CN106291198A - 一种充电桩模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电桩模拟器，包括：用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流源模块；用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流源模块；交流充电插头；直流充电插头；连接于所述交流充电插头与所述交流源模块之间的第一控制引导电路；连接于所述直流充电插头与所述直流源模块之间的第二控制引导电路；用于模拟和分析控制器局域网络CAN通信的CAN通信模块；用于进行数据采集和分析的工业控制计算机。本发明提供的充电桩模拟器能够模拟充电过程的充电故障、通信故障等，为提高车辆对充电设施的兼容性和抗充电干扰能力提供验证手段。

Description

一种充电桩模拟器

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种充电桩模拟器。

背景技术

随着新能源电动汽车的不断普及，电动汽车充电桩作为新能源电动汽车基础的配套设施，与电动汽车之间的互联互通显得越来越重要。目前纯电动汽车充电桩具备的功能主要是满足国家标准及地区标准规定的充电要求，只具备充电桩的基本功能，通信协议及内部检测电路不具备可调性，不具备模拟充电故障、通信故障、电网波动及极端工况模拟输出功能等充电模拟功能。

发明内容

本发明实施例提供了一种充电桩模拟器，以解决现有技术中的充电桩模拟器不具备模拟充电过程各种工况的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种充电桩模拟器，包括：

用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流源模块；

用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流源模块；

交流充电插头，其中所述交流源模块所输出的电流传输至所述交流充电插头；

直流充电插头，其中所述直流源模块所输出的电流传输至所述直流充电插头；

第一控制引导电路，连接于所述交流充电插头与所述交流源模块之间，用于产生第一故障模拟信号，所述第一故障模拟信号为模拟电流在所述交流源模块与所述交流充电插头之间传输时所发生的电流传输故障的模拟信号；

第二控制引导电路，连接于所述直流充电插头与所述直流源模块之间，用于产生第二故障模拟信号，所述第二故障模拟信号为模拟电流在所述直流源模块与所述直流充电插头之间传输时所发生的电流传输故障的模拟信号；

用于模拟和分析控制器局域网络CAN通信的CAN通信模块；

用于进行数据采集和分析的工业控制计算机，其中，所述交流源模块和所述直流源模块分别将输出的电流传输至所述工业控制计算机进行数据记录和分析，所述第一控制引导电路和所述第二控制引导电路分别将产生的第一故障模拟信号和第二故障模拟信号发送至所述工业控制计算机进行数据记录和分析，所述CAN通信模块将产生的CAN通信信息发送至所述工业控制计算机进行数据记录和分析。

进一步地，所述交流源模块包括：

用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流供电电网模拟器和用于控制所述交流供电电网模拟器将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流充电供电控制器。

进一步地，所述直流源模块包括：

用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流供电电网模拟器和用于控制所述直流供电电网模拟器用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流充电供电控制器。

进一步地，所述第一控制引导模块包括：

第一短路模拟器，用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，并分别传输至所述交流充电插头和所述工业控制计算机；

第一任意波形发生器，用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号，并分别传输至所述交流充电插头和所述工业控制计算机；以及

用于为所述第一短路模拟器和所述第一任意波形发生器提供电源的第一低压辅助电源；

所述第二控制引导模块包括：

第二短路模拟器，用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，并分别传输至所述直流充电插头和所述工业控制计算机；

第二任意波形发生器，用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号，并分别传输至所述直流充电插头和所述工业控制计算机；以及

用于为所述第二短路模拟器和所述第二任意波形发生器提供电源的第二低压辅助电源。

进一步地，所述CAN通信模块包括：

用于模拟CAN通信报文的CAN-BUS模拟器和用于分析所述CAN-BUS模拟器模拟的CAN通信报文的CAN-BUS分析仪，所述CAN-BUS模拟器将模拟的CAN通信报文发送至所述CAN-BUS分析仪，所述CAN-BUS分析仪将对CAN通信报文的分析数据发送至所述工业控制计算机。

