CN203455423U - 电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，包括采集单元、控制导引电路、控制单元、电池管理模拟单元、过程状态模拟单元、人机交互单元，采集单元用于采集直流充电机插头输出电压/电流、控制导引信号、通信信号以及辅助电源值，并将数据实时传送给人机交互单元，控制导引电路用于实现电动汽车对直流充电机控制导引功能，控制单元用于控制充电状态和通信过程，实现对充电过程各种状态的切换。本实用新型的测试装置是依据IEC61851-23附录系统B和GB/T20234.3-2011的要求对充电阶段控制过程和时序变化的正确性、可靠性进行测试。本实用新型的装置，更贴近直流充电机的实际工作状态，测试结果更全面、准确地反映直流充电机的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及过程测试领域，特别是涉及一种电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置。
背景技术
推动新能源产业发展是世界各国应对日益严峻的能源和环境危机的普遍战略选择。电动汽车利用电代替油，能够实现“零排放”低碳生活，是解决目前能源紧缺与经济发展矛盾的重要手段。电动汽车的应用为交通运输领域利用清洁能源，减少化石能源依赖，降低碳排放量提供了广阔的前景。
随着我国电动汽车充换电基础设施建设的稳步推进，为电动汽车的发展提供强大的支撑。充电设施作为电动汽车运行时能量补给的重要环节，承担着保证电动汽车安全充电过程、实现电动汽车与电网互动的重要责任。目前，国内外尚没有对充电控制过程测试的系统化解决方案，通常是通过示波器、高精度数字表计配合来完成相关的测试，同时受环境所限，测试接线不便，测试步骤复杂，需要测试员人工手动调整控制状态，这将导致测试的稳定性和可靠性不高，测试流程不顺畅。为了进一步规范电动汽车充电设备充电过程，验证充电状态和时序变化的正确性，本实用新型提出了一种用于测试电动汽车直流充电机充电控制过程的测试装置及其实现方法，采用测试方案定制的方式对直流充电机进行各种充电状态测试，以实现综合分析和评估直流充电机充电控制过程及各充电阶段时序正确性和可靠性，能够为专业检测机构或电动汽车生产制造商提供有效检测手段和工具。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，本实用新型提供的方案贴近直流充电机的实际工作状态，测试结果全面、准确，实现综合分析和评估直流充电机充电控制过程及各充电阶段时序正确性和可靠性，能够为专业检测机构或电动汽车生产制造商提供有效检测手段和工具。
本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：
电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，包括：
采集单元：采集直流充电机插头的输出电压/电流、控制导引信号、通信信号以及辅助电源值，所述采集单元的输入端子与直流充电机连接器插头相应的端子连接，输出端子与人机交互单元相应的端子连接；
控制导引电路：用于实现电动汽车对直流充电机充电的控制导引功能，所述控制导引电路的输入端子与直流充电机连接器插头相应的端子连接，输出端子与控制单元相应的端子连接；
控制单元：用于控制所述测试装置充电状态和通信过程，实现对充电过程各种状态的切换，所述控制单元包括接口端子和驱动电路，所述接口端子分别与直流充电机连接器插头和控制导引电路的输出端连接，所述驱动电路与控制单元具有IO功能的引脚连接，用于驱动继电器KCC1、继电器KCC2、继电器K1、继电器K2；
人机交互单元：用于实现用户与测试装置之间的信息交互，所述人机交互单元通过并行总线与控制单元连接；
电池管理模拟单元：用于实现电动汽车侧电池管理系统的功能，所述电池管理模拟单元通过并行总线与人机交互单元连接；
过程状态模拟单元：用于模拟充电过程中各种状态，所述过程状态模拟单元通过并行总线与人机交互单元连接；
总线驱动：包括总线驱动1和总线驱动2，用于实现所述测试装置串行总线与负载电平匹配、电气隔离及保护，所述总线驱动通过串行总线与控制单元连接，通过RS485总线分别与负载和外部通信接口连接；
继电器K1、继电器K2：用于实现直流充电机向负载充电的状态切换；所述继电器K1一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接，另一端与负载的直流输入DC+连接；所述继电器K2一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接，另一端与负载的直流输入DC-连接；
继电器KCC1、继电器KCC2：用于实现直流充电机连接器与电动汽车之间控制导引的连接状态切换；所述继电器KCC1一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC1连接；所述继电器KCC2一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC2连接；
