CN110749798B - 一种大功率群充直流充电单元测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率群充直流充电单元测试系统及测试方法，包括：主控单元，分别与主控单元连接的上位机和辅控单元；所述辅助控制器通过控制线与直流充电单元连接；通过所述上位机配置直流充电单元的测试内容；所述主控单元根据配置的测试内容，通过辅助控制器向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协议测试分析以及磁保持继电器通路测试功能。本发明能够实现对直流充电单元电路功能与软件功能的全方位测试分析，可以对直流充电单元的每个模块进行单独测试分析，也可以拓展到对其他有对应模块的单元的测试分析。

Description

一种大功率群充直流充电单元测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种大功率群充直流充电单元测试系统及测试方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电动汽车充电技术经过多年的发展，对电动汽车充电设备充电电压充电电流的能力要求越来越高，为了满足充电要求并且更合理的利用更多的充电模块，设计了大功率群充系统的充电桩，大功率群充系统能实现对充电模块的更高效的利用，最大化的将电流汇集到群充系统的母线上。而对电流汇集起到关键作用的是直流充电单元(DCU，以下简称“DCU单元”)。

DCU单元能通过对大功率群充系统的充电桩的矩阵化切换，为设备提供更大的电流，保证DCU单元在电动汽车充电桩中安全可靠的运行，变得尤为重要。

发明人发现，目前对于DCU单元的测试，只是检查相应的接线是否正确，或者将DCU单元装入相应的电动汽车充电桩中完成一次充电功能，就认为测试通过，不能对产品的性能做完整的评估；并且该方式只能在特定的系统中测试，无法实现边界值测试(测试在边界范围内或刚刚超越边界外的充电电压值时，是否满足要求)、全范围的测试(测试在取值范围内所有充电电压值时，是否满足要求)，更不对产品的性能提供分析。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上技术问题，提出了一种大功率群充直流充电单元测试系统及测试方法，能够实现对DCU单元的硬件、软件进行全方位的测试，并对DCU单元做出软件通信协议时间响应的分析报告；全方位模拟DCU单元在充电桩中的工作环境，实现各种异常注入测试，提高DCU单元在桩内运行的安全性、稳定性。

在一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种大功率群充直流充电单元测试系统，包括：

主控单元，分别与主控单元连接的上位机和辅控单元；所述辅控单元通过控制线与直流充电单元连接；

所述上位机被配置为用于配置直流充电单元的测试内容；

所述主控单元被配置为向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协议测试分析以及磁保持继电器通路测试功能；

所述辅控单元被配置为根据主控单元的控制指令，向直流充电单元提供测试所需的电压、电流模拟量或者绝缘电阻；或者，实现对CAN线路的断开和短接操作以及对磁保持继电器通道的通断操作。

主控单元根据时序向各个连接单元下达各种指令；辅控单元接收到主控的指令，向DCU各个模拟量接口提供相应的模拟量。需要说明的是，主控单元和辅控单元所实现的功能也可以由一个单独的控制器来实现，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，包括：主控单元接收关于直流充电单元测试内容的配置信息，控制辅控单元向直流充电单元提供测试所需的电压、电流模拟量或者绝缘电阻，或者实现对CAN线路的断开和短接操作以及对磁保持继电器通道的通断操作；主控单元向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协议测试分析和/或磁保持继电器通路测试功能。

进一步地，还包括：主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定的电压，将直流电表获取的直流电源电压值作为标准电压，直流充电单元采集的电压为实际电压。将采集的标准电压做一条曲线，将采集的实际做一条曲线，分别在两条曲线上取N个点，做N个点曲线的切线；然后求N个点斜率的平均值，标准电压曲线的为K1，实际电压曲线的为K2；K1与K2的平均值K做为直流充电单元的电压采集校准系数；

主控单元向直流充电单元写完校准系数后，主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定范围内的不同电压值，测试直流充电单元在设定的电压范围内是否满足电压采集精度的要求；

