CN107367701A - 一种交流充电桩电气故障模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流充电桩电气故障模拟系统，所述系统包括交流充电桩，可编程交流电源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述可编程交流电源设置于所述交流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述交流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述可编程交流电源和所述充电接口故障模拟器，所述二次集控系统的数据采集端口分别设置于所述可编程交流电源，所述交流充电桩以及所述充电接口故障模拟器的连接通路中的各关键点处，以采集并监测所述关键点的运行状态，解决了现有技术缺乏对交流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能交流充电桩的实际性能以及缺乏规范化的测试手段，并进一步的，使用户的电动汽车在使用过程中带来安全隐患的问题。

Description

一种交流充电桩电气故障模拟方法
技术领域
本发明涉及新能源电动汽车测试领域，尤其涉及一种交流充电桩电气故障模拟方法。
背景技术
随着新能源电动汽车产业全球化的逐步发展，电动汽车主要依赖交流充电桩采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源作为供电装置，目前，电动汽车交流充电桩的标准问题、现实因素以及自身存在的问题，对检测业务提出了迫切的需求，如果该电动汽车产品要规模化发展，其充电机必须要有完备的测试，其质量才能保证，汽车的安全才会得到保障，汽车级的产品才能持续发展。
目前，电动汽车交流充电桩的检测主要涉及电气性能、互操作性、通讯一致性等方面。其中电气安全检测牵涉到交流充电桩在出现极端情况时能否保证人身和设备安全，因此尤为重要。电气安全所带来的问题如充电桩输出过流，充电桩输出接地，连接异常等问题。这些问题一方面给人身安全和设备安全、电网稳定带来严重威胁，另一方面极大降低了用户的体验，给社会带来不良影响。
目前，虽然在交流充电桩投入市场前会进行型式实验，在已有技术中已有安全控制系统用于实时检测交流充电桩的电安全状态并实施安全控制，但对其功能的检测仅限于信号级别的验证，缺乏对各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能确保例如一些高压低压过亚情况下的电安全控制系统在车辆实际充电应用中的实际性能以及给交流充电桩充电过程中遇到的电压电流等问题有规范化的测试手段，并进一步的，影响用户的使用体验，使电动汽车领域的的电安全隐患难以有效解决。
发明内容
本申请实施例通过提供一种交流充电桩电气故障模拟系统，解决了现有技术缺乏对交流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能交流充电桩的实际性能以及缺乏规范化的测试手段，并进一步的，使用户的电动汽车在使用过程中带来安全隐患的问题。
本申请实施例提供了一种交流充电桩电气故障模拟方法，应用于交流充电桩电气故障模拟系统，所述系统包括交流充电桩，可编程交流电源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述可编程交流电源设置于所述交流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述交流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述可编程交流电源和所述充电接口故障模拟器，所述二次集控系统的数据采集端口分别设置于所述可编程交流电源，所述交流充电桩以及所述充电接口故障模拟器的连接通路中的各关键点处，以采集并监测所述关键点的运行状态，所述方法包括如下步骤：
在接收到电气故障模拟启动信号后，基于所述二次集控系统的数据输入端口，触发所述可编程交流电源从预设的多组电压中顺序进行电压输出或从预设的多组电流中顺序进行电流输出，且控制所述充电接口故障模拟器按照额定负载进行输出；
获取所述二次集控系统的数据采集端口所采集到的关键点的数据；
基于所述数据确定所述交流充电桩的运行状态，以在偏离正常运行状态时进行告警。
进一步的，所述可编程交流电源包括三相电网电压源模块，以及连接所述三相电网电压源模块的整流电路，以及连接所述整流模块的逆变电路。
进一步的，所述三相电网电压源模块与所述整流电路之间还设置有变压器电路以及三相电抗器电路，所述整流电路与所述逆变电路之间还设置有缓冲电阻。
进一步的，所述充电接口故障模拟器包括电动汽车交流接口电路模拟器，和负载及短路阻抗模拟器两部分。
进一步的，所述负载及短路阻抗模拟器包括短路开关、电阻调节开关及电阻。
进一步的，所述二次集控系统还包括控制单元以及后台工控机，所述控制单元与所述二次集控系统的数据采集端口连接，所述工控机与所述控制单元连接，其中，所述二次集控系统的数据采集端口采集的数据会送入所述控制器，以进行数据加工处理后，再送入所述后台工控机。