电源模块：为测试装置提供电源，所述电源模块接入交流220V市电中。
前述的采集单元的输入端子包括直流输入端子DC+、直流输入端子DC-、通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC1、控制导引信号端子CC2、辅助电源端子A+、辅助电源端子A-，输出端子为模拟信号采集输出端子；
所述直流输入端子DC+与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接；
所述直流输入端子DC-与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接；
所述通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；
所述通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；
所述控制导引信号端子CC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接；
所述控制导引信号端子CC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接；
所述辅助电源端子A+与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A+连接；
所述辅助电源端子A-与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A-连接；
所述模拟信号采集输出端子与人机交互单元具有模拟信号采集输入端子连接。
前述控制导引电路通过继电器KCC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，继电器KCC1控制两者的连接状态；所述控制导引电路通过继电器KCC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接，继电器KCC2控制两者的连接状态。
前述的控制单元的输入端子包括通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC2。
所述通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；
所述通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；
所述控制导引信号端子CC2与控制导引电路的输出端连接。
前述的驱动电路包括依次连接的二极管、放大电路、光耦和电抗器，所述光耦接地。
前述的人机交互单元为触摸式液晶显示屏。
与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：
本实用新型提供的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，填补了国内电动汽车直流充电机充电控制过程测试系统技术的空白，通过该测试装置可以对电动汽车各充电阶段时序变化的正确性和稳定性进行测试，并以友好的方式向用户提示检测结果，更具直观、便捷。通过通信端口和预留外部接口使其与其他设备或计算机集成，灵活组合不同测试点，构成综合性的性能检测平台，以评估直流充电机与电动汽车充电过程的正确性和稳定性，应用本实用新型能够为电动汽车直流充电机的安全应用，提供测试技术手段和技术支撑。
附图说明
图1是本实用新型提供的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置结构示意图；
图2是本实用新型的控制导引电路示意图；
图3是本实用新型的继电器驱动电路示意图；
图4是本实用新型的总线驱动结构示意图；
图5是本实用新型的电动汽车直流充电机充电过程测试装置的实现方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置组成及测试环境如图1所示，测试装置包括：
采集单元：采集直流充电机插头的输出电压/电流、控制导引信号、通信信号以及辅助电源值，采集单元包括接口端子；接口端子包括输入端子和输出端子；
输入端子与直流充电机连接器插头的端子连接；输入端子包括直流输入端子DC+、直流输入端子DC-、通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC1、控制导引信号端子CC2、辅助电源端子A+、辅助电源端子A-；直流输入端子DC+与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接；直流输入端子DC-与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接；通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；控制导引信号端子CC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接；控制导引信号端子CC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接；辅助电源端子A+与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A+连接；辅助电源端子A-与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A-连接；
