CN107515343A - 一种非车载充电机电气故障模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非车载充电机电气故障模拟系统，其特征在于，所述系统包括直流充电桩，电压扰动源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述电压扰动源设置于所述直流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述直流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述电压扰动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电压扰动源，所述直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直流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能直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

一种非车载充电机电气故障模拟系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车测试领域，尤其涉及一种非车载充电机电气故障模拟系统。

背景技术

随着新能源电动汽车产业全球化的逐步发展，电动汽车主要依赖直流充电桩给汽车电源模块充电，目前，电动汽车直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，电动汽车非车载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直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机输入电压过高或过低；充电机输出过压、输出短路、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，虽然在直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直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直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非车载充电机电气故障模拟系统，解决了现有技术缺乏对直流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能直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非车载充电机电气故障模拟系统，所述系统包括直流充电桩，电压扰动源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述电压扰动源设置于所述直流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述直流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述电压扰动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电压扰动源，所述直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。

进一步的，所述电压扰动源为包含多个抽头的可调压变压器，所述多个抽头设置于所述变压器的副边绕组侧，用以输出不同的电压值，且所述抽头的连接线上设置有可断开和连通连接的接触器。

进一步的，所述充电接口故障模拟器包括电动汽车直流接口电路模拟器，和负载及短路阻抗模拟器两部分。

进一步的，所述电动汽车直流接口电路模拟器包括车座插座，所述车座插座包含多个触点，且所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括连接任意触点的连接开关。

进一步的，所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括搭载有车辆BMS模拟软件、非车载充电通信模拟软件的控制芯片。

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非车载充电桩电气故障模拟系统，包括直流充电桩，电压扰动源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，通过设置在直流充电桩的输入端的电压扰动源可以提供多种扰动电压，以检测直流充电桩在各种输入电压情况下的运行，所述充电接口故障模拟器设置于所述直流充电桩的输出端，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电压扰动源，所述直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。

附图说明

图1为本申请实施例中一种非车载充电机电气故障模拟系统的模块图；

图2为本申请实施例中电压扰动源102的结构示意图；

图3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，电动汽车直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。电动汽车直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直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非车载充电机电气故障模拟系统，解决了现有技术缺乏对直流充电桩在各种恶劣情况下的真实模拟检查，不能直流充电桩的实际性能以及缺乏规范化的测试手段，并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、充电机输入电压过高或过低：例如电网由于故障或异常，电网电压频繁波动，明显偏离额定值。电压过高和过低都会影响到充电机安全工作。

2、充电机输出过压：充电机因自身控制原因导致输出过压，对电动汽车的电池造成损害，甚至导致燃烧、爆炸。

3、充电机输出短路：充电机输出接口因为某种原因短路，导致充电机损毁。

4、绝缘水平下降：充电机绝缘水平下降将导致人身伤害事故。

5、冲击电流：充电机进行额定负载充电时，对系统的冲击不能太大，否则影响电网安全。

6、软启动：充电机启动后电压应该在规定时间内上升到工作电压。

7、电池反接：如果发生充电机输出的正负极和电池的正负极相反的情况将可能导致充电机和电动汽车损坏甚至爆炸。

8、连接异常：如果充电机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，本发明提供了一种非车载充电机电气故障模拟系统100，所述系统包括直流充电桩101，电压扰动源102，充电接口故障模拟器103，二次集控系统104，其中，所述电压扰动源102设置于所述直流充电桩101的输入端，所述充电接口故障模拟器103设置于所述直流充电桩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电压扰动源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电压扰动源102，所述直流充电桩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。

直流充电桩101为固定安装在地面，将电网交流电能变换为直流电能，采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置，也被称为非车载充电机。

电压扰动源102接在直流充电桩101的输入端，用来模拟电网；充电接口故障模拟器103接在直流充电桩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电压扰动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设置在电压扰动源102和直流充电桩101之间的连接通路上，关键点2设置在直流充电桩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。

进一步的，所述电压扰动源102为包含多个抽头的可调压变压器，如图2所示，所述多个抽头设置于所述变压器的副边绕组侧，用以输出不同的电压值，且所述抽头的连接线上设置有可断开和连通连接的接触器。

电压扰动源102的变压器副边设计成多个分离式的抽头，每个抽头对应不同的电压值，从50% Un到115% Un。包括额定电压档、升压档（额定电压以上）和降压档（额定电压以下），电压扰动源102给直流充电桩供电，模拟电网产生过压和欠压的情况，测试直流充电桩在过压的情况下能否切断输出并告警，欠压情况下的能否告警等情况。在实际测试时，通过软件的设置和程序控制，电压扰动源102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。例如，电压扰动源102可以产生三相对称暂降、暂升或中断等多种类型的电压情况。