或者，将直流充电单元连接负载，直流电表采集的分流器两端的电流大小为标准电流，将直流电源在某一电压值下的标准电流与直流充电单元的采集电流进行比较，得到直流充电单元的电流采集校准系数；

通过调节负载大小，测试直流充电单元在设定的电流范围内是否满足电流采集精度的要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够实现对直流充电单元电路功能与软件功能的全方位测试分析，可以对直流充电单元的每个模块进行单独测试分析，也可以拓展到对其他有对应模块的单元的测试分析；

本发明创新性的提出大功率群充直流充电单元测试方法，构建了CAN通信噪声质量模型，设计了噪声信号注入测试技术，模拟了大功率群充通信的噪声干扰，实现直流充电单元全面可靠性的测试，使直流充电单元组成在大功率群充系统的应用中信号质量显著提升，信号抗干扰能力明显增强。

本发明创新性的提出直流充电单元模拟量动态校准方法，实现了模拟量采集的高精度校准，达到国标要求的模拟量采集精度，在大电流高电压应用中采集的电压线性度良好。

本发明可以通过模拟不同的充电电压值，实现对于直流充电单元的边界测试和全范围测试；

本发明可以重新编写CAN通信规约，实现对拥有CAN通信规约的单元的软件测试；

本发明可以进行各种异常注入测试，提高DCU单元在桩内运行的安全性、稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例一中、大功率群充直流充电单元测试系统结构示意图；

图2为实施例一中辅控单元CAN线路测试框图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，提出了一种大功率群充直流充电单元测试系统，如图1所示，包括：上位机、主控单元、辅控单元、DCU单元、可编程直流电源和直流电表；上位机通过网线与主控单元连接，主控单元通过CAN总线与辅控单元连接；辅控单元通过控制线与DCU单元连接，直流电表通过采集线与可编程直流电源连接，可编程直流电源通过采集线与DCU单元连接，可编程直流电源可以为DCU单元提供不同的供电电压。

主控单元根据时序向各个连接单元下达各种指令；辅控单元接收到主控的指令，向DCU单元各个模拟量接口提供相应的模拟量。

主控单元通过CAN总线分别与可编程直流电源和DCU单元通信，主控单元通过RS485总线与直流电表通信，用于实现主控单元与各设备之间的数据交互；当然，本实施例中的通信总线形式只是实例，本领域技术人员可以根据实际需要自行选择连接总线的形式。

上位机通过网线与主控单元相连，具有配置主控单元、数据分析显示的功能。上位机通过配置界面可以配置测试内容、测试项目，显示界面可以将主控上传的数据显示，并根据数据做出分析报告。

主控单元的硬件平台采用ARM Cortex-A8处理器硬件平台，具有六路CAN接口，二路RS485接口。主控单元、辅控单元与DCU单元组成第一路CAN总线，两端分别接120欧姆匹配电阻，通过此线路主控单元向辅控单元下命令、接收DCU单元上传信息；主控单元与可编程直流电源组成第二路CAN总线，两端分别接120欧姆匹配电阻，两端通过此线路主控单元向充电模块下达启动电压、关机等命令；主控单元与直流电表组成RS485线路，用于读取直流电表采集的可编程直流电源输出电压电流的信息。可编程直流电源输出的电压电流通过连接装置加载到DCU单元的充电电压、充电电流、电池电压的端口，用于测试DCU单元对电压电流模拟量的采集。

辅控单元的硬件平台采用Cortex-M3系列的STM32F103硬件平台。辅控单元根据主控单元的命令为DCU模块提供12V供电电源，为磁保持继电器通道提供24V采集电压，为充电电压提供绝缘电阻。

通过本实施例系统可以实现对DCU单元的CAN通信线路测试、DCU单元报文协议测试分析、DCU单元电压采集模块校准测试、DCU单元充电电流校准测试、DCU单元磁保持继电器通路测试以及DCU单元绝缘电路功能测试等。

