CN114325190B - 交流充电桩的输入冲击电流测试电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种充电桩的输入冲击电流测试电路及方法，属于工业测试技术领域，电路包括第二电阻和RLC负载端，第二电阻与开关串联后连接在交流充电桩输出侧，交流充电桩的输入侧接入电网，RLC负载端一端与IGBT开关的发射极连接，IGBT开关的集电极与第二电阻连接，RLC负载端另一端与开关连接。冲击电流通过RLC负载端配置，满足因电网电压正常用电范围内变化和不同相位角度接通，适应性调整，满足最终波形符合IEC标准的测试波形，而且采用IGBT开关作为冲击电流的通断器件，利用IGBT微秒级的响应速度，实现接通和冲击持续时间的精确控制。

Description

交流充电桩的输入冲击电流测试电路及方法

技术领域

本发明涉及工业测试技术领域，具体涉及一种交流充电桩的输入冲击电流测试电路及方法。

背景技术

目前，针对交流充电桩的冲击电流耐受能力测试，基本参考IEC 61493-7 2018Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 7:Assemblies forspecific applications such as marinas,camping sites,market squares,electricvehicle charging stations标准规范提供的方案，如图1所示，该方案采用开关作为通断设备。存在的缺陷是无法实现对冲击电流的精确控制，主要原因在于：(1)使用接触器开关，响应动作时间慢，测试时间无法达到精确控制；(2)标准要求的90°相位角度，无法精确控制，往往需要通过多次重复测试来实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于在对交流充电桩冲击电流测试时，实现对冲击电流的精确控制。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一方面，采用一种交流充电桩的输入冲击电流测试电路，所述电路包括：第二电阻和RLC负载端，第二电阻与开关串联后连接在交流充电桩输出侧，所述交流充电桩的输入侧接入电网，所述RLC负载端一端与IGBT开关的发射极连接，所述IGBT开关的集电极与所述第二电阻连接，所述RLC负载端另一端与所述开关连接。

通过利用RLC负载端的切换，让交流输入电流在指定相位角度下产生交流冲击电流，其中额定电流通过第二电阻调节，冲击电流通过RLC负载端配置，满足因电网电压正常用电范围内变化和不同相位角度接通，适应性调整，满足最终波形符合IEC标准的测试波形，而且采用IGBT开关作为冲击电流的通断器件，利用IGBT微秒级的响应速度，实现接通和冲击持续时间的精确控制。

进一步地，所述RLC负载端包括依次串联的第一电感、第一电阻和第一电容，所述第一电感与所述IGBT开关的发射极连接，所述第一电容经二极管与所述开关连接。

进一步地，所述电网侧设置有锁相环电路，所述锁相环电路包括用于捕获所述电网任意时刻相位角度的采样电路和用于采样所述电网的L相线和N相线的相位角度的电压锁相环，所述电压锁相环连接在所述交流充电桩的输入侧。

进一步地，所述测试电路还包括主机控制电路，所述主机控制电路输入端经所述锁相环电路与所述电网输入端连接，所述主机控制电路的输出端与所述RLC负载端连接。

另一方面，采用一种交流充电桩的输入冲击电流测试方法，用于对如上所述的冲击电流测试电路进行控制，所述方法包括：

设定所述交流充电桩电流测试的相位角度；

获取所述交流充电桩输入电压的采样数据；

基于所述相位角度和所述输入电压的采样数据，从数据库中查找相应的RLC负载配置信息以对所述RLC负载端进行功率配置；

根据所述冲击电流测试电路总回路的电流，控制所述IGBT开关的通断，对所述交流充电桩进行测试。

进一步地，所述设定所述交流充电桩电流测试的相位角度，包括：

利用所述采样电路捕获所述电网任意时刻的相位角度；

在当前所述相位角度达到设定相位角度时，通过所述电压锁相环进行锁相。

进一步地，所述测试电路还包括控制导引电路，所述控制导引电路包括二极管D1、电阻R1和开关S2，所述二极管D1的阴极经所述电阻R1与所述开关S2一端连接，所述开关S2另一端和所述二极管D1的阳极接入所述交流充电桩。

