一种充电桩移动式检测系统

技术领域

本发明属于充电桩测试装置领域，具体涉及一种充电桩移动式检测系统。

背景技术

现有的充电桩移动式检测系统，为了实现充电桩的测试，需要在检测系统中设置电动汽车充电模拟设备，用于在测试时模拟充电桩对电动汽车充电设备的充电过程。而现有技术中，通常选用直流电阻性负载(即直流负载)或直流电源作为电动汽车充电模拟设备，通过直流电阻负载直接模拟电动汽车电池的电阻，通过直流电源直接模拟电动汽车电池两端的电压，在测试充电桩时，只能根据直流电源的当前电压作为模拟电动汽车电池的端电压，使充电桩根据检测的端电压进行充电；然而，电动汽车在实际充电时，其电池两端的电压是不固定的，因此，充电桩会根据检测的任一端电压进行充电，但是现有的充电桩移动式检测系统只能实现模拟电池的单一端电压充电测试，充电模拟设备与电动汽车电池实际状态不一致，导致对充电桩的测试结果不准确。

目前，虽然存在可移动式充电桩检测车，方便现场检测充电桩的性能，但存在充电桩在检测时输出的电能无法被利用的问题，造成能源浪费；并且，有些充电站建设在境恶劣的气象区域，这些地区的线路容易产生覆冰现象，导致杆塔倒塌、线路断线，严重影响用户的供电，造成巨大损失，而现有技术中的融冰装置的电源均比较庞大，不易获取，无法解决这些地区的线路覆冰问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种充电桩移动式检测系统，用于解决现有技术对充电桩的测试结果不准确的问题。

基于上述目的，一种对充电桩的测试结果不准确的技术方案如下：

所述检测系统包括：

三相调压器，所述三相调压器用于连接被测充电桩的交流输入端，用于调整被测充电桩的交流电源；

所述充电模拟设备包括BMS模拟器、储能电池系统和直流负载，其中，所述储能电池系统用于向直流负载放电，以调整储能电池系统的端电压，实现电动汽车电池实际充电状态的模拟；所述直流负载用于模拟电动汽车电池的内阻；所述BMS模拟器用于向被测充电桩发送通信信号；

充电接口电路模拟器，包括充电桩接口、直流输出接口和通信接口，所述充电桩接口用于连接被测充电桩，所述直流输出接口用于连接所述储能电池系统和直流负载，所述通信接口与所述BMS模拟器连接；

参数采集装置，用于采集所述三相调压器的输出电压和电流，以及采集所述充电模拟设备的充电电压和电流；

工控机，所述工控机分别通信连接所述三相调压器、充电接口电路模拟器、BMS模拟器和参数采集装置，所述工控机用于根据参数采集装置发送的数据，判断被测充电桩的性能。

上述技术方案的有益效果是：

本发明的充电桩移动式检测系统，采用三相调压器模拟电网的工作状态，作为测试充电桩的交流输入；采用直流负载与储能电池系统，并结合BMS模拟器，构成电动汽车充电模拟设备，在测试时工控机根据需要，通过控制储能电池系统向直流负载放电，调整储能电池系统的端电压，用于模拟电动汽车电池实际充电状态的端电压；同时，利用BMS模拟器模拟电动汽车充电过程中BMS与充电桩之间的通信交互，实现对充电桩的通信功能测试，提高充电桩的测试准确性。

进一步，所述检测系统还包括光伏电池板和整流装置，其中，光伏电池板用于铺设在检测系统所在车辆的车顶，所述光伏电池板的输出端与整流装置的交流侧连接，整流装置的直流侧充电连接所述储能电池系统。

由于充电桩移动式检测系统通过与车辆配合实现移动功能，构成检测车，这种检测车由于长期暴露在户外，可利用光伏系统将太阳能转化为电能，并储存在储能电池系统中，解决了缺乏试验设备电源的充电桩现场测试需求。

进一步，所述检测系统还包括：

融冰装置，所述融冰装置包括正极线缆、负极线缆、正极接线夹和负极接线夹，所述正极线缆与正极接线夹连接，所述正极线缆的输入端与所述储能电池系统的正极输出端连接；所述负极线缆与负极接线夹连接，所述负极线缆的输入端与所述储能电池系统的负极输出端连接；所述正极接线夹和负极接线夹用于连接覆冰线路。

本发明利用充电桩测试时通过储能电池系统收集的电能为融冰装置供能，解决了冰雪天气条件下，因积雪覆盖无法进行正常光伏供电的问题，同时为户外配电网的覆冰线路提供融冰功能，经济效果良好。

