CN114397830B - 一种电动汽车交流充放电仿真控制系统及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车交流充放电仿真控制系统及测试系统，仿真控制系统包括充放电仿真控制单元、双向可编程交流源、选控开关单元、可编程电子负载和V2V模式的充电车辆接口模块、功率分析仪、示波器及电压电流采集模块、交流电表、PWM信号源、工控机等。仿真测试系统部署在工控机上，主要的测试功能包括交流互操作测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块。本发明同时还支持V2G，V2L及V2V的各种放电模式测试，并采用模块化设计，实现对电动汽车交流接口充放电测试的全面覆盖，最大化开放测试过程和结果数据，同时为用户提供开发测试用例接口。

Description

一种电动汽车交流充放电仿真控制系统及测试系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充放电测试技术领域，特别涉及一种电动汽车交流充放电仿真控制系统及测试系统。

背景技术

新能源电动汽车目前已然成为汽车发展及生产的主流趋势，然而不同于传统的燃料汽车，电动汽车通过电能作为动力源，涉及电能充放的输入和输出，同时电动汽车还配备有车载充电机，对于电动汽车来说，需要较多电能，无法通过固定的储能装置进行电能补充，对电能的补充一般更多采用交流充电的方式，因而电动汽车的生产及出场前要经过交流充放电的充分测试。

例如专利申请文件CN105676033B交流充电接口模拟器电路和CN212008780U一种电动汽车充电检测装置；在进行电动汽车检测过程中，仅仅能检测国标规定测试项、将各测试用例固化在程序代码中，用户无法编辑；测试参数同样也固化在代码中，具有用户不知道真实值也无法修改、软件系统也没有为用户提供开发新测试用例接口、系统可扩展有限等特点，使得用户在进行边界值测试时，仅仅能测试国标规定边界电压，并不能调整测试电压边界值，用户不能更多了解被测车辆在监测点边界外，被测车辆适应情况；测试相关数据受限时，限制了测试产品的应用范围。在很大程度上限制了用户对电动汽车测试的全面性和系统性，同时针对半连接状态测试不够充分，针对单三相兼容的OBC缺少检测支撑。

现有技术均围绕国标项，以不同方式实现对电动汽车互操作国标项进行测试，在一定程度上解决了测试环境搭建耗时过长，测试数据不完整等现象。但电动汽车充电测试是一项全面、系统、复杂的测试过程，但仅仅针对测试国标项远远不能满足车辆测试要求，检测机构、车企研究院都有自己大量私有用例库，用于对车辆的测试；车辆测试更多还需要调整参数，进行更宽范围测试、还需要调整异常的充电时序逻辑，检测条件、还需要保证测试数据全面完整性，做好日志记录等手段对车辆进行全面测试。为了改善上述测试不足，本文提出一种电动汽车交流充放电仿真测试系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车交流充放电仿真控制系统及测试系统，采用模块化设计，各模块功能相互独立，相互配合，便于系统的扩展，保证测试的灵活性，集成国标测试模块以及集成异常案例库模块，实现对仿真测试的全面覆盖，同时便于测试的持续性更新，设置用户编辑测试用例模块，实现对用户的数据开放，最大化测试的灵活开放性，同时保证用户在测试时能够清楚的了解测试逻辑、流程以及参与的数据。

本发明提供了一种电动汽车交流充放电仿真控制系统，具体技术方案如下：

包括交流充放电仿真控制单元、测试数据监控采集设备、PWM信号源、工控机、选控开关单元以及与所述选控开关单元分别连接的双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块；

交流充放电仿真控制单元接收所述工控机的命令，为车辆提供充放电所需的CC/CP信号并模拟各种故障现象；

所述可编程电子负载受仿真控制系统控制，模拟各种不同类型，不同功率负载来测试车辆OBC放电功能是否正常；

所述选控开关单元与所述被测车辆连接，根据选择连接的节点，连通被测车辆与选控开关单元连接的设备；

所述测试数据监控采集设备包括交流电表、功率分析仪、示波器，分别用于测量电量，电能质量和系统时序；所述功率分析仪、交流电表和示波器分别连接在所述选控开关单元与所述被测车辆连接的线路上；