DCU单元CAN线路测试的具体实现方法为：

在PC上位机可以根据大功率群充系统独有的特点，建立CAN通信噪声模型；所述CAN通信噪声模型包含了大功率群充可能涉及到的多种不同的干扰，上位机可以根据需要从噪声模型中调取相应的干扰或者对不同干扰进行叠加后通过辅控单元实现注入干扰。

干扰分为数字干扰与频率干扰，数字干扰是通过向CAN线发送干扰报文实现的；频率干扰是通过Noise端口注入不同频率的电压影响电平信号实现的。

上位机配置CAN线路测试信息，主控单元向辅控单元发送断开CAN-H线的命令，辅控单元接收到命令之后将连接在DCU单元与辅控单元之间的CAN-H线断开1分钟，重连CAN-H线后主控单元会通过接收的报文，确认DCU单元能否恢复通信；

主控单元向辅控单元发送将CAN-H线短接到Noise1的命令，辅控单元收到命令之后将CAN-H线短接到Noise11分钟，CAN-H线恢复后主控单元会通过接收的报文，确认DCU单元能否恢复通信；

主控单元向辅控单元发送将CAN-H线短接到Noise2的命令，辅控单元收到命令之后将CAN-H线短接到Noise21分钟，恢复后主控单元会通过接收的报文，确认DCU单元能否恢复通信(CAN总线回复之后，主控单元才能接收到正确的报文，否则接收不到)。

Noise端口为干扰源接口，可以通过这个接口注入不同频率、不同值的电压干扰，实现电实现方式是将此接口接到干扰源。

主控单元向辅控单元发送将CAN-H线与CAN-L线短接的命令，辅控单元收到命令之后将CAN-H线与CAN-L线短接1分钟，CAN-H线与CAN-L线恢复连接后，主控单元会通过接收的报文，确认DCU单元能否恢复通信。

以上对CAN-H的操作同样适用于CAN-L。

图2为辅控单元CAN线路测试框图，Chip1与Chip2为四路信号通断芯片，IN1、IN2、IN3、IN4为芯片的控制管脚，IN1控制芯片S1路到D1路的通断，IN2、IN3、IN4分别控制剩余三路通路；将Chip1与Chip2的控制管脚连接在一起，目的对两个芯片的同一信号通路同时进行通断；需要导通哪个通路，将相应的INx管脚置成高电平，其余管脚置成低电平。

DCU单元报文测试的具体过程为：

上位机配置报文测试信息，上位机向DCU单元发送报文，上位机接收DCU单元回复的报文，记录响应时间，分析报文内容；上位机两条报文的发送时间间隔可以设置，发送间隔直到DCU单元不能100％的回复每一条报文，从而分析出DCU单元最大处理报文的能力；可以在上位机正常发送的报文中，加入干扰报文，通过接收的报文分析DCU单元抗软件干扰的能力。

DCU单元电压采集测试的具体过程为：

上位机配置测试量程和步进电压信息：如设置的电压采集量程为0-1000V，步进电压为10V。通过可编程直流电源提供电压，从0V开始，每次上升10V，直到1000V。直流电流表采集的电压信息为标准电压，直流充电单元采集的电压为实际电压。主控单元与直流电表通信，获取标准电压；主控单元与直流充电单元通信，获取实际电压。主控单元根据标准电压数据做出曲线，在100V倍数的点做曲线的切线，获取10个值，然后求平均值，得到K1；主控单元根据实际电压数据做出曲线，在100V倍数的点做曲线的切线，获取10个值，然后求平均值，得到K2；K1与K2的平均值作为直流充电单元的电压校准系数。

可编程直流电源输出的电压通过连接装置分别连接到DCU单元的采集端与直流电表的采集端，主控单元控制可编程直流电源块输出设定的电压值。本实施例中，主控单元采用多点求均值的方法，根据两条曲线的斜率完成对校准系数K值得动态获取，并将系数写入直流充电单元，校准完成。校准完成后，主控单元会将充电模块从0V-1000V间隔10V依次输出，上位机会将主控单元上传的每个点的电压记录，并分析在各个电压值时DCU单元的测量误差。