具体的，所述参数采集装置包括：

功率分析仪，所述功率分析仪通过电流检测模块和电压检测模块连接所述三相调压器；用于获取三相调压器的输出电压和电流，进行功率和功率因数的计算，并将计算结果发送给工控机。优选的，电流检测模块为电流表，电压检测模块为电压表。

示波器，所述示波器采集连接所述充电接口电路模拟器的直流输出接口和通信接口，用于采集通过所述直流输出接口输出的充电电压和电流。

为了充分利用储能电池系统中的电能，进一步，所述检测系统还包括：

配电柜，所述配电柜依次通过逆变器、变流器连接所述储能电池系统，所述配电柜用于为检测系统的三相调压器、参数采集装置和工控机提供交流电源。

进一步，所述储能电池系统与变流器的连接线路上设置有通断开关，通过控制通断开关实现储能电池系统的功能切换，即需要电动汽车电池实际充电状态的模拟时，打开该通断开关；需要储能电池系统供电时，闭合该通断开关。

进一步，所述逆变器为双向逆变器，所述变流器为双向变流器，所述工控机用于控制所述双向逆变器和双向变流器，使配电柜向所述储能电池系统充电，以调整储能电池系统的端电压，实现电动汽车电池实际充电状态的模拟。

附图说明

图1是本发明的充电桩移动式检测系统示意图；

图2-1是本发明的市电、充电桩与电动汽车的充电连接示意图；

图2-2是本发明的充电桩与电动汽车的具体充电连接示意图；

图3是本发明的充电桩的测试操作流程图；

图4是本发明的充电桩互操作性测试任务的测试项目示意图；

图5是本发明的充电桩协议一致性的测试项目示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示的充电桩移动式检测系统，包括三相调压器、充电模拟设备、充电接口电路模拟器、参数采集装置和工控机，其中，三相调压器用于连接被测充电桩的交流输入端，用于调整被测充电桩的交流电源。

充电模拟设备包括BMS模拟器、储能电池系统和直流负载，其中，储能电池系统用于向直流负载放电，以调整储能电池系统的端电压，实现电动汽车电池实际充电状态的模拟；所述直流负载用于模拟电动汽车电池的内阻；BMS模拟器用于向被测充电桩发送通信信号。

图1中，充电接口电路模拟器包括充电桩接口(插座)、直流输出接口(DC+，DC-)和通信接口(S+，S-)，其中，充电桩接口(插座)用于连接被测充电桩，直流输出接口(DC+，DC-)用于连接储能电池系统和直流负载，通信接口(S+，S-)与BMS模拟器连接。

图1中，参数采集装置包括功率分析仪和示波器，功率分析仪通过电流表和电压表连接三相调压器，用于采集三相调压器输出的A、B、C三相电压和电流，并进行功率和功率因数的计算，将计算结果发送给工控机。图1中，示波器采集连接充电接口电路模拟器的直流输出接口(DC+，DC-)和通信接口(S+，S-)，用于采集通过直流输出接口输出的充电电压和电流，以及通信接口输出的电压。

图1中，工控机分别通信连接三相调压器、充电接口电路模拟器、BMS模拟器、功率分析仪和示波器，该工控机用于测试控制和测试结果分析，根据功率分析仪和示波器发送的数据，判断被测充电桩的性能。

本实施例中，充电桩移动式检测系统还包括配电柜，如图1所示，配电柜依次通过双向逆变器、双向变流器连接储能电池系统，该配电柜用于为检测系统的三相调压器、参数采集装置和工控机提供交流电源；同时，通过工控机控制双向逆变器和双向变流器，还能使配电柜向储能电池系统充电，以调整储能电池系统的端电压，实现电动汽车电池实际充电状态的模拟。

并且，储能电池系统与变流器的连接线路上设置有通断开关(即开关1)，通过控制通断开关实现储能电池系统的功能切换，即需要电动汽车电池实际充电状态的模拟时，打开该通断开关；需要储能电池系统供电时，闭合该通断开关。

图1中的充电桩移动式检测系统还包括光伏系统和融冰装置，其中，光伏系统包括光伏电池板和整流装置，其中，光伏电池板用于铺设在检测系统所在车辆的车顶，光伏电池板的输出端与整流装置的交流侧连接，整流装置的直流侧充电连接储能电池系统。