进一步地，所述根据所述冲击电流测试电路总回路的电流，控制所述IGBT开关的通断，对所述交流充电桩进行测试，包括：

检测所述冲击电流测试电路总回路的电流值I是否为零；

若是，则闭合所述开关，并在所述相位角度下导通所述IGBT开关，否则直接结束测试；

判断所述总电流值I是否满足在达到峰值电流阈值后在设定时间后恢复至额定电流；

若是，则持续完成带载后，断开所述开关，否则直接结束测试；

判断所述电流值I是否为零；

若是，则停止所述交流充电桩工作后结束测试，否则直接结束测试。

进一步地，在所述直接结束测试后，所述方法还包括：

断开所述开关和所述IGBT开关；

使能所述交流充电桩关机。

进一步地，所述数据库中存储的所述RLC负载配置信息的计算过程包括：

对所述冲击电流测试电路进行仿真模拟，得到的仿真结果；

基于所述仿真结果和实测数据中，不同相位角度下的所述RLC负载配置信息，构建所述数据库。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过利用RLC负载端的切换，让交流输入电流在指定相位角度下产生交流冲击电流，其中额定电流通过第二电阻调节，冲击电流通过RLC负载端配置，满足因电网电压正常用电范围内变化和不同相位角度接通，适应性调整，满足最终波形符合IEC标准的测试波形，而且采用IGBT开关作为冲击电流的通断器件，利用IGBT微秒级的响应速度，实现接通和冲击持续时间的精确控制。

(2)通过在电网和交流充电桩之间布置锁相环电路，可实现捕获电网任意时刻相位角度，并采用电压锁相环对输入电网电压进行锁相，实现任意指定相位角的接通，满足对于被测充电桩多个测试点位冲击测试的需求。

(3)提供一种针对冲击电流测试电路的控制策略，在满足IEC标准要求下实现控制精度指标。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1本发明背景技术部分提及的相关技术中的测试电路结构图；

图2是本发明实施例一中充电桩的输入冲击电流测试电路的结构图；

图3是本发明实施例一中另一充电桩的输入冲击电流测试电路的结构图；

图4是本发明实施例一中另一充电桩的输入冲击电流测试电路的结构图；

图5是本发明实施例二中交流充电桩的输入冲击电流测试方法的流程图；

图6是本发明实施例二中交流充电桩的输入冲击电流测试方法的整体流程图；

图7是本发明实施例二中冲击电流测试电路的仿真平台模型示意图；

图8是本发明实施例二中90°相位角下的冲击电流仿真波形图；

图9是图8展开的冲击电流仿真波形图；

图10是本发明实施例二中45°相位角下的冲击电流仿真波形图；

图11是本发明中冲击电流测试需要达到的技术指标示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明第一实施例公开了一种交流充电桩的输入冲击电流测试电路，所述电路包括：第二电阻R2和RLC负载端，第二电阻R2与开关S1串联后连接在交流充电桩输出侧，所述交流充电桩的输入侧接入电网，所述RLC负载端一端与IGBT开关的发射极连接，所述IGBT开关的集电极与所述第二电阻R2连接，所述RLC负载端另一端与所述开关S1连接。

需要说明的是，测试电路工作在交流电网输入环境下，通过电网接入被测交流充电桩的输入侧后，在交流充电桩启动或运行过程中，实现冲击电流和冲击电流后的带载持续运行测试。

本实施例中，冲击电流测试电路利用RLC负载端的切换，使得交流充电桩产生的交流输入电流在指定相位角度(比如90°)下产生交流冲击电流。RLC负载端输出电流的控制电路由两条回路组成：额定电流回路和冲击电流回路。额定电流回路通过R2调节来控制，冲击电流回路通过RLC负载端的配置来控制，满足冲击电流的幅值、上升时间、下降恢复时间，另外，通过IGBT实现对于冲击的相位角度、冲击持续时间的控制。

