CN109188272A - 一种电动汽车非车载充电机环流检测装置及其校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车非车载充电机环流检测装置，包括隔离环流负载单元，检测控制中心单元、电阻负载单元，非车载充电机的输出端与检测控制单元连接，检测控制单元再与隔离环流负载单元连接，在隔离环流负载单元量程不足以满足现场检测需求时，电阻负载单元并联至隔离环流负载单元。本发明使原本耗散于模拟负载电阻及电子负载的电能能够通过隔离环流负载单元能够再度返回相关设备。一方面大幅度减少检测校验带来的能量损耗，另一方面保证校验装置的重量与体积不会过大，以及电气隔离安全。

Description

一种电动汽车非车载充电机环流检测装置及其校验方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车非车载充电机环流检测装置及其校验方法，属电气测量技术及其仪器仪表技术领域。

背景技术

充电桩在政策鼓励背景下，数量迅猛增长。由于涉及电能贸易结算公平问题，公司及计量行业急需提高对充电桩检定检测能力。国网公司于6月13日正式发文要求计量中心对省内的充电桩电能计量进行室内首检，并加强充电桩实验能力建设。充电桩主要分交流充电与直流充电，其中交流充电计量沿用交流电能计量，已较为成熟，直流充电由于正处于推广应用的初步阶段，对公司与计量行业提出了新的能力要求。

直流充电带来的计量问题之一是直流充电电流较大，若直流充电桩电能计量校验装置中的负载采用纯电阻或电子负载形式，直流充电桩每年定期的周期校验将带来较大的能源耗散，并且由于电需要转换为纯热能的方式，传统的电阻校验方式由于巨大的散热需求导致电阻体积巨大，无法缩小，有时现场都很难实现现场校验。一方面不利于节能减排，另一方面耗散产生的费用充电桩运营方对此必然不愿意承担，将产生新的校验纠纷。有必要研究校验能源损耗的应对办法。

发明内容

本发明的目的是，针对现有直流充电电能计量校验能源耗散问题，提出一种电动汽车非车载充电机环流检测校验装置，使原本耗散于模拟负载电阻及电子负载的电能能够通过隔离环流负载单元能够再度返回相关设备。一方面大幅度减少检测校验带来的能量损耗，另一方面保证校验装置的重量与体积不会过大，以及电气隔离安全。

本发明的技术方案是，一种电动汽车非车载充电机环流检测装置，包括隔离环流负载单元，检测控制中心单元，非车载充电机的输出端与检测控制单元连接，检测控制单元再与隔离环流负载单元连接。

进一步优选，还包括电阻负载单元，在隔离环流负载单元量程不足以满足现场检测需求时，电阻负载单元并联至隔离环流负载单元。

进一步优选，所述检测控制中心单元包含BMS模拟器，大电流通道前端板，采样板，工控机、电源管理模块，BMS模拟器信号连接工控机，工控机信号连接采样板，采样板信号连接大电流通道前端板，电源管理模块为检测控制中心单元的电路供电。

进一步优选，检测控制中心中电源管理模块主要为检测控制中心数字电路与模拟电路供应工作电源。电源管理模块分为模拟电路电源和数字电路电源两个部分，防止数字电路和模拟电路的相互干扰，最后采取单点接地等地线隔离的方式令数字电路和模拟电路模块各自工作在相对稳定的电源环境中。

进一步优选，大电流通道前端板就是将外部电压信号或者电流信号转化为适合AD进行采样的电压信号。采样板将大电流通道前端板提供的电压信号转换成数字信号，并提供给工控机。

进一步优选，所述隔离环流负载单元包含高频隔离双向全桥DC-DC变换器及三相PWM整流器，高频隔离双向全桥DC-DC变换器与三相PWM整流器串联。

进一步优选，所述隔离环流单元中三相PWM整流器由主回路、控制回路、信号采样电路及信号调理电路等组成。控制系统以TI公司的TMS320F2812DSP为核心，来控制PWM整流器主电路功率开关器件得到期望的电压电流输出。DSP控制平台是整个装置的核心部分，控制平台它负责整个系统的数据采集、数据处理、控制算法、数据交互、信号显示、人机通信等。系统需要检测的信号有三相网侧电流信号、三相电网相电压信号和直流侧母线电压信号，这些信号经信号调理电路转换后送入AD采样芯片，再由AD芯片转换成数字信号。DSP对这些数字信号进行处理分析、外环PI调节、无差拍计算等运算后，生成PWM信号，PWM信号经IGBT驱动电路后送给功率开关管。