融冰装置包括正极线缆、负极线缆、正极接线夹和负极接线夹，其中，正极线缆与正极接线夹连接，正极线缆的输入端与储能电池系统的正极输出端连接；同理，负极线缆与负极接线夹连接，负极线缆的输入端与储能电池系统的负极输出端连接。在需要进行线路融冰时，正极接线夹和负极接线夹用于连接覆冰线路，用接线夹将覆冰线路的两相导线串联后让储能电池系统输出电流，将直流电流施加在覆冰线路上，把覆冰线路作为负载，由此采用较低的电压产生直流短路电流来加热导线使线路覆冰融化。

当光伏系统中的光伏电池板由于覆冰影响光伏储能时，在融冰模式下，将光伏电池板作为负载，通过正负极接线夹，将正电压加在电池板正负两极上，由于组件内部的PN结结构，会产生单向导通电流，由于PN结能级差，以及半导体区电阻的存在，当电子通过时会在光伏组件内部产生能量转化为热能，从而使组件温度升高，覆盖在电池板上的冰雪受热融化，达到融冰效果，防止冰雪恶劣天气下，光伏电池板被冰雪覆盖无法发电的问题。保证在现场试验电源接取困难的情况下依然可以满足试验开展，有效保证试验电源供应。

本实施例中，储能电池系统的电能补给包括三种：第一种为配电柜外接220V市电，对储能电池系统直接充电电能；第二种为光伏系统转化的电能；第三种为充电桩在测试时输出的电能，达到节约能源减少排放的目的。另外，充电桩在测试时的电能在储能电池为满电无法继续充电的情况下，可以通过直流负载消耗掉。

本发明的检测系统，通过模拟充电桩与电动汽车电池的实际充电过程，达到测试充电装置的目的，常见的充电桩与电动汽车工作示意图如图2-1、图2-2所示，整个系统包含三部分：市电、直流充电桩、电动汽车。直流充电桩的输入与市电连接，通过直流充电枪头与电动汽车汽车上的直流充电插座相连接，使市电通过直流充电桩转化为直流后，给电动汽车的电池充电。车辆接口(本实施例通过充电接口电路模拟器来模拟)连接的部分有九个线，分别包括DC+、DC-、PE、S+、S-、CC1、CC2、A+、A-。其中DC+、DC-为直流输出电压的正负极。A+、A-为低压辅助电源的正负极。信号CC1点为直流充电桩的检测点，信号监测点CC2为电动汽车的检测点。S+、S-两个线为CAN通信的CAN_H、CAN_L两个信号线。PE线为车身底线或者直流充电桩的地线。在直流充电桩内部可通过接触器K1、K2来控制直流供电回路的通断。电动汽车的直流充电回路可通过控制接触器K5、K6来控制回路的通断。在车辆接口处有个常闭开关S，此开关在充电桩插头上。在将插头插入电动汽车的插座上时，开关S处于被按下的状态。当插头完全连接进入插座时，可松开开关S。

因此，本实施例的充电桩自动测试系统(即充电桩移动式检测系统)的研究也是基于充电桩与电动汽车之间的工作原理，在设计直流充电桩自动测试系统时，设计出直流充电桩的测试环境，这个测试环境能模拟充电桩的供电电源及工作对象(电动汽车电池和BMS)的各种正常及故障的状态。

本实施例中，程控三相调压器用来模拟电网的工作状态，是测试系统的输入；直流充电接口电路模拟器用来模拟电动汽车BMS电池管理系统；直流负载用来模拟电动汽车的电阻，可以和储能电池系统互换，是测试系统的输出；波形参数采集仪器用来采集电压、电流波形信号；工控机主控系统可以根据测试项目设置测试流程，与程控三相调压器、直流负载(储能电池)、波形参数采集仪器进行通信，设置它们的使用参数并收集测试数据，根据测试数据生成测试报告。能量流动方向为：市电→程控三相调压器→被测直流充电桩→直流充电接口电路模拟器→直流负载(储能电池系统)。

检测步骤如下：

(1)第一阶段——上电阶段

首先把被测直流充电桩的输入A/B/C/N接驳到程控三相交流电源的接入上，把直流充电桩的输出充电枪接驳到直流充电接口模拟器的充电插座上；把直流负载通过开关2接驳到直流充电接口电路模拟器的DC+、DC-端子及储能电池系统处，并通过开关1与双向变流器DC/DC、逆变器连接起来，此处开关2为双向开关，既可连接直流负载与DC+、DC-，也可连接DC+、DC-与储能电池，也可以同时连接DC+、DC-与直流负载和储能电池系统，开关1为单向开关。