而如背景技术所述，传统的接触开关是通过线圈通电，产生磁场，触发主回路的触点吸合导通。这类开关的缺点在于响应时间长，通常是几毫秒到几十毫秒，同时每次响应时间误差也达到数个毫秒，而1ms的误差对应电网的相位角度是18°，所以无法实现相位角精确控制。本实施例采用的IGBT开关是通过电力电子控制技术，开关响应速度达到us级，基本可认为没有延时，IGBT自身开关的响应时间对于相位角的影响＜0.1°。

在一些实施例中，如图3所示，所述RLC负载端包括依次串联的第一电感L1、第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电感L1与所述IGBT开关的发射极连接，所述第一电容C1经二极管D2与所述开关S1连接。

需要说明的是，电路采用可调RLC负载，通过配置第一电感L1、第一电阻R1和第一电容C1的功率，满足因电网电压正常用电范围内变化和不同相位角度接通，适应性调整，满足最终波形符合IEC标准的测试波形。

进一步地，由于IGBT开关是单方向导通，电网是交流电，电路中IGBT回路工作在正半轴，在RLC负载端设置二极管D2，以避免电网在负半轴时，对IGBT开关的损坏。

在一些实施例中，测试电路中还包括接入电网输出侧和交流充电桩输入侧之间的的锁相环电路，所述锁相环电路包括用于捕获所述电网任意时刻相位角度的采样电路和用于采样所述电网的L相线和N相线的相位角度的电压锁相环，所述电压锁相环连接在所述交流充电桩的输入侧。

本实施例中，通过采样电路铺捉到电网的任何时刻的相位角度，而控制任意相位角接通，即通过采样电路的锁相环采样，同时在采样达到设定的相位角度时，通过控制IGBT开关接通来实现。因此可实现指定的相位角度的接通，满足对于被测交流充电桩多个测试点位冲击电流测试的需求。

在一些实施例中，如图4所示，所述测试电路还包括主机控制电路MCU，所述主机控制电路MCU输入端经锁相环电路与电网输入端连接，所述主机控制电路的输出端与所述RLC负载端连接。

需要说明的是，通过锁相环电路中的采样电路锁定交流充电桩输入侧电网输入电压及频率，实现相位捕捉，并利用电压锁相环对电网任意相位进行锁相。

需要说明的是，主机控制电路用于基于当前的相位角度和输入电压的采样数据，从数据库中查找相应的RLC负载配置信息以对所述RLC负载端进行功率配置。

在一些实施例中，数据库中存储的RLC负载配置信息是事先按照冲击电流测试电路的拓扑结构搭建仿真平台，并利用仿真平台进行仿真模拟，得到仿真数据；将仿真数据以及一些实测数据中不同相位角度和不同电压采样值下对应的RLC负载配置信息存入数据库得到。

在一些实施例中，所述测试电路还包括控制导引电路，所述控制导引电路包括二极管D1、电阻R1和开关S2，所述二极管D1的阴极经所述电阻R1与所述开关S2一端连接，所述开关S2另一端和所述二极管D1的阳极接入所述交流充电桩。

需要说明的是，控制导引电路可参见图1所示的D1/R1/S2回路，本实施例中将其作为被测交流充电桩的辅助单元，是被测交流充电桩开/关机的控制单元。

如图5所示，本发明第二实施例公开了一种交流充电桩的输入冲击电流测试方法，用于对上述的冲击电流测试电路进行控制，所述方法包括如下步骤：

S10、设定所述交流充电桩电流测试的相位角度；

具体为：利用所述采样电路捕获所述电网任意时刻的相位角度；在当前所述相位角度达到设定相位角度时，通过所述电压锁相环进行锁相。

需要说明的是，通过利用电压锁相环，对于交流充电桩输入侧电网电压进行锁相，实现指定的相位角度的接通。可满足任意相位角的接通测试，包含标准规定的90°相位角，相位误差精度控制＜1°。