进一步地，所述工业控制计算机内设置有多功能数据采集器卡。

进一步地，所述充电桩模拟器还包括：

功率分析模块，用于分别对从所述第一控制引导电路和第二控制引导电路输出的电压和电流进行功率分析。

进一步地，所述功率分析模块包括：电能质量分析仪。

进一步地，所述充电桩模拟器还包括：

示波器，用于分别对从所述第一控制引导电路和第二控制引导电路输出的电压和电流进行波形显示。

进一步地，所述示波器为：数字示波器。

本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的充电桩模拟器具备模拟充电故障、通信故障、电网波动及极端工况输出等功能。可输出各种标准、非标准充电模式，可调节内部电路及通信协议等参数，模拟市场上不同厂家充电桩输出，提高兼容性测试；并能根据不同工况对充电桩的输出进行编辑、控制，具备二次开发能力；还可实现与整车测试台架系统实现统一控制，满足测试一致性要求。本发明实施例提供的充电桩模拟器为提高车辆对充电设施的兼容性和抗充电干扰能力提供了有效的验证手段。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的充电桩模拟器的框图；

图2表示本发明实施例提供的充电桩模拟器的另一框图；

图3表示本发明实施例提供的充电桩模拟器的另一框图。

附图标记说明如下：

101、交流源模块；102、直流源模块；103、交流充电插头；104、直流充电插头；105、第一控制引导电路；106、第二控制引导电路；107、CAN通信模块；108、工业控制计算机；109、功率分析模块；110、示波器；

1011、交流充电供电控制器；1012、交流供电电网模拟器；1021、直流充电供电控制器；1022、直流供电电网模拟器；1051、第一短路模拟器；1052、第一任意波形发生器；1053、第一低压辅助电源；1061、第二短路模拟器；1062、第二任意波形发生器；1063、第二低压辅助电源；1071、CAN-BUS模拟器；1072、CAN-BUS分析仪。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种充电桩模拟器，如图1所示，包括：交流源模块101、直流源模块102、交流充电插头103、直流充电插头104、第一控制引导电路105、第二控制引导电路106、CAN通信模块107和工业控制计算机108。

其中，交流源模块101用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需的电流，然后将转换的电流传输至交流充电插头103，在交流充电插头103与车辆上的交流充电接口配合连接时，对车辆进行充电。直流源模块102用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需的电流，然后将转换的电流传输至直流充电插头104，在直流充电插头104与车辆上的直流充电接口配合连接时，对车辆进行充电。其中，本发明实施例所述的交流充电插头103和直流充电插头104为符合国家标准的充电插头。

为了模拟充电过程中的各种充电故障，本发明实施例提供的充电桩模拟器中还设置有连接于交流充电插头103与交流源模块101之间的第一控制引导电路105，用于产生模拟电流在交流源模块101与交流充电插头103之间传输时所发生的电流传输故障的第一故障模拟信号(如短路故障信号和干扰信号等)，和连接于直流充电插头104与直流源模块102之间的第二控制引导电路106，用于产生模拟电流在直流源模块102与直流充电插头104之间传输时所发生的电流传输故障的第二故障模拟信号(如短路故障信号和干扰信号等)。

为了模拟充电过程中充电桩与车辆之间的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通信，本发明实施例提供的充电桩模拟器还设置有CAN模块，用于模拟和分析CAN通信。

为了便于对充电过程中的数据进行采集、记录和分析，本发明实施例提供的充电桩模拟器中还设置有工业控制计算机108。其中，交流源模块101和直流源模块102输出的电流、第一控制引导电路105产生的第一故障模拟信号、第二控制引导电路106产生的第二故障模拟信号、CAN通信模块107产生的CAN通信信息均会发送至工业控制计算机108进行数据记录和分析。

具体地，如图2所示，交流源模块101包括：交流供电电网模拟器1012和交流充电供电控制器1011。交流充电供电控制器1011用于控制交流供电电网模拟器1012将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需的电流。其中，交流充电供电控制器1011不仅能够控制交流供电电网模拟器1012模拟产生车辆所需的正常电流，还能控制交流供电电网模拟器1012模拟产生电压不稳定时的交流输出或具有谐波的交流输出等不同复杂的交流电网环境(电压、频率、三相电位差、三相压差、谐波、电压的波动等影响因素)，以测试车辆在特殊复杂交流充电情况下，车载充电机、CAN-BUS以及充电机等相关车载电气的使用稳定性和抗扰能力。此外，交流充电供电控制器1011还能模拟交流充电桩的引导控制电路单元发生误动作等非正常情况，以测试车辆上交流充电单元响应能力。