所述PWM信号源与所述示波器和被测车辆连接，所述PWM信号源受工控机控制，用于模拟电动汽车交流充电所需的PWM信号和测试所需的异常PWM信号，并输出至被测车辆；

所述系统还设有通信装置，通过所述通信装置与所述交流充放电仿真控制单元、工控机、双向可编程交流源、可编程电子负载、充电车辆接口模块、示波器和PWM信号源的通信接口连通，将测试数据信息汇总至所述工控机中，所述工控机中搭载有仿真测试系统测试软件；

所述被测车辆还与所述交流充放电仿真控制单元的CC/CP接口连接，并在连接线路上接有所述示波器检测波形信息。

进一步的，所述选控开关单元采用三选一控件开关，选控端分别与所述双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块连接；另一端与所述被测车辆连接。

进一步的，还包括高压采集模块、电流采集模块分别通过CAN总线与所述交流充放电仿真控制单元连接；所述交流电表和所述双向可编程交流源的数据接口通过RS485串口与所述交流充放电仿真控制单元连接；所述双向可编程交流源的L1/L2/L3/N/PE线路通过交流接触器与所述交流充放电仿真控制单元的IO控制单元连接，传输控制信号和反馈信号。

进一步的，所述交流充放电仿真控制单元设有CP连接信号模块，所述CP连接信号模块设有CP信号选控开关S1，所述CP信号选控开关S1连接电阻R1和开关S5，通过枪头与被测车辆连接；

所述交流充放电仿真控制单元还设有CC连接信号模块，所述CC连接信号模块结构具体为电阻R4与串联的开关S6和开关S3并联，并分别与PE端和电阻RC连接，所述电阻RC通过开关S4连接所述车载控制装置。

所述CC连接信号模块通过开关S3的开闭调控CC信号的连接/半连接状态，还具有边界电压调节功能；所述CP连接信号模块通过开关S5控制CP信号通断，还具备边界电压调节功能，即提供1kHz可编程调节PWM信号功能。

本发明还提供了一种电动汽车交流充放电仿真测试系统，基于上述仿真控制系统，所述仿真测试系统部署在工控机上，主要的测试功能模块包括交流互操作测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

所述交流互操作测试模块，用于检测车辆OBC对于充电过程中与充电核模块交互过程中，对于异常的响应能力；

所述集成异常案例库模块，存储有多种集成的测试实例程序，通过在工控机上操作调用测试实例；

所述用户编辑测试用例模块，设有测试用例所需调用接口，所述用户编辑测试用例模块包括编辑操作界面和编辑单元；通过在所述编辑操作界面的操作，向所述编辑单元发送指令，所述编辑单元接收指令后控制仿真控制系统执行对应测试操作；

充电核模块可以实现对车辆进行长时间的充电功能，以满足仿真测试系统的充电测试需求；

放电核模块可以实现对车辆进行放电的功能，以满足仿真测试系统的放电测试需求，用于释放电池内部电能和检测被测车辆放电功能是否正常。

进一步的，所述编辑操作界面中的操作项与编辑单元中对应的硬件控制接口相对应，硬件控制接口分别对应系统各种测试状态。

进一步的，根据操作项生成的测试用例，可通过所述编辑操作界面编辑测试用例中的参数值或直接编写测试脚本，所述编辑操作界面还可实时观测系统测试状态、绘制测试过程时序图，并保存与测试结果相关的数据，便于后续测试结果追溯。

进一步的，测试过程如下：

故障检测，仿真测试系统先进行故障检测，检测仿真控制系统的各组成单元是否运行正常，若没有故障信息，则通过仿真测试系统控制各组成单元处于默认状态，通过充电枪与电动汽车的车载充电机连接；