S20、获取所述交流充电桩输入电压的采样数据；

需要说明的是，本实施例通过通过采样电路锁定交流充电桩输入侧电网输入电压及频率，实现相位捕捉。

S30、基于所述相位角度和所述输入电压的采样数据，从数据库中查找相应的RLC负载配置信息以对所述RLC负载端进行功率配置；

需要说明的是，数据库中存储的RLC负载配置信息可以预先收集存储。

S40、根据所述冲击电流测试电路总回路的电流，控制所述IGBT开关的通断，对所述交流充电桩进行测试。

本实施例可调RLC负载，满足因电网电压正常用电范围内变化和不同相位角度接通，适应性调整，满足最终波形符合IEC标准的测试波形，满足相位角、冲击电流上升时间、冲击电流下降恢复时间、以及电流冲击幅值等的精确控制；并且可实现us级响应，动态性高，无延时，能够适应不同电网电压、不同相位角度的测试，测试系统满足自适应调节；实现高精度、高动态性的测试能力，同时保证了重复测试的一致性、精确性。

在一些实施例中，如图6所示，所述步骤S40：根据所述冲击电流测试电路总回路的电流，控制所述IGBT开关的通断，对所述交流充电桩进行测试，包括如下步骤：

S41、检测所述冲击电流测试电路总回路的电流值I是否为零，若是执行步骤S42，若否执行步骤S47；

S42、闭合所述开关，并在所述相位角度下导通所述IGBT开关；

S43、判断所述总电流值I是否满足在达到峰值电流阈值后在设定时间后恢复至额定电流，若是执行步骤S44，若否执行步骤S47；

S44、持续完成带载后，断开所述开关，否则直接结束测试；

S45、判断所述电流值I是否为零，若是则执行步骤S46，若否执行步骤S47；

S46、停止所述交流充电桩工作后结束测试，否则直接结束测试；

S47、确定系统故障，直接结束测试。

在一些实施例中，在步骤S47：确定系统故障，直接结束测试之后，还包括步骤：

S48、断开所述开关和所述IGBT开关，通过所述控制导引电路使能所述交流充电桩关机。

在一些实施例中，所述数据库中存储的所述RLC负载配置信息的计算过程包括：

对所述冲击电流测试电路进行仿真模拟，得到的仿真结果；

基于所述仿真结果和实测数据中，不同相位角度下的所述RLC负载配置信息，构建所述数据库。

需要说明的是，本实施例针对冲击回流测试电路的电路拓扑结构，对测试电路进行仿真模拟，搭建仿真平台，如图7所示，图7中：Series RLC Branch2模拟被测的交流充电桩；Series RLC Branch1控制额定带载电流，即30A额定交流电流；Series RLC Branch通过配置不同的RLC负载，满足不同电压相位角、以及市电的不同工况幅值下冲击电流的大小、上升时间、恢复时间。IGBT控制冲击电流回路的接入和关断。

冲击回流测试电路支持任意相位角度的冲击电流测试，而对于不同的相位角度来说，接通瞬间，电网的瞬时电压都不相同，因此要达到同样的冲击电流上升时间和峰值电流，意味着RLC负载需要有不同的组合配置。其中，图8为利用仿真平台仿真得到的90°相位角接通下的冲击电流波形，图8中上半部分波形是电压波形，下半部分波形是电流波形，在第一个波峰(电压90°相位角下)产生一个冲击尖峰电流，展开放大冲击电流波形如图9所示；如10是利用仿真平台仿真得到的45°相位角接通下的冲击电流波形。

从图8至图10所示冲击电流仿真波形可见：冲击电流上升时间，控制在15us～20us内满足冲击电流达到200A；满足任意相位角度下，最大冲击电流幅值达到230A，控制精度0～+5％；满足电流在30～50us内恢复时间从峰值电流到66A，整个冲击过程时间≤100us，满足如图11所示的测试技术指标要求。