然后打开配电柜，给充电桩的供电电源(三相程控电源)上电，第二步将功率分析仪、示波器等测试设备的电源依次打开，第三步打开直流负载和储能电池的电源。

(2)第二阶段——自检阶段

当打开工控机上的测试软件后，软件执行的第一步就是自检所有的设备是否连接上，通过监测通信报文来实现。若自检发现有设备没有连接上，则打印出设备连接错误的信息，根据错误的信息，需要人工排查设备问题。

(3)第三阶段——设备参数配置阶段

主要包括功率分析仪参数设定，三相程控电源的参数设定、直流负载和储能电池初始化设定，BMS模拟器通讯初始化设定。

(4)第四阶段——执行测试项目

选择测试项目，有三大项目可选，包括电气性能测试、互操作性测试、协议一致性测试，根据所选择的项目初始化测试项目所需要模拟测试状态，如配置直流负载和储能电池系统、程控三相调压器、BMS模拟器等设备参数；控制功率分析仪、示波器去读取电气信号量；处理所获取的数据，判断充电桩的测试项目是否合格，显示测试项目的具体数据及处理结果。

根据测试项目，工控机主控系统向程控三相调压器、储能电池系统、直流充电接口电路模拟器发送控制命令，控制程控三相调压器调整电压，控制储能电池系统调整电压，控制充电接口电路模拟器调整充电状态，在收到程控三相调压装置、储能电池系统、充电接口电路模拟器的信号反馈后，参数采集仪器开始记录电流、电压、通信数据。主控系统处理计算电压、电流数据后，将电压、电流、功率因数、纹波系数、谐波含量等参数实时绘制在工控机，并计算出充电桩的充电效率、稳压精度、稳流精度等数据，形成测试结果，整个测试操作流程如图3所示。

在上述测试过程中，充电桩具体工作流程为：充电桩与储能电池系统通过枪线相连，主控系统控制直流充电接口电路模拟器与充电桩进行报文交互工作，当充电桩处于充电握手阶段时，工控机控制储能电池系统调整电压值为充电桩所需达到的电压，以满足充电桩对充电对象的充电电压要求，当充电桩输出电压达到该值时，工控机控制直流充电接口电路模拟器与充电桩进行报文交互，令充电桩进入充电阶段，此时充电桩开始为储能电池进行充电，将电能存储起来。

(5)第五阶段——数据保存阶段

当所有测试项目都执行结束后，接下来的工作就是保存数据，导出测试报告。本实施例中，根据国标要求，直流充电桩测试项目包括电气性能测试、互操作性测试、协议一致性测试。其中，电气性能测试项目及合格标准如表1所示。

表1

充电桩互操作性测试任务中，具体的测试项目如图4所示，此部分的测试任务需要在充电桩的运行过程中，对充电桩与电动汽车的充电线路进行测试，如在控制导引回路中的电阻R4的在不同阻值的模拟。互操作性的测试项目需要检测点CC1点的四个状态的电压值测量、特别在充电连接控制时序测试需要测量检测点CC1、直流充电桩的输出电压电流波形。

下面给出几种对充电桩判别的具体测试：

1)充电阶段测试如下：

工控机通过充电接口电路模拟器CAN通信发送报文，以报送电压需求、电流需求，工控机通过充电接口电路模拟器对输出电压进行测量，并发送报文报送电池储能系统的充电电压、电流测量值等信息；若工控机监测到直流充电桩的报文报送电压、电流输出值、累计充电时间，且为充电允许状态，则此次测试结果正常。

2)充电结束阶段测试如下：

工控机通过充电接口电路模拟器通信设置BMS模拟器的电压值，模拟电动汽车充电完成状态，并发送报文报送储能电池系统终止充电，直流充电桩停止充电，并发送报文终止充电，则此次测试结果正常。

3)直流充电桩异常充电过程测试如下：

工控机控制充电接口电路模拟器10s，周期发送储能电池系统的电压、储能电池系统的温度报文，模拟储能电池系统的通信故障，若直流充电桩停止充电则此次测试正常。

在充电桩通信协议一致性测试中，需要对充电桩的通信功能进行测试。协议一致性的测试项目如图5所示，在这部分的测试中，主要重点是故障模拟BMS报文的测试，检测充电桩对BMS发出的异常报文或故障能否做出正确的响应。

综上，本实施例的充电桩移动式检测系统，以直流充电桩为被测对象，提供了充电桩的自动测试系统，模拟充电桩的充电环境，完成相应测试任务，因此，充电桩移动式检测系统需具备的功能如下：