初始化仿真控制系统的各组成单元，启动充电流程，并加载测试用例，模拟相应故障，同时进行计时；

在计时过程中，通过示波器记录测试过程中的时序信息，同时记录测试数据信息，当计时达到预设测试时间T或提前接收到终止充电报文，则完成测试，生成相应的结果信息，并恢复系统状态。

本发明的有益效果如下：

1、系统集成国标交流互操作测试模块的全覆盖，并通过集成异常案例库模块至系统中，通过与仿真控制系统对应的接口，调用存储的用例，完成对应的测试，异常案例库测试项目的可持续更新，是对国标测试项的有力补充，使得车辆测试内容更加全面。

2、测试过程公开，透明，即通过用户编辑测试用例模块，将测试用例的执行逻辑公开提供给用户，用户能够清楚测试过程，并根据自己的测试需求对测试用例进行参数值的编辑，还能够编辑新的测试用例，大大提供了系统的开放性和灵活性，更加全面的支持多种测试。

3、系统不仅会记录测试过程数据，还会记录与测试结果相关数据，同时还会记录保存测试过程中的波形信息，系统日志等，保证数据全面，便于测试追踪。

4、系统采用模块化设计，功能模块可通过系统变量与系统交互，可以通过标准的通信接口，实现系统功能及外设功能扩展，只需增加少量设备调试，即可进入新增模块开发测试环节。

附图说明

图1是本发明仿真控制系统连接图；

图2是本发明仿真控制系统原理图；

图3是本发明仿真测试系统整体测试流程图；

图4是本发明测试用例测试流程图。

标记说明：图2中①-⑥、表示电压检测点。

具体实施方式

在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做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。

实施例1

本发明的实施例1公开了一种电动汽车交流充放电仿真控制系统，如图1所示，系统包括被测车辆、测试数据监控采集设备、交流充放电仿真控制单元、工控机、选控开关单元以及与选控开关单元分别连接的双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块；

交流充放电仿真控制单元接收仿真测试系统各种命令，为车辆提供充放电所需的CC/CP信号和模拟各种故障现象；

选控开关单元与被测车辆连接，根据选择连接的节点，连通被测车辆与选控开关单元连接的设备；

测试数据监控采集设备包括交流电表、功率分析仪、示波器。功率分析仪、交流电表和PWM信号源分别连接在选控开关单元与被测车辆连接的线路上；

PWM信号源受仿真测试系统控制，用于模拟电动汽车交流充电接口的1kHz的PWM信号及模拟各种异常的PWM信号，受仿真控制单元控制，输出响应PWM给被测车辆；

系统还设有通信装置，通过通信装置与交流充放电仿真控制单元、工控机、双向可编程交流源、可编程电子负载、充电车辆接口模块、示波器和PWM信号源的通信接口连通，将测试数据信息汇总至工控机中，工控机中搭载有仿真测试系统测试软件；

PWM信号源还与示波器和被测车辆连接，被测车辆还与交流充放电仿真控制单元的CC/CP接口连接，并在连接线路上接有示波器检测波形信息。

选控开关单元采用三选一控件开关，选控端分别与双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块连接；调节端与被测车辆连接。

结合图2所示，系统以交流充放电仿真控制单元为控制核心，交流充放电仿真控制单元设有CP连接信号模块，CP连接信号模块设有CP信号选控开关S1，信号选控开关S1连接电阻R1和开关S5，构成测试接口通过枪头与被测车辆连接；信号选控开关S1通过选控连接+12V电压源和PWM信号源；

交流充放电仿真控制单元还设有CC连接信号模块，CC连接信号模块结构具体为电阻R4与串联的S6和S3并联，并分别与PE端和电阻RC连接，电阻RC通过开关S4连接车载控制装置。

系统还包括高压采集模块、电流采集模块分别通过CAN总线与交流充放电仿真控制单元连接，交流电表和双向可编程交流源的数据接口通过RS485串口与交流充放电仿真控制单元连接；