本实施例通过利用相位捕捉和采样单元，实时捕捉电网的电压相位角度，同时通过仿真平台得到的仿真结果以及实测数据，建立不同相位角度和负载的数据库，通过电力电子开关的动态响应，实现冲击测试电流的时间、相位、精度控制。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种交流充电桩的输入冲击电流测试电路，其特征在于，所述电路包括：第二电阻和RLC负载端，第二电阻与开关串联后连接在交流充电桩输出侧，所述交流充电桩的输入侧接入电网，所述RLC负载端一端与IGBT开关的发射极连接，所述IGBT开关的集电极与所述第二电阻连接，所述RLC负载端另一端与所述开关连接；

所述RLC负载端包括依次串联的第一电感、第一电阻和第一电容，所述第一电感与所述IGBT开关的发射极连接，所述第一电容经二极管与所述开关连接；

电网侧设置有锁相环电路，所述锁相环电路包括用于捕获所述电网任意时刻相位角度的采样电路和用于锁相所述电网的L相线和N相线的相位角度的电压锁相环，所述电压锁相环连接在所述交流充电桩的输入侧。

2.如权利要求1所述的交流充电桩的输入冲击电流测试电路，其特征在于，所述测试电路还包括主机控制电路，所述主机控制电路输入端经所述锁相环电路与所述电网输入端连接，所述主机控制电路的输出端与所述RLC负载端连接。

3.如权利要求1所述的交流充电桩的输入冲击电流测试电路，其特征在于，所述测试电路还包括控制导引电路，所述控制导引电路包括二极管D1、电阻R1和开关S2，所述二极管D1的阴极经所述电阻R1与所述开关S2一端连接，所述开关S2另一端和所述二极管D1的阳极接入所述交流充电桩。

4.一种交流充电桩的输入冲击电流测试方法，其特征在于，用于对如权利要求1-3任一项所述的冲击电流测试电路进行控制，所述方法包括：

设定所述交流充电桩电流测试的相位角度；

获取所述交流充电桩输入电压的采样数据；

基于所述相位角度和所述输入电压的采样数据，从数据库中查找相应的RLC负载配置信息以对所述RLC负载端进行功率配置；

根据所述冲击电流测试电路总回路的电流，控制所述IGBT开关的通断，对所述交流充电桩进行测试，包括：

检测所述冲击电流测试电路总回路的电流值I是否为零；

若是，则闭合所述开关，并在所述相位角度下导通所述IGBT开关，否则直接结束测试；

判断所述冲击电流测试电路总回路的电流值I是否满足在达到峰值电流阈值后在设定时间后恢复至额定电流；

若是，则持续完成带载后，断开所述开关，否则直接结束测试；

判断所述电流值I是否为零；

若是，则停止所述交流充电桩工作后结束测试，否则直接结束测试。

5.如权利要求4所述的交流充电桩的输入冲击电流测试方法，其特征在于，所述设定所述交流充电桩电流测试的相位角度，包括：

利用所述采样电路捕获所述电网任意时刻的相位角度；

在当前所述相位角度达到设定相位角度时，通过所述电压锁相环进行锁相。

6.如权利要求4所述的交流充电桩的输入冲击电流测试方法，其特征在于，在所述直接结束测试后，所述方法还包括：

断开所述开关和所述IGBT开关；

通过控制导引电路使能所述交流充电桩关机。

7.如权利要求4所述的交流充电桩的输入冲击电流测试方法，其特征在于，所述数据库中存储的所述RLC负载配置信息的计算过程包括：

对所述冲击电流测试电路进行仿真模拟，得到的仿真结果；

基于所述仿真结果和实测数据中，利用不同电网电压及不同相位角度下的所述RLC负载配置信息，构建所述数据库。