具体地，如图2所示，直流源模块102包括：直流供电电网模拟器1022和直流充电供电控制器1021。直流充电供电控制器1021用于控制直流供电电网模拟器1022将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需的电流。其中，直流充电供电控制器1021不仅能够控制直流供电电网模拟器1022模拟产生车辆所需的正常电流，还能控制直流供电电网模拟器1022模拟产生直流充电桩输出不稳定或输出失控时，产生过充、过压、直流充电电压纹波过大或叠加了干扰波等情况，以测试车辆BMS(电池管理系统(Battery Management System)、充电机及其相关联控制部分的影响能力。此外，直流充电供电控制器1021还能模拟直流充电桩的引导控制电路单元发生误动作等非正常情况，以测试车辆上直流充电单元响应能力。

本发明实施例中的充电桩模拟器中，交流源模块101和直流源模块102能够智能控制充电桩电压和电流的输出，以模拟不同电源输出状态下，车辆的充电响应。

具体地，如图2所示，第一控制引导模块包括：第一短路模拟器1051、第一任意波形发生器1052以及第一低压辅助电源1053。第一短路模拟器1051用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，如模拟对地短路、短接短路等短路情况等。第一短路模拟器1051输出的信号一是传输至送至交流充电插头103，以测试车辆的响应情况；二是传输至工业控制计算机108，以进行数据记录和分析。第一任意波形发生器1052用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号等，以制造不同的充电故障。第一任意波形发生器1052输出的信号一是传输至交流充电插头103，以测试测试车辆是否能够正常充电；二是传输至工业控制计算机108，以进行数据记录和分析。第一低压辅助电源1053用于为第一短路模拟器1051和第一任意波形发生器1052提供电源。

具体地，如图2所示，第二控制引导模块包括：第二短路模拟器1061、第二任意波形发生器1062以及第二低压辅助电源1063。第二短路模拟器1061用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，如模拟对地短路、短接短路等短路情况等。第二短路模拟器1061输出的信号一是传输至送至交流充电插头103，以测试车辆的响应情况；二是传输至工业控制计算机108，以进行数据记录和分析。第二任意波形发生器1062用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号等，以制造不同的充电故障。第二任意波形发生器1062输出的信号一是传输至交流充电插头103，以测试测试车辆是否能够正常充电；二是传输至工业控制计算机108，以进行数据记录和分析。第二低压辅助电源1063用于为第二短路模拟器1061和第二任意波形发生器1062提供电源。

其中，需要说明的是，第一短路模拟器1051和第二短路模拟器1061可以是两个单独的模拟器，也可以分别是同一短路模拟器的交流功能部分和直流功能部分。同样，第一任意波形发生器1052和第二任意波形发生器1062同理。

具体地，如图2所示，CAN通信模块107包括：CAN-BUS模拟器1071和CAN-BUS分析仪1072。CAN-BUS模拟器1071进行相关报文的模拟及发送，即模拟充电桩提供给充电车辆的CAN信号上出现任意叠加干扰波和逻辑电平不稳等工况(参照ISO11898标准中定义的故障模拟)，给到被测试车辆，以测试车辆对外部接入的CAN信号的容错能力、辨识能力等，或是模拟充电桩提供给被测试车辆的CAN信号上出现短路、断路及总线间电阻、电容值变化情况下，测试车辆对外部接入的CAN信号的辨识能力。同时CAN-BUS模拟器1071将输出的报文发送至CAN-BUS分析仪1072，由CAN-BUS分析仪1072分析CAN报文中的相关信息，然后将数据通过CAN总线的形式传输给工控机进行数据记录和分析。

具体地，工业控制计算机108内设置有多功能数据采集器卡。多功能数据采集器卡主要通过相应的电压传感器、电流传感器进行相关数据的采集及数据分析。

进一步地，如图3所示，充电桩模拟器还包括：功率分析模块109。该功率分析模块109主要用于监测交流源模块101和直流源模块102输出的电压及电流，进行功率分析。利用电压、电流传感器布置到交、直流源的电源输出端，然后采集相关量值，并将数据传输给工控机进行数据记录和分析。功率分析模块109可分别与第一控制引导电路105和第二控制引导电路106电连接，从而采集电压和电流数据。优选地，本发明实施例中，功率分析模块109为电能质量分析仪。