双向可编程交流源的L1/L2/L3/N/PE线路设有交流接触器，交流接触器与交流充放电仿真控制单元的IO控制单元连接传输控制和反馈信号，其中，双向可编程交流源输入端L1和N接口处接有辅助电源，为控制系统提供电源。

本实施例中，双向可编程交流源为仿真测试系统提供各种交流信号，如：叠加谐波的交流信号，交流电双向能量转换；

示波器用于测量输入至电动汽车的各路信号的时序关系，如：PWM信号，CC电压信号，连接点的电压电流信号等。

功率分析仪主要用于电压、电流、频率、功率因数测量和谐波分析等；

PWM信号源依据测试需求，可编程输出指定的PWM信号，其中，频率、占空比、幅值均编程可控，用于检测车辆对非标PWM信号响应能力；

交流电表：主要是计量充电或者放电电量的多少；

交流接触器为通断可控的交流开关，控制交流充电回路的导通与断开。

实施例2

本发明的实施例2还提供了一种电动汽车交流充放电仿真测试系统，基于上述实施例1的仿真控制系统，仿真测试系统部署在工控机上，主要的测试功能模块包括交流互操作测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

本实施例中，仿真测试系统运行在CANoe环境下，在vTestStudio下根据系统变量资源接口开发输出测试用例；在CANoe环境下，调用测试用例，根据用例控制外设硬件及充电时序，可通过时序逻辑插件，实时观察系统状态，还可以开发UI，显示相关参数信息，生成测试报告，对车辆进行测试。

交流互操作测试模块，用于检测车辆OBC对于充电过程中与充电核模块交互过程中，对于异常的响应能力；

集成异常案例库模块，存储有多种集成的测试实例程序，通过在工控机上操作调用测试实例；异常案例库来源于公司长期充电运营过程中电动汽车和充电桩对接异常工况整理，通过对异常工况整理的经验案例库和经验积累，国标测试项以外且与车辆相关的工况的案例集合，对车辆检测来说，是对国标测试项的有力补充；

用户编辑测试用例模块，设有测试用例所需调用接口，用户编辑测试用例模块包括编辑操作界面和编辑单元。通过在编辑操作界面的操作，向编辑单元发送指令，编辑单元接收指令后控制仿真控制系统执行对应测试操作；

编辑操作界面中的操作项与对应的硬件控制接口相对应，硬件控制接口分别完成各资源的独立控制；当所编辑的测试用例被调用时，CANoe根据用例指令向所控制模块发送指令，被控单元接收指令后执行对应的造作，依次完成整个测试序列操作。

用户可根据操作项通过编辑操作界面编辑测试脚本和调整测试用例中的参数值，还可通过编辑操作界面实时观测系统测试状态、绘制测试过程时序图，并保存与测试结果相关的数据，便于后续测试结果追溯；

在线编写测试的程序用例时，即在编辑操作界面编辑测试脚本时，用户可以根据系统提供的资源接口，编写自己的测试用例对车辆进行测试，系统在设计的时候，已经将与充电相关各种资源为用户提供调用接口，用例编辑模块与硬件控制系统的程序接口建立引用连接，提供了开发测试用例时所需调用的接口。

充电核模块可以实现对车辆进行长时间的充电功能，以满足仿真测试系统的充电测试需求；

放电核模块可以实现对车辆进行放电的功能，以满足仿真测试系统的放电测试需求，用于释放电池内部电能和检测被测车辆放电功能是否正常。

交流充放电仿真控制单元通过模拟充电时序，在充电过程中根据测试用例模拟故障对电动汽车进行测试，在测试过程中交流充放电仿真控制单元控制高压采集模块时采集充电电压，电流采集模块实时采集电流，PWM信号源输出1kHz的PWM信号，并实时检测数字反馈信号，检测通信状态，故障状态、示波器记录整个测试过程时序状态，为测试结果的判定提供依据，保证测试过程数据完整性；