DCU单元充电电流校准的具体过程为：

上位机配置电流校准信息，在DCU单元上连接负载，以直流电表采集的分流器两端的电流大小为标准电流。主控单元命令可编程直流电源将电压升到500V，并通过直流电表上传的电压进行确认，当电压满足要求、并且DCU单元上传的电流稳定之后，主控单元对DCU单元的采集电流进行校准，获得校准后的校准系数。

通过调节负载大小，可以实现对电流进行全方位采集测试。

磁保持继电器通路测试的具体过程为：

DCU单元有5路磁保持继电器通路，5路磁保持继电器的输出都汇总到一路输出母线上。当在上位机配置磁保持继电器通路测试时，主控会根据时序向辅控单元发送投入24V、断开24V的命令，同时向DCU单元发送打开磁保持继电器通道、断开磁保持继电器通道的命令，主控单元根据DCU单元上传的报文信息，检测磁保持继电器通路通断功能，并将测试结果上传PC上位机。

DCU单元绝缘电路功能测试的具体过程为：

DCU单元有检测设备绝缘性能的电路。上位机配置绝缘电路功能测试时，主控单元启动可编程直流电源输出500V电压，当输出电压达到500V时，主控单元向辅控单元发送投入电阻的命令，辅控单元根据时序分别向正负母线投入10K欧姆3W的电阻、50K欧姆2W的电阻、250K欧姆2W的电阻、500K欧姆1W的电阻，主控单元会根据不同时序下上传的电压，计算投入不同电阻下DCU单元反应的绝缘性能，并在上位机记录分析显示。

实施例二

在一个或多个实施方式中，提出了一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，包括：主控单元接收关于直流充电单元测试内容的配置信息，通过辅助控制器向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协议测试分析和/或磁保持继电器通路测试功能。

主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定的电压，将直流电表获取的直流电源电压值作为标准电压，将直流电源在某一电压值下的标准电压与直流充电单元的采集电压进行比较，得到直流充电单元的电压采集校准系数；

主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定范围内的不同电压值，测试直流充电单元在设定的电压范围内是否满足电压采集精度的要求；

将直流充电单元连接负载，直流电表采集的分流器两端的电流大小为标准电流，将直流电源在某一电压值下的标准电流与直流充电单元的采集电流进行比较，得到直流充电单元的电流采集校准系数；

通过调节负载大小，测试直流充电单元在设定的电流范围内是否满足电流采集精度的要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (13)

1.一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，包括：主控单元，分别与主控单元连接的上位机和辅控单元；所述辅控单元通过控制线与直流充电单元连接；

所述上位机被配置为用于配置直流充电单元的测试内容；

所述主控单元被配置为向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协控单元被配置为向直流充电单元发送相应的测试控制指议测试分析以及磁保持继电器通路测试功能；

所述辅控单元被配置为根据主控单元的控制指令，向直流充电单元提供测试所需的电压、电流模拟量或者绝缘电阻；或者，实现对CAN线路的断开和短接操作以及对磁保持继电器通道的通断操作；

所述主控单元与直流电表通信，将直流电表获取的直流电源电压值作为标准电压，根据所述标准电压形成第一电压曲线，将直流充电单元的采集电压形成第二电压曲线，分别在两条曲线上选取设定数量的点，做所述点在相应曲线上的切线，求每个曲线上所有点的斜率平均值，将两条曲线得到的斜率平均值的均值，作为直流充电单元的电压采集校准系数。

2.如权利要求1所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，还包括：直流电表和直流电源，所述直流电表和直流电源分别与主控单元通信，直流电表与直流电源通过采集线连接，直流电源与直流充电单元通过采集线连接。

3.如权利要求2所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，将直流充电单元连接负载，直流电表采集的分流器两端的电流大小为标准电流，将直流电源在某一电压值下的标准电流与直流充电单元的采集电流进行比较，得到直流充电单元的电流采集校准系数。