进一步优选，所述隔离环流单元中高频隔离双向全桥DC-DC变换器，采用的控制方式为单移相控制方式(Single-phase-shift Control)。与普通的全桥不同的是，这种控制方式中，变压器原边侧全桥臂和副边侧全桥臂的驱动脉冲信号之间会有一个移相角，通过控制这个移相角来实现对传输功率大小和方向的调节。

一种基于上述电动汽车非车载充电机环流检测装置的电动汽车非车载充电机环流检测校验方法，步骤如下：

步骤1：接线：初步判断检测功率量程，当检测功率小于可回馈量程时，在直流充电桩出口处接入检测控制中心单元与隔离环流负载单元；当判断检测功率大于可回馈量程时，在直流充电桩电气接口处接入检测控制中心单元、隔离环流负载单元及电阻负载单元，或并联其他隔离环流负载单元；

步骤2：开始测试；

步骤3：在输入界面登记直流充电桩铭牌等相关信息；

步骤4：利用电动汽车非车载充电机环流检测装置所安装的温度、湿度、大气压力传感器检定环境条件判断；判断环境条件符合设定要求时，继续检测工作；

步骤5：电动汽车非车载充电机环流检测装置的插枪并对直流充电桩枪头至开关部分进行绝缘性能检测；

步骤6：刷卡启动直流充电桩，启动隔离环流负载单元，待隔离环流负载单元进入稳定状态后，检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按计量检定规程规定工况或者自定义工况工作，完整进行工作误差检测、计费金额误差检测；

步骤7：检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按通信一致性标准规定进行充电桩一致性检测能力实现；

步骤8：检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按非车载充电机互操作性要求进行检测实现；

步骤9：由检测控制中心向充电机发出停止充电机指令并生成报表，向隔离环流负载单元发出停机要求；

步骤10：保存报表；

步骤11：测试结束。

本方法以计量校验系统为控制中心，与电动汽车充电机以约定协议通讯，并控制计量校验系统模拟计量检定规程规范以及多种现场电动汽车充电工况来进行计量校验或其他检测；在交流供电环境下由充电桩流入计量校验系统的电能可经由计量校验系统的环流校验方式反馈回交流供电端。最终实现低耗能的满载大电流与详细工况下的计量等性能检测。

本发明的有益效果是：本发明提出一种非车载充电机的现场校验方法，极大的丰富了现场校验时可校验的工况种类，较大程度的减少了现场校验的能量损失；在损失一定能量的情况下，可以实现更大的充电电流值现场校验。同时在环流中置入高频隔离环节替代隔离变压器可以较大幅度的减轻环流校验装置的可移动性。

本发明适用于充电桩计量性能等检测领域。

附图说明

图1为本发明装置原理示意图；

图1中，1是直流充电桩；2是直流充电桩现场校验装置；3是环流计量式负载。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种电动汽车非车载充电机环流检测装置，包括隔离环流负载单元3，电阻负载单元以及检测控制中心单元2，电动汽车非车载充电机环流检测装置至少包含有一个检测控制中心单元2，一个隔离环流负载单元3。非车载充电机的输出端与检测控制单元2连接，检测控制单元2再与隔离环流负载单元3连接，在隔离环流负载单元3量程不足以满足现场检测需求时，可将电阻负载单元并联至隔离环流负载单元3。

所述检测控制中心单元2包含BMS模拟器，大电流通道前端板，采样板，工控机、电源管理模块。BMS模拟器信号连接工控机，工控机信号连接采样板，采样板信号连接大电流通道前端板，电源管理模块为检测控制中心单元2的电路供电。