如图3所示，仿真测试系统的测试过程如下：

用户为本次测试选择测试用例集，用户通过在系统上的操作选定当前测试，所要使用的测试用例集合，构成测试用例集；

用户在系统上操作，点击“测试控制”按钮，启动测试，测试启动后，根据测试用例集依次通过其中各子用例进行针对测试，同时系统逐个加载测试用例集中各测试用例，具体执行过程如下：

判断直流充放电仿真控制单元检测测试用例是否全部完成；

若未全部完成，则进入子用例测试流程，即获取测试用例集中子用例，顺序调用其中的子用例进行测试，检测是否发生故障，若当前子用例测试部分出现故障，则记录对应的故障信息，若无故障则记录该子用例测试过程中系统的实时状态信息；

当前子用例测试完成之后，执行测试用例集中其它子用例进行测试，直至集合中所有子用例均测试完成，即测试用例全部完成，将所有子用例测试对应的结果生成总测试报告输出，完成测试。

系统执行子用例进行测试前，需要进行故障检测；

仿真测试系统先进行故障检测，检测仿真控制系统各组成单元是否运行正常，若没有故障信息，则检测充电枪与电动汽车的连接状态，启动用例测试流程，进入子用例测试流程；

结合图4所示，系统执行子用例进行测试具体过程如下：

S1：系统初始化，交流充放电仿真控制单元先恢复仿真控制系统为默认的正常状态；

S2：启动充电流程，进入充电状态，启动高压采集模块、电流采集模块和示波器采集监测系统数据；

S3：调用当前子用例执行测试，模拟测试故障，例如根据子用例程序的执行，控制仿真控制系统模拟CP中断，进行测试，交流充放电仿真控制单元模拟CP断线，即控制断开开关S5；

S4：设置超时时间T，同时启动超时计数器进行计时；检测自故障开始模拟起，3S内是否停止充电，是否断开S2开关，并将此用例的预期结果与车辆的实际响应情况进行逐步对比；

S5：判定时间T内是否达预期结果，若达到预期的测试结果，则记录测试结果相关数据，并记录结果为合格，执行S6；若未达到预期结果，则判断计时时间是否超过超时时间T，若超时，则记录测试结果相关数据，并记录结果为不合格，执行S6，若未超时，则返回S5初始判断；

记录测试结果相关数据，例如保存从开始测试到结束测试的时序信息、CC、CP电压信息，充电电压电流信息，同时根据该子用例对应的测试情况，记录输出测试结果，保存与测试结果相关联数据信息。

S6：生成并输出当前子用例对应的测试报告，并控制仿真控制系统至默认状态，即关闭交流源、恢复模拟的CP断线故障。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种电动汽车交流充放电仿真控制系统，其特征在于，包括测试数据监控采集设备、PWM信号源、交流充放电仿真控制单元、工控机、选控开关单元以及与所述选控开关单元分别连接的双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块；

交流充放电仿真控制单元接收所述工控机的命令，为车辆提供充放电所需的CC/CP信号并模拟各种故障现象；

所述可编程电子负载受仿真控制系统控制，模拟各种不同类型，不同功率负载来测试车辆OBC放电功能是否正常；

所述选控开关单元与被测车辆连接，根据选择连接的节点，连通被测车辆与选控开关单元连接的设备；

所述测试数据监控采集设备包括交流电表、功率分析仪、示波器，分别用于测量电量，电能质量和系统时序；所述功率分析仪、交流电表和示波器分别连接在所述选控开关单元与所述被测车辆连接的线路上；

所述PWM信号源与所述示波器和被测车辆连接，所述PWM信号源受工控机控制，用于模拟电动汽车交流充电所需的PWM信号和测试所需的异常PWM信号，并输出至被测车辆；

所述系统还设有通信装置，通过所述通信装置与所述交流充放电仿真控制单元、工控机、双向可编程交流源、可编程电子负载、充电车辆接口模块、示波器和PWM信号源的通信接口连通，将测试数据信息汇总至所述工控机中，所述工控机中搭载有仿真测试系统；