示例的，例如可提供输入过压保护试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作；调整电压扰动源到115%的额定电压，充电机应该停止直流输出并告警。

如表1，通过二次集控系统输出得到的测量结果和数据：

输出过压保护动作值（V）	输出电压（V）	输出电流（A）
			600.000	5.631	0.000

再例如，输入欠压保护试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。调整电压扰动源到85%的额定电压，充电机应告警。

再例如，输出过压保护试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。调整充电机输出参数，模拟过压故障，当输出电压超过最高直流电压值的110％时充电机输出过压保护应启动，且发出告警信号。

进一步的，如图3所示，所述充电接口故障模拟器103包括电动汽车直流接口电路模拟器1031，和负载及短路阻抗模拟器1032两部分。

所述电动汽车直流接口电路模拟器包括车座插座，所述车座插座包含多个触点，且所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括连接任意触点的连接开关。电动汽车直流接口电路模拟器直流车辆模拟器中对车辆插座的每个触点都有通断仿真功能，可实现各路故障仿真。可以模拟充电接头的DC+、DC-与PE之间的绝缘故障。可以模拟充电接头的S+、S-、CC1、CC2、A+和A-对地故障。可实现正常充电和非正常充电的模拟功能。可以模拟实现车辆充电准备就绪时闭合，其他条件及桩故障时断开。

示例的，所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括搭载有车辆BMS模拟软件、非车载充电通信模拟软件的控制芯片。

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，例如可以进行输出过流保护试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。调节充电接口故障模拟器，短接充电机的直流输出端，充电机应自动进入恒流输出状态或切断直流输出，并发出告警提示。绝缘接地保护试验，包括将直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作，调节充电接口故障模拟器，模拟充电机直流接口接地和绝缘下降，充电机立即切断直流输出，并发出告警提示。

再例如，冲击电流试验，将直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。检测充电机输入峰值电流，充电机峰值电流不应超过额定输入电流的110%。

如表2，通过本系统得到的测量或观察结果：

额定输入电流（A）	输入峰值电流（A）	冲击电流倍数
			90.134	103.542	1.149

再例如，软启动试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。检测输出电压变化曲线，输出电压从开始上升至额定稳定时的变化时间应3～8s。

再例如，蓄电池反接检测，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节充电接口故障模拟器将动力蓄电池与充电机输出正、负极反置，启动充电机输出，充电机应闭锁直流输出并发出告警提示。

再例如，急停功能试验，直流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，应立即切断输出电源并发出告警提示。

再例如，连接异常试验，直流充电桩连接充电接口故障模拟器，调节到额定负载下工作。调节充电接口故障模拟器模拟充电机接头的连接断开，充电机应立即切断输出电源并发出告警提示。

如表3，通过二次集控系统测量或观察结果：

	输出电压（V）	输出电流（A）	判定
				充电前	0.000	0.000	Pass
充电中	3.555	0.000	Pass

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直流充电桩在外部故障情况下的工作特性，结合举例的测试方法，对直流充电桩的工作情况进行分析。记录充电机的输出数据，对故障模拟时刻进行对比、分析，对直流充电桩在外部故障情况的工作特性进行评估。

本申请提供的模拟系统，扰动电压源能够模拟电网异常情况，产生三相暂升、暂降以及两者的组合；充电接口故障模拟器，能够模拟直流充电桩充电接口故障和电动汽车电池负载故障；二次集控系统整合相关资源，控制管理电压扰动源、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产生了巨大的进步。

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 (7)

1.一种非车载充电机电气故障模拟系统，其特征在于，所述系统包括直流充电桩，电压扰动源，充电接口故障模拟器，二次集控系统，其中，所述电压扰动源设置于所述直流充电桩的输入端，所述充电接口故障模拟器设置于所述直流充电桩的输出端，所述二次集控系统通过数据输入端口分别连接于所述电压扰动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电压扰动源，所述直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。

2.如权利要求1所述的非车载充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述电压扰动源为包含多个抽头的可调压变压器，所述多个抽头设置于所述变压器的副边绕组侧，用以输出不同的电压值，且所述抽头的连接线上设置有可断开和连通连接的接触器。

3.如权利要求1所述的非车载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直流接口电路模拟器，和负载及短路阻抗模拟器两部分。

4.如权利要求3所述的非车载充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述电动汽车直流接口电路模拟器包括车座插座，所述车座插座包含多个触点，且所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括连接任意触点的连接开关。

5.如权利要求3所述的非车载充电桩电气故障模拟系统，其特征在于，所述电动汽车直流接口电路模拟器还包括搭载有车辆BMS模拟软件、非车载充电通信模拟软件的控制芯片。

6.如权利要求3所述的非车载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。

7.如权利要求1所述的非车载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。