4.如权利要求3所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定范围内的不同电压值，测试直流充电单元在设定的电压范围内是否满足电压采集精度的要求。

5.如权利要求3所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，通过调节负载大小，测试直流充电单元在设定的电流范围内是否满足电流采集精度的要求。

6.如权利要求2所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统，其特征在于，主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定电压值，当直流电源输出电压达到设定电压值时，主控单元向辅控单元发送投入电阻的命令，辅控单元根据时序分别向正、负母线投入设定的电阻值，主控单元接收不同时序下直流充电单元上传的电压，计算投入不同电阻值下直流充电单元反应的绝缘性能。

7.一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，包括：

主控单元接收关于直流充电单元测试内容的配置信息，控制辅控单元向直流充电单元提供测试所需的电压、电流模拟量或者绝缘电阻，或者实现对CAN线路的断开和短接操作以及对磁保持继电器通道的通断操作；主控单元向直流充电单元发送相应的测试控制指令，同时接收直流充电单元反馈的测试信息，实现对直流充电单元的CAN线路测试、报文协议测试分析和/或磁保持继电器通路测试功能；

所述主控单元与直流电表通信，将直流电表获取的直流电源电压值作为标准电压，根据所述标准电压形成第一电压曲线，将直流充电单元的采集电压形成第二电压曲线，分别在两条曲线上选取设定数量的点，做所述点在相应曲线上的切线，求每个曲线上所有点的斜率平均值，将两条曲线得到的斜率平均值的均值，作为直流充电单元的电压采集校准系数。

8.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，控制直流电源向直流充电单元提供设定的电压，将直流电表获取的直流电源电压值作为标准电压，将直流电源在某一电压值下的标准电压与直流充电单元的采集电压进行比较，得到直流充电单元的电压采集校准系数；

主控单元控制直流电源向直流充电单元提供设定范围内的不同电压值，测试直流充电单元在设定的电压范围内是否满足电压采集精度的要求。

9.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，将直流充电单元连接负载，直流电表采集的分流器两端的电流大小为标准电流，将直流电源在某一电压值下的标准电流与直流充电单元的采集电流进行比较，得到直流充电单元的电流采集校准系数；

通过调节负载大小，测试直流充电单元在设定的电流范围内是否满足电流采集精度的要求。

10.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，主控单元分别向辅控单元发送断开CAN-H线/CAN-L线的命令、将CAN-H线/CAN-L线短接到第一Noise端口的命令、将CAN-H线/CAN-L线短接到第二Noise端口的命令或者将CAN-H线与CAN-L线短接的命令，辅控单元根据接收到的命令对连接在直流充电单元与辅控单元之间的CAN-H线/CAN-L线执行相应的操作，设定时间后，恢复CAN-H线/CAN-L线的连接，主控单元根据接收的报文，确认直流充电单元是否恢复通信。

11.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，对直流充电单元进行报文协议测试分析时，通过主控单元向直流充电单元发送报文，同时接收直流充电单元回复的报文；设置主控单元向直流充电单元发送报文的不同时间间隔，记录直流充电单元不能完整回复每一条报文时的时间间隔，确定直流充电单元最大处理报文的能力。

12.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，上位机根据大功率群充系统的特点，建立CAN通信噪声模型，根据所述CAN通信噪声模型向辅控单元发送相应的命令从而在正常报文中注入干扰报文，通过接收的报文分析直流充电单元抗干扰的能力。

13.如权利要求7所述的一种大功率群充直流充电单元测试系统的测试方法，其特征在于，对直流充电单元进行磁保持继电器通路测试时，主控单元根据时序向辅助控制器发送连续执行投入、断开设定电压的命令，同时向直流充电单元发送连续执行打开磁保持继电器通道、断开磁保持继电器通道的命令，主控单元根据直流充电单元上传的报文信息，确定磁保持继电器通路通断功能是否正常。

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