所述被测车辆还与所述交流充放电仿真控制单元的CC/CP接口连接，并在连接线路上接有所述示波器检测波形信息。

2.根据权利要求1所述的仿真控制系统，其特征在于，所述选控开关单元采用三选一控件开关，选控端分别与所述双向可编程交流源、可编程电子负载和充电车辆接口模块连接；另一端与所述被测车辆连接。

3.根据权利要求1或2任一所述的仿真控制系统，其特征在于，还包括高压采集模块、电流采集模块，分别通过串行通信线路与所述交流充放电仿真控制单元连接，所述交流电表和所述双向可编程交流源的数据接口通过串行通信接口与所述交流充放电仿真控制单元连接；所述双向可编程交流源的L1/L2/L3/N/PE线路通过交流接触器与所述交流充放电仿真控制单元的IO控制单元连接，传输控制信号和反馈信号。

4.根据权利要求3所述的仿真控制系统，其特征在于，所述交流充放电仿真控制单元设有CP连接信号模块，所述CP连接信号模块设有CP信号选控开关S1，所述CP信号选控开关S1连接电阻R1和开关S5，通过枪头与被测车辆连接；

所述交流充放电仿真控制单元还设有CC连接信号模块，所述CC连接信号模块结构包括电阻R4、开关S6、开关S3和电阻RC，开关S6和开关S3并联，并联后与电阻R4串联，之后分别与PE端和电阻RC连接，所述电阻RC通过开关S4连接车载控制装置。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的仿真控制系统的电动汽车交流充放电仿真测试系统，其特征在于，所述仿真测试系统部署在工控机上，主要的测试功能模块包括交流互操作测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

所述交流互操作测试模块，用于检测车辆OBC对于充电过程中与充电核模块交互过程中，对于异常的响应能力；

所述集成异常案例库模块，存储有多种集成的测试用例程序，通过在工控机上操作调用测试实例；

所述用户编辑测试用例模块，设有测试用例所需调用接口，所述用户编辑测试用例模块包括编辑操作界面和编辑单元，通过在所述编辑操作界面的操作，向所述编辑单元发送指令，所述编辑单元接收指令后控制仿真控制系统执行对应测试操作；

充电核模块用于对车辆进行长时间的充电，以满足仿真测试系统的充电测试需求；

放电核模块用于释放电池内部电能对车辆进行放电，以及检测被测车辆放电功能是否正常，以满足仿真测试系统的放电测试需求。

6.根据权利要求5所述的仿真测试系统，其特征在于，所述编辑操作界面中的操作项与编辑单元中对应的硬件控制接口相对应，硬件控制接口分别对应系统各种测试状态。

7.根据权利要求6所述的仿真测试系统，其特征在于，根据所述操作项生成的测试用例，可通过所述编辑操作界面编辑测试用例中的参数值或直接编写测试脚本，所述编辑操作界面还可实时观测系统测试状态、绘制测试过程时序图，并保存与测试结果相关的数据，便于后续测试结果追溯。

8.根据权利要求5-7任一所述的仿真测试系统，其特征在于，测试过程如下：

故障检测，仿真测试系统先进行故障检测，检测仿真控制系统的各组成单元是否运行正常，若没有故障信息，则通过仿真测试系统控制各组成单元处于默认状态，通过充电枪与电动汽车的车载充电机连接；

初始化仿真控制系统的各组成单元，启动充电流程，并加载测试用例，模拟相应故障，同时进行计时；

在计时过程中，通过示波器记录测试过程中的时序信息，同时记录测试数据信息，当计时达到预设测试时间T或提前接收到终止充电报文，则完成测试，生成相应的结果信息，并恢复系统状态。