本申请实施例中提供交流充电桩电气故障模拟系统，包括交流充电桩，可编程交流电源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，通过设置在交流充电桩的输入端的可编程交流电源可以输出需要的交流电压，所述充电接口故障模拟器设置于所述交流充电桩的输出端，可以模拟充电接口侧的电路故障，最后通过二次集控系统采集可编程交流电源，所述交流充电桩以及所述充电接口故障模拟器的连接通路中的各关键点处的数据，如电压，电流或者其他参数，可以监测整个通路的运行状态，在此基础上，本申请还提供了一种交流充电桩电气故障模拟方法，包括在接收到电气故障模拟启动信号后，基于所述二次集控系统的数据输入端口，触发所述可编程交流电源从预设的多组电压中顺序进行电压输出或从预设的多组电流中顺序进行电流输出，且控制所述充电接口故障模拟器按照额定负载进行输出；获取所述二次集控系统的数据采集端口所采集到的关键点的数据；基于所述数据确定所述交流充电桩的运行状态，以在偏离正常运行状态时进行告警，本发明提供的交流充电桩故障模拟方法，解决了现有技术缺乏对交流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能交流充电桩的实际性能以及缺乏规范化的测试手段，并进一步的，使用户的电动汽车在使用过程中带来安全隐患的问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种交流充电桩电气故障模拟系统的模块图；
图2为本申请实施例中一种交流充电桩电气故障模拟方法的流程图；
图3为本申请实施例中可编程交流电源102的结构示意图；
图4为本申请实施例中可编程交流电源102的电路结构示意图；
图5为本申请实施例中充电接口故障模拟器103的示意图。
具体实施方式
由国家能源局完成的《电动汽车充电基础设施建设规划》草案提出，到2020年：我国充换电站数量要达到1.2万个，充电桩达到450万个；电动汽车与充电设施的比例接近标配的1:1。这极大推进电动汽车充电设施的建设。目前，电动汽车交流充电桩的标准问题、现实因素以及自身存在的问题，对检测业务提出了迫切的需求。电动汽车交流充电桩的检测主要涉及电气性能、互操作性、通讯一致性等方面。其中电气安全检测牵涉到交流充电桩在出现极端情况时能否保证人身和设备安全，因此尤为重要。
本申请实施例通过提供一种交流充电桩电气故障模拟系统，解决了现有技术缺乏对交流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能交流充电桩的实际性能以及缺乏规范化的测试手段，并进一步的，使用户的电动汽车在使用过程中带来安全隐患。
电气安全所带来的问题主要有以下几种表现：
1、充电桩输出过流：充电桩输出接口因为某种原因过流甚至短路，导致充电桩损毁。
2、接地：充电桩输出接地没有及时断开导致人身伤害事故。
3、连接异常：如果充电桩接头和电动汽车充电接头在充电过程中连接发生问题，可能导致过充、拉弧等问题。
如图1所示，本发明提供了一种交流充电桩电气故障模拟系统100，所述系统包括交流充电桩101，可编程交流电源102，充电接口故障模拟器103，二次集控系统104，其中，所述可编程交流电源102设置于所述交流充电桩101的输入端，所述充电接口故障模拟器103设置于所述交流充电桩101的输出端，所述二次集控系统104通过数据输入端口分别连接于所述可编程交流电源102和所述充电接口故障模拟器103，所述二次集控系统104的数据采集端口分别设置于所述可编程交流电源102，所述交流充电桩101以及所述充电接口故障模拟器103的连接通路中的各关键点处，以采集并监测所述关键点的运行状态。
交流充电桩101为采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。
可编程交流电源102接在交流充电桩101的输入端，用来模拟电网；充电接口故障模拟器103接在交流充电桩101的输出端，用来模拟各类输出故障。二次集控系统采集数据并控制可编程交流电源和充电接口故障模拟器的运行，是整套装置的控制核心。
其中，关键点均为预设好的检测点，在如图1中，可以设置两个检测的关键点，关键点1设置在可编程交流电源102和交流充电桩101之间的连接通路上，关键点2设置在交流充电桩101和充电接口故障模拟器103之间的连接通路上，在关键点上，可以采集三相电压，电流等相关参数。
如图2所示，在该系统的基础上，本申请还提供了一种交流充电桩电气故障模拟方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S11：在接收到电气故障模拟启动信号后，基于所述二次集控系统的数据输入端口，触发所述可编程交流电源从预设的多组电压中顺序进行电压输出或从预设的多组电流中顺序进行电流输出，且控制所述充电接口故障模拟器按照额定负载进行输出；
步骤S12：获取所述二次集控系统的数据采集端口所采集到的关键点的数据；
步骤S13：基于所述数据确定所述交流充电桩的运行状态，以在偏离正常运行状态时进行告警。
在步骤S13中，偏离正常运行状态是基于前期在交流充电桩正常充电时所测试并保存的运行数据，通过数据对比，在数据差距偏离一定范围之后，可以确认为偏离正常运行状态，对于本领域技术人员来说，正常的运行数据的评判标准为常规方法和步骤，在此不再赘述。
进一步的，如图3所示，所述可编程交流电源102包括三相电网电压源模块1021，以及连接所述三相电网电压源模块1021的整流电路1022，以及连接所述整流模块1022的逆变电路1023。
进一步的，如图4所示，所述三相电网电压源模块1021与所述整流电路1022之间还设置有变压器电路以及三相电抗器电路，所述整流电路1022与所述逆变电路1023之间还设置有缓冲电阻。
三相电网电压源1021经变压器隔离后，通过三相电抗器，接入整流电路1022。在整理电路1022与逆变电路1023之间加入缓冲电阻，降低在电网上电过程中对直流电压的冲击。通过对整流模块控制，得到稳定的直流电压逆变电路控制输出电压波形，通过设定参数，输出需要的交流电压。
作为交流电源，系统采用三相电压输出互相独立调节，可独立带载单独启动，可以输出稳定的交流电源。该电源将交流充电桩电气故障模拟系统与外部电网隔离，减小对电网的冲击。
测试时，通过软件的设置和程序控制，可编程交流电源可以模拟电网扰动，包括电压跌落，包括电压过低、电压过高，并且对电压变化曲线进行编程。可编程交流电源可以产生三相对称暂降、暂升或中断。
示例的，例如可提供过流保护试验：充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。模拟交流充电桩输出过流故障，交流充电桩应立即切断输出电源。