输出端子包括模拟信号采集输出端子，模拟信号采集输出端子与所述人机交互单元具有模拟信号采集输入端子连接。
控制导引电路：用于实现电动汽车对直流充电机充电的控制导引功能，如图2所示，图中U1为直流充电机要求的上拉电压，U2为电动汽车要求的上拉电压，R4和R5为等效电阻， PE为接地端，控制导引电路通过继电器KCC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，通过继电器KCC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接，继电器KCC1和继电器KCC2控制两者的连接状态；
输出为控制导引信号端子CC2的输出。
控制单元：用于控制所述测试装置充电状态和通信过程，控制单元包括接口端子和驱动电路；所述接口端子包括输入端子；
输入端子包括通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC2，通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；控制导引信号端子CC2与控制导引电路的输出相连接。
驱动电路包括电路结构相同的KCC1驱动电路、KCC2驱动电路、K1驱动电路和K2驱动电路；驱动电路均包括依次连接的二极管、放大电路、光耦和电抗器，其中光耦接地，继电器的驱动电路如图3所示。
人机交互单元：用于用户与所述测试装置之间的信息交互，人机交互单元为触摸式液晶显示屏，通过并行总线与控制单元连接。
电池管理模拟单元：用于实现电动汽车侧电池管理系统的功能，通过并行总线与人机交互单元连接。
过程状态模拟单元：用于模拟充电过程中各种状态，通过并行总线与所述人机交互单元连接。
总线驱动：用于实现测试装置串行总线与负载电平匹配、电气隔离及保护。总线驱动包括总线驱动1和总线驱动2；总线驱动1和总线驱动2通过串行总线与控制单元连接；总线驱动1和总线驱动2通过RS485总线与外部设备连接，外部设备包括负载和外部通信接口。总线驱动1和总线驱动2结构相同，如图4所示，均包括三个并联的光耦支路、RS485驱动器和接收器以及两个稳压二极管；其中三个并联的光耦支路分别与RS485驱动器和接收器连接；其中一个稳压二极管与RS485-A端子连接；另一个稳压二极管与RS485-B端子连接。
继电器K1、K2：用于实现直流充电机向负载充电的状态切换。继电器K1一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接，另一端与负载的直流输入DC+连接，组成继电器K1支路；继电器K2一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接，另一端与负载的直流输入DC-连接，组成继电器K2支路。继电器K1和继电器K2控制端口直接与控制单元的IO端口相连。
继电器KCC1、KCC2：用于实现直流充电机连接器与电动汽车之间控制导引的连接状态切换。继电器KCC1一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC1连接，组成继电器KCC1支路；继电器KCC2一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC2连接，组成继电器KCC2支路。继电器KCC1和继电器KCC2控制端口直接与控制单元的IO端口相连。
电源模块：为测试装置提供电源；所述电源模块接入交流220V市电中。
本实用新型提供的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置的实现方法流程如图5所示，该方法包括下述步骤：
（1）将测试装置接入交流220V市电中，此事测试装置处于初始化状态；
继电器K1、继电器K2处于断开状态，继电器KCC1、继电器KCC2处于断开状态，采集单元测得直流充电机连接器插头的直流输出端子、通信信号端子、辅助电源端子、控制导引信号端子均无信号输出时为正常状态，其余电压对应状态为异常状态，
若测试装置初始化为正常状态，则进行步骤（2）；否则，进行步骤（11）。
（2）将测试装置与直流充电机连接器插头连接，按下直流充电机连接器插头锁定开关，使开关S保持断开状态，采集单元测得直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1输出的直流电平由12V变化为6V，控制导引信号端子CC2无输出为正常状态，其余电压对应状态为异常状态，
若控制导引信号为正常状态，则进行步骤（3）；否则，进行步骤（11）。
