器开关2EUT开关1相线电源中线（或者是相线对相线试验时的相线）图4 试验布置示意图表2 电压暂降、短时中断试验结果试验项目试验条件持续时间试验结果电压暂降电压试验等级 40%UT10 个周期EUT 继续运行电压试验等级 70%UT25 个周期EUT 继续运行电压试验等级 80%UT250 个周期EUT 继续运行短时中断电压试验等级 0%UT250 个周期EUT 继续运行4 结束语充电设备是电动汽车动力能源供应的基础，为了保证充电设备在使用过程中的安全，就需要采用准确可靠的检测技术，对充电设备实施可靠的检测。本文建立的测试方法，可以对电动汽车充电设备进行有效的检测，对提高产品质量，促进充电设备的安全快速发展具有重要的意义。参考文献1 万井培.电动汽车直流充电桩接入对电网谐波的影响分析J.电工技术，2022（17）：9-11.2 刘志凯，郑文悦，李海弘，等.多接入电动汽车充电桩对电网谐波的影响研究 J.浙江电力，2020（39）：77-82.3 马玲玲，张洁琼.基于 PSCAD 的电动汽车充电装置建模研究及谐波分析 J.新能源，2012（5）：28-32.4 闫志强，雷霞，何建平，等.三相不平衡对配电变压器带负载能力的影响研究 J.电测与仪表，2018，55（8）：51-57.2345678910111213THC/ref0.80.70.60.50.40.30.20.10（a）20%负载（%）2345678910111213THC/ref0.80.70.60.50.40.30.20.10（b）50%负载（%）2345678910111213THC/ref0.80.70.60.50.40.30.20.10（c）80%负载（%）图3不同负载下的谐波值比对