检测控制中心2中电源管理模块主要为检测控制中心数字电路与模拟电路供应工作电源。电源管理模块分为模拟电路电源和数字电路电源两个部分，防止数字电路和模拟电路的相互干扰，最后采取单点接地等地线隔离的方式令数字电路和模拟电路模块各自工作在相对稳定的电源环境中。

大电流通道前端板就是将外部电压信号或者电流信号转化为适合AD进行采样的电压信号。

采样板将大电流通道前端板提供的电压信号转换成数字信号，并提供给工控机。

BMS模拟器控制导引模块根据GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》及GB/T 27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》作为主要设计依据，用于与充电桩交互通信及控制。

所述隔离环流负载单元3包含高频隔离双向全桥DC-DC变换器及三相PWM整流器，高频隔离双向全桥DC-DC变换器与三相PWM整流器串联。

所述隔离环流单元3中三相PWM整流器由主回路、控制回路、信号采样电路及信号调理电路等组成。控制系统以TI公司的TMS320F2812DSP为核心，来控制PWM整流器主电路功率开关器件得到期望的电压电流输出。DSP控制平台是整个装置的核心部分，控制平台它负责整个系统的数据采集、数据处理、控制算法、数据交互、信号显示、人机通信等。系统需要检测的信号有三相网侧电流信号、三相电网相电压信号和直流侧母线电压信号，这些信号经信号调理电路转换后送入AD采样芯片，再由AD芯片转换成数字信号。DSP对这些数字信号进行处理分析、外环PI调节、无差拍计算等运算后，生成PWM信号，PWM信号经IGBT驱动电路后送给功率开关管。

所述隔离环流单元3中高频隔离双向全桥DC-DC变换器，采用的控制方式为单移相控制方式(Single-phase-shift Control)。与普通的全桥不同的是，这种控制方式中，变压器原边侧全桥臂和副边侧全桥臂的驱动脉冲信号之间会有一个移相角，通过控制这个移相角来实现对传输功率大小和方向的调节。

隔离环流负载单元3主要用于在安全的高频隔离前提下实现检测时的大功率电能由本单元反馈回电网。

在检测功率量程超出环流量程范围之外时，可以并联电阻性负载进行大量程检测工作。也可并联其他的环流功率负载来进行量程扩大。

电动汽车非车载充电机环流检测校验方法，步骤如下：

步骤1：接线：初步判断检测功率量程，当检测功率小于可回馈量程时，在直流充电桩1出口处接入检测控制中心单元2与隔离环流负载单元3；当判断检测功率大于可回馈量程时，在直流充电桩电气接口处接入检测控制中心单元2、隔离环流负载单元3及电阻负载单元，或并联其他隔离环流负载单元3。

步骤2：开始测试；

步骤3：在输入界面登记直流充电桩铭牌等相关信息；

步骤4：利用电动汽车非车载充电机环流检测装置所安装的温度、湿度、大气压力传感器检定环境条件判断(保护温度、湿度、大气压力)；判断环境条件符合设定要求时，继续检测工作；

步骤5：电动汽车非车载充电机环流检测装置的插枪并对直流充电桩枪头至开关部分进行绝缘性能检测；

步骤6：刷卡启动直流充电桩，启动隔离环流负载单元3，待隔离环流负载单元3进入稳定状态后，检测控制中心2控制调整隔离环流负载单元3及直流充电桩构成的主电路系统按计量检定规程规定工况或者自定义工况工作，完整进行工作误差检测、计费金额误差检测；

上述工况特点在于：本发明所指工况包含但不限于：某车型电动汽车的各种充电状态下的充电状态，例如江淮电动汽车EV300系列下在低温下的0％荷电状态到各充电荷电状态的充电误差，中等温度条件下的20％荷电状态到各段时的充电误差，高温条件下的50％荷电状态下到各段时的充电误差。国家计量规程所描述的各级工况。