（3）闭合直流充电机连接器插头锁定开关，此时测试装置处于控制连接状态，采集单元测得直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1输出4V的直流电平，控制导引信号端子CC2输出6V的直流电平为正常状态，其余电压对应状态为异常状态，
若控制导引信号为正常状态，则进行步骤（4）；否则，进行步骤（11）。
（4）设置电动汽车和电池参数，通过人机交互单元在电池管理模拟单元中设置电动汽车和电池的基本参数，并向直流充电机发送BMS和车辆辨识报文，测得测试装置接收到直流充电机的充电握手阶段报文为正常状态，否则为异常状态，
若充电握手为正常状态，则进行步骤（5）；否则，进行步骤（11）。
（5）设置电池充电控制参数，通过人机交互单元在电池管理模拟单元中设置电池充电控制相关参数，判断测试装置与直流充电机的配置阶段是否正常；如果接收到直流充电机发送的充电参数配置阶段报文则充电参数配置为正常状态，否则为异常状态，
若充电参数配置为正常状态，则进行步骤（6）；否则，进行步骤（11）。
（6）请求直流充电机为所述测试装置充电，启动负载；发生如下情况之一时，测试装置停止负载工作：
a、电动汽车直流充电机达到所设置的充电结束条件；
b、控制导引信号CC1和控制导引信号CC2发生中断；
c、通信信号S+和通信信号S-发生中断；
d、所述测试装置发出充电停止命令。
（7）选择进行正常充电状态测试，判断直流充电机输出是否正确；具体判断方法为，通过电池管理模拟单元改变直流充电机输出电压和/或输出电流，所设定的新输出电压和/或新输出电流在正常变化范围内；比较采集单元测得的输出电压和/或输出电流是否与新设定的输出电压和/或新输出电流是否相同，
若所比较的值相同，则判断直流充电机输出正确，则进行步骤（9）；否则，进行步骤（11）。
（8）选择进行异常充电状态测试，判断直流充电机输出是否正确；具体判断方法为， 通过过程状态模拟单元设置故障情况，包括通信信号短路、接地故障，直流输出短路、接地故障，并控制所述控制单元执行状态切换；如果采集单元测得直流充电机连接器插头的直流输出电压在1s内降至60V以下，输出电流在2s内降至5A以下为正常状态；其他变化情况为异常状态，
若为正常状态，判断是否继续测试；否则，进行步骤（11），
如果继续测试，将过程状态模拟单元设置为正常状态并请求充电，重新进入异常充电状态测试；如果不继续测试，进行步骤（11）。
（9）判断测试装置是否正常充电结束，若测试装置向负载充电结束，则测试装置向直流充电机发送BMS统计数据，并接收直流充电机发送的充电机统计数据，采集单元测得直流充电机连接器插头的直流输出端子、辅助电源端子、通信信号端子均无输出、控制导引信号端子CC1的输出4V的直流电平、控制导引信号端子CC2输出6V的直流电平为正常状态，其余电压对应状态为异常状态，
若为正常状态，则进行步骤（10）；否则，进行步骤（11）。
（10）解锁直流充电机连接器插头锁定开关S，判断测试装置与直流充电机的结束阶段是否正常，采集单元测得直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1输出直流电平由6V变化为12V，控制导引信号端子CC2输出由6V变化为12V的直流电平为正常状态，其余电压对应状态为异常状态。
（11）将充电状态信息发送至人机交互单元和外部通信接口；
（12）关闭负载，恢复所述测试装置的初始状态；
（13）测试过程结束。
本方法中，进入充电过程后，采集单元以不大于50ms的周期对直流充电机插头的输出信号进行监测，监测的信号包括直流输出电压和电流、控制导引信号CC1和CC2、通信信号S+和S-以及辅助电源值A+和A-，一旦发生由连接器接口断开产生的信号异常时，测试装置关闭可编程电源的工作状态，并记录测试信息；
当测试装置监测到以下信号状态时，测试装置切断直流充电机的直流输出，断开继电器K1和继电器K2：
i、在充电过程中，电动汽车直流充电机控制导引信号CC1为非4V的直流电平和/或CC2为非6V的直流电平状态；
ii、在充电过程中，采集单元测得的直流输出电压/输出电流大于电池所设定的最大额定电压/电流。
本实用新型通过采集单元、控制单元、电池管理模拟单元、过程状态模拟单元实现整个充电过程的状态切换、数据采集。当电动汽车直流充电机与测试装置通过充电线缆建立物理连接后，过程状态模拟单元实现各种充电阶段状态的设置，并由控制单元执行所有正常状态和异常状态的切换动作，充电过程中电池管理模拟单元与直流充电机进行模拟通信，测试过程中的所有信号都由采集单元实时记录。本实用新型能够为专业检测机构或电动汽车生产制造商提供有效检测、评估电动汽车直流充电机充电控制过程和导引信号时序正确性和可靠性的手段和工具。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，包括：
采集单元：采集直流充电机插头的输出电压/电流、控制导引信号、通信信号以及辅助电源值，所述采集单元的输入端子与直流充电机连接器插头相应的端子连接，输出端子与人机交互单元相应的端子连接；