进一步地，如图3所示，充电桩模拟器还包括：示波器110。用于分别对从第一控制引导电路105和第二控制引导电路106输出的电压和电流进行波形显示。其中，本发明实施例中的示波器110为数字示波器，使用简单，测试准确。

本发明实施例提供的充电桩模拟器具备模拟充电故障、通信故障、电网波动及极端工况输出等功能。可输出各种标准、非标准充电模式，可调节内部电路及通信协议等参数，模拟市场上不同厂家充电桩输出，提高兼容性测试；并能根据不同工况对充电桩的输出进行编辑、控制，具备二次开发能力；还可实现与整车测试台架系统实现统一控制，满足测试一致性要求。本发明实施例提供的充电桩模拟器为提高车辆对充电设施的兼容性和抗充电干扰能力提供了有效的验证手段。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电桩模拟器，其特征在于，包括：

用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流源模块；

用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流源模块；

交流充电插头，其中所述交流源模块所输出的电流传输至所述交流充电插头；

直流充电插头，其中所述直流源模块所输出的电流传输至所述直流充电插头；

第一控制引导电路，连接于所述交流充电插头与所述交流源模块之间，用于产生第一故障模拟信号，所述第一故障模拟信号为模拟电流在所述交流源模块与所述交流充电插头之间传输时所发生的电流传输故障的模拟信号；

第二控制引导电路，连接于所述直流充电插头与所述直流源模块之间，用于产生第二故障模拟信号，所述第二故障模拟信号为模拟电流在所述直流源模块与所述直流充电插头之间传输时所发生的电流传输故障的模拟信号；

用于模拟和分析控制器局域网络CAN通信的CAN通信模块；

用于进行数据采集和分析的工业控制计算机，其中，所述交流源模块和所述直流源模块分别将输出的电流传输至所述工业控制计算机进行数据记录和分析，所述第一控制引导电路和所述第二控制引导电路分别将产生的第一故障模拟信号和第二故障模拟信号发送至所述工业控制计算机进行数据记录和分析，所述CAN通信模块将产生的CAN通信信息发送至所述工业控制计算机进行数据记录和分析。

2.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述交流源模块包括：

用于将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流供电电网模拟器和用于控制所述交流供电电网模拟器将电网电流转换为车辆进行交流充电时所需电流的交流充电供电控制器。

3.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述直流源模块包括：

用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流供电电网模拟器和用于控制所述直流供电电网模拟器用于将电网电流转换为车辆进行直流充电时所需电流的直流充电供电控制器。

4.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述第一控制引导模块包括：

第一短路模拟器，用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，并分别传输至所述交流充电插头和所述工业控制计算机；

第一任意波形发生器，用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号，并分别传输至所述交流充电插头和所述工业控制计算机；以及

用于为所述第一短路模拟器和所述第一任意波形发生器提供电源的第一低压辅助电源；

所述第二控制引导模块包括：

第二短路模拟器，用于产生模拟短路故障的故障模拟信号，并分别传输至所述直流充电插头和所述工业控制计算机；

第二任意波形发生器，用于产生模拟充电控制的充电控制模拟信号及干扰信号，并分别传输至所述直流充电插头和所述工业控制计算机；以及

用于为所述第二短路模拟器和所述第二任意波形发生器提供电源的第二低压辅助电源。

5.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述CAN通信模块包括：

用于模拟CAN通信报文的CAN-BUS模拟器和用于分析所述CAN-BUS模拟器模拟的CAN通信报文的CAN-BUS分析仪，所述CAN-BUS模拟器将模拟的CAN通信报文发送至所述CAN-BUS分析仪，所述CAN-BUS分析仪将对CAN通信报文的分析数据发送至所述工业控制计算机。

6.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述工业控制计算机内设置有多功能数据采集器卡。

7.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述充电桩模拟器还包括：

功率分析模块，用于分别对从所述第一控制引导电路和第二控制引导电路输出的电压和电流进行功率分析。

8.根据权利要求7所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述功率分析模块包括：电能质量分析仪。

9.根据权利要求1所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述充电桩模拟器还包括：

示波器，用于分别对从所述第一控制引导电路和第二控制引导电路输出的电压和电流进行波形显示。

10.根据权利要求9所述的充电桩模拟器，其特征在于，所述示波器为：数字示波器。