步骤7：检测控制中心2控制调整隔离环流负载单元3及直流充电桩1构成的主电路系统按通信一致性标准规定进行充电桩一致性检测能力实现；

步骤8：检测控制中心2控制调整隔离环流负载单元3及直流充电桩1构成的主电路系统按非车载充电机互操作性要求进行检测实现；

步骤9：由检测控制中心2向充电机发出停止充电机指令并生成报表，向隔离环流负载单元3发出停机要求；

步骤10：保存报表；

步骤11：测试结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种电动汽车非车载充电机检测方法及装置，可使电能在直流充电桩与本装置的循环流转及隔离中实现电动汽车实际充电过程的模拟，并检测非车载充电机的工作误差，极大的丰富了现场校验时可校验的工况种类，较大程度的减少了现场校验的能量损失；在损失一定能量的情况下(并联耗能型负载)，可以实现更大的充电电流值现场校验；减少为充电站供电的变压器的检测容量需求；同时在环流中置入高频隔离环节替代隔离变压器可以较大幅度的减轻环流校验装置重量，提高可移动性及安全性。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种电动汽车非车载充电机环流检测装置，包括隔离环流负载单元，检测控制中心单元，其特征是：非车载充电机的输出端与检测控制单元连接，检测控制单元再与隔离环流负载单元连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车非车载充电机环流检测装置，其特征是：还包括电阻负载单元，在隔离环流负载单元量程不足以满足现场检测需求时，电阻负载单元并联至隔离环流负载单元。

3.根据权利要求2所述的电动汽车非车载充电机环流检测装置，其特征是：所述检测控制中心单元包含BMS模拟器，大电流通道前端板，采样板，工控机、电源管理模块，BMS模拟器信号连接工控机，工控机信号连接采样板，采样板信号连接大电流通道前端板，电源管理模块为检测控制中心单元的电路供电；检测控制中心中电源管理模块为检测控制中心数字电路与模拟电路供应工作电源；电源管理模块分为模拟电路电源和数字电路电源两个部分，采取单点接地的方式令数字电路和模拟电路模块各自工作在相对稳定的电源环境中；大电流通道前端板就是将外部电压信号或者电流信号转化为适合AD进行采样的电压信号；采样板将大电流通道前端板提供的电压信号转换成数字信号，并提供给工控机；所述隔离环流负载单元包含高频隔离双向全桥DC-DC变换器及三相PWM整流器，高频隔离双向全桥DC-DC变换器与三相PWM整流器串联。

4.根据权利要求3所述的电动汽车非车载充电机环流检测装置，其特征是：所述隔离环流单元中三相PWM整流器由主回路、控制回路、信号采样电路及信号调理电路组成。

5.根据权利要求4所述的电动汽车非车载充电机环流检测装置，其特征是：所述隔离环流单元中高频隔离双向全桥DC-DC变换器，采用的控制方式为单移相控制方式。

6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的电动汽车非车载充电机环流检测装置的电动汽车非车载充电机环流检测校验方法，步骤如下：

步骤1：接线：初步判断检测功率量程，当检测功率小于可回馈量程时，在直流充电桩出口处接入检测控制中心单元与隔离环流负载单元；当判断检测功率大于可回馈量程时，在直流充电桩电气接口处接入检测控制中心单元、隔离环流负载单元及电阻负载单元，或并联其他隔离环流负载单元；

步骤2：开始测试；

步骤3：在输入界面登记直流充电桩铭牌等相关信息；

步骤4：利用电动汽车非车载充电机环流检测装置所安装的温度、湿度、大气压力传感器检定环境条件判断；判断环境条件符合设定要求时，继续检测工作；

步骤5：电动汽车非车载充电机环流检测装置的插枪并对直流充电桩枪头至开关部分进行绝缘性能检测；

步骤6：刷卡启动直流充电桩，启动隔离环流负载单元，待隔离环流负载单元进入稳定状态后，检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按计量检定规程规定工况或者自定义工况工作，完整进行工作误差检测、计费金额误差检测；

步骤7：检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按通信一致性标准规定进行充电桩一致性检测能力实现；

步骤8：检测控制中心控制调整隔离环流负载单元及直流充电桩构成的主电路系统按非车载充电机互操作性要求进行检测实现；

步骤9：由检测控制中心向充电机发出停止充电机指令并生成报表，向隔离环流负载单元发出停机要求；

步骤10：保存报表；

步骤11：测试结束。