如表1，通过二次集控系统输出得到的测量结果和数据：
过流保护值（A） 停止输出电压（V） 停止输出电流（A） 停止时间（S）
35 217.300 36.340 9.805
进一步的，如图5所示，所述充电接口故障模拟器103包括电动汽车交流接口电路模拟器1041，和负载及短路阻抗模拟器1042两部分。
进一步的，所述负载及短路阻抗模拟器包括短路开关、电阻调节开关及电阻。负载及短路阻抗模拟器采用电阻模拟电动汽车直流充电时的负载和短路故障。电阻切换器件采用直流接触器，可实现恒压、恒流等模式。
在实际中，例如可以进行剩余电流保护功能试验：充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作，模拟交流充电桩输出相线与外壳短接，检查交流充电桩应立即切断输入电源。
如表2，通过二次集控系统输出得到的测量结果和数据：
剩余电流值（mA） 停止输出电压（V） 停止输出电流（A） 停止时间（S）
50.000 8.060 0.000 0.065
再例如，急停功能试验：充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。按急停按钮，交流充电桩应立即切断输出电源并发出告警提示。
再例如，电击防护试验：充电桩连接充电接口故障模拟器，充电桩非绝缘外壳接入充电接口故障模拟器，用故障模拟器测试充电接口导体到接地点的电阻，不能大于0.1Ω
再例如，连接异常试验：充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。模拟充电连接装置连接确认触头断开，进行充电操作，交流充电桩应不能启动充电；交流充电桩调节到额定负载下进行充电，模拟充电连接装置连接确认触头断开，检查交流充电桩应立即切断输出电源并发出告警提示。进一步的，所述二次集控系统104还包括控制单元以及后台工控机，所述控制单元与所述二次集控系统的数据采集端口连接，所述工控机与所述控制单元连接，其中，所述二次集控系统的数据采集端口采集的数据会送入所述控制器，以进行数据加工处理后，再送入所述后台工控机。
本发明针对需要检测交流充电桩在外部故障情况下的工作特性，结合以上测试方法，对交流充电桩的工作情况进行分析。记录充电桩的输出数据，对故障模拟时刻进行对比、分析，对交流充电桩在外部故障情况的工作特性进行评估。
本发明研制了基于以上发明方法的整套装置，可编程交流电源能够将本系统与电网隔离，并模拟电网异常情况，产生三相暂升、暂降以及两者的组合；充电接口故障模拟器，能够模拟交流充电桩充电接口故障和车载充电机故障；二次集控系统整合相关资源，控制管理可编程交流电源、充电接口故障模拟器，监测各运行状态，实现对流程、资源、综合信息、数据、报告，以及规范和标准的统一管理。在实用性和原创性方面都具有明显特征。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发
明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种交流充电桩电气故障模拟方法，应用于交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述系统包括交流充电桩，可编程交流电源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述可编程交流电源设置于所述交流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述交流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述可编程交流电源和所述充电接口故障模拟器，所述二次集控系统的数据采集端口分别设置于所述可编程交流电源，所述交流充电桩以及所述充电接口故障模拟器的连接通路中的各关键点处，以采集并监测所述关键点的运行状态，所述方法包括如下步骤：
在接收到电气故障模拟启动信号后，基于所述二次集控系统的数据输入端口，触发所述可编程交流电源从预设的多组电压中顺序进行电压输出或从预设的多组电流中顺序进行电流输出，且控制所述充电接口故障模拟器按照额定负载进行输出；
获取所述二次集控系统的数据采集端口所采集到的关键点的数据；
基于所述数据确定所述交流充电桩的运行状态，以在偏离正常运行状态时进行告警。
2.如权利要求1所述的交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述可编程交流电源包括三相电网电压源模块，以及连接所述三相电网电压源模块的整流电路，以及连接所述整流模块的逆变电路。
3.如权利要求2所述的交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述三相电网电压源模块与所述整流电路之间还设置有变压器电路以及三相电抗器电路，所述整流电路与所述逆变电路之间还设置有缓冲电阻。
4.如权利要求1所述的交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述充电接口故障模拟器包括电动汽车交流接口电路模拟器，和负载及短路阻抗模拟器两部分。
5.如权利要求4所述的交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述负载及短路阻抗模拟器包括短路开关、电阻调节开关及电阻。
6.如权利要求1所述的交流充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述二次集控系统还包括控制单元以及后台工控机，所述控制单元与所述二次集控系统的数据采集端口连接，所述工控机与所述控制单元连接，其中，所述二次集控系统的数据采集端口采集的数据会送入所述控制器，以进行数据加工处理后，再送入所述后台工控机。
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