控制导引电路：用于实现电动汽车对直流充电机充电的控制导引功能，所述控制导引电路与直流充电机连接器插头相应的端子连接，输出端与控制单元相连接；
控制单元：用于控制所述测试装置充电状态和通信过程，实现对充电过程各种状态的切换，所述控制单元包括接口端子和驱动电路，所述接口端子分别与直流充电机连接器插头和控制导引电路的输出端连接，所述驱动电路与控制单元具有IO功能的引脚连接，用于驱动继电器KCC1、继电器KCC2、继电器K1、继电器K2；
人机交互单元：用于实现用户与测试装置之间的信息交互，所述人机交互单元通过并行总线与控制单元连接；
电池管理模拟单元：用于实现电动汽车侧电池管理系统的功能，所述电池管理模拟单元通过并行总线与人机交互单元连接；
过程状态模拟单元：用于模拟充电过程中各种状态，所述过程状态模拟单元通过并行总线与人机交互单元连接；
总线驱动：包括总线驱动1和总线驱动2，用于实现所述测试装置串行总线与负载电平匹配、电气隔离及保护，所述总线驱动通过串行总线与控制单元连接，通过RS485总线分别与负载和外部通信接口连接；
继电器K1、继电器K2：用于实现直流充电机向负载充电的状态切换；所述继电器K1一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接，另一端与负载的直流输入DC+连接；所述继电器K2一端与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接，另一端与负载的直流输入DC-连接；
继电器KCC1、继电器KCC2：用于实现直流充电机连接器与电动汽车之间控制导引的连接状态切换；所述继电器KCC1一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC1连接；所述继电器KCC2一端与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接，另一端与控制导引电路的控制导引信号端子CC2连接；
电源模块：为测试装置提供电源，所述电源模块接入交流220V市电中。
2.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，所述采集单元的输入端子包括直流输入端子DC+、直流输入端子DC-、通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC1、控制导引信号端子CC2、辅助电源端子A+、辅助电源端子A-，输出端子为模拟信号采集输出端子；
所述直流输入端子DC+与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC+连接；
所述直流输入端子DC-与直流充电机连接器插头的直流输出端子DC-连接；
所述通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；
所述通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；
所述控制导引信号端子CC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接；
所述控制导引信号端子CC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接；
所述辅助电源端子A+与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A+连接；
所述辅助电源端子A-与直流充电机连接器插头的辅助电源端子A-连接；
所述模拟信号采集输出端子与人机交互单元具有模拟信号采集输入端子连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，所述控制导引电路通过继电器KCC1与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC1连接，继电器KCC1控制两者的连接状态；所述控制导引电路通过继电器KCC2与直流充电机连接器插头的控制导引信号端子CC2连接，继电器KCC2控制两者的连接状态。
4.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，所述控制单元的输入端子包括通信信号端子S+、通信信号端子S-、控制导引信号端子CC2，
所述通信信号端子S+与直流充电机连接器插头的通信信号端子S+连接；
所述通信信号端子S-与直流充电机连接器插头的通信信号端子S-连接；
所述控制导引信号端子CC2与控制导引电路的输出端相连接。
5.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，所述驱动电路包括依次连接的二极管、放大电路、光耦和电抗器，所述光耦接地。
6.根据权利要求1所述的电动汽车直流充电机充电控制过程测试装置，其特征在于，所述人机交互单元为触摸式液晶显示屏。
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