(1)从充电桩的输入来看，测试系统(即检测系统)具有能够调节的交流电源。模拟充电桩的输入情况，其中包含三种电压，即额定电压、过压、低压。主要是提供标准交流电源，可改变不同电压及频率，对电网的异常状况进行编程输出，包括相差、谐波、压差、电压突升与突降等因素，考核充电桩对不稳定电网的适应能力与信号的稳定输出能力。检测系统中的程控三相调压器在此起到作用，精确地模拟电网电压和频率的变化，保证充电装置在测试状态下正常工作，且能够实现电压在充电装置额定电压的85％～115％连续可调。

(2)从充电桩的输出来看，需要模拟一个电动汽车充电的设备，从充电桩与电动汽车之间的工作原理来考虑，本实施例中通过充电模拟设备来实现，采用直流负载与储能电池系统，并结合BMS模拟器，构成电动汽车充电模拟设备，在测试时工控机根据需要，通过控制储能电池系统向直流负载放电，调整储能电池系统的端电压，用于模拟电动汽车电池实际充电状态的端电压。利用BMS模拟器模拟电动汽车充电过程中BMS与充电桩之间的通信交互，实现对充电桩的通信功能测试，提高充电桩的测试准确性。

(3)选择适合的仪器测试充电桩的输入电压、输出电压、输出电流、检测点CC1电压及其波形、监控充电桩与BMS的通信，本实施例中，通过功率分析仪和示波器来实现各个参数的采集。

(4)工控机上的自动测试软件可检测直流充电桩的三大测试任务(电气特性测试、互操作性测试、协议一致性测试)，并导出测试报告。

需要说明的是，在实际工作过程中，根据电压需求或电流需求，调控储能电池或电阻负载使充电桩的有实际输出需求电压或需求电流的值。储能电池在充电模式为CV恒压状态时，需要设定为CC恒流模式；在充电桩的工作模式为CC恒流时，需要设定为CV恒压模式。如充电桩的CV恒压工作模式下输出电压为500V，输出电流为10A。储能电池单独模拟电池内阻时，需要设定为CC模式，设定电流为10A。电阻负载实际工作中，一般都会被设定为恒功率模式。当仅仅是电阻负载时，只能设定为恒功率CP模式，并不能完全模拟充电桩的充电过程。储能电池会在系统启动时模拟电池的初始电压值，充电桩在参数配置阶段会检测电池的起始电压值，判断其是否与通信报文电池电压误差范围≤±5％，只有满足条件的情况下会进入充电阶段。

在硬件实现方面，本发明的检测系统中：

光伏系统中的电池板，采用单晶光伏发电太阳能电池板，功率100W尺寸1㎡；配备扩展快速铺开柔性单晶电池板，功率400W,通过DC/DC光伏变流器，给储能电池系统(即锂电池组)充电，锂电池组通过变流器、逆变器、配电柜实现参数采集仪器、工控机、照明等系统内相关设备的供电。

储能电池系统采用3个24节80AH的锂电池模块组成，电池组的储电容量为18kWh，和双向变流器DC/DC配合，实现电池模拟，和逆变器配套实现整个测试系统供电。

示波器为高精度波形数据采集模块，内置波形采集设备，配备高压差分探头和电流探头，带宽为100MHz和200MHz，采样率为1GS/s，记录长度为1M点，能够采集电压、电流波形信号。

工控机通过参数设置对充电装置的每个检测项目进行自动测试数据处理，并生成报告，且操作界面直观，操作简单，存储采用高速硬盘。

本实施例中的充电桩移动式检测系统，通过集成有融冰装置和光伏系统，构成了可融冰光储一体化的充电桩检测车的检测系统，分为两种供电方式：一种为车内配置的储能电池系统，通过逆变成交流220V市电供应车内设备使用；一种为外接220V市电，电源通过车载电缆盘转接，输入到车内，供空调或负载散热风机使用，两种供电方式可分别或同时使用，满足某些缺乏试验设备电源的现场测试需求。

本发明的充电桩移动式检测系统，具有设备集成度高、布线固定于车辆后备箱内，避免每次测试的重复接线等优点，而且测试数据精确、测试速度快、测试可回溯程度高、测试人员工作量小、测试报告直接出具，大幅度提升了检测效率。

并且，本发明的充电桩移动式检测系统为处于高速公路及边远地区的充电桩运维检测提供了极大便利，既可以实现充电桩的测试，还可以利用测试时通过储能电池系统收集的电能为融冰装置供能，解决了冰雪天气条件下，因积雪覆盖无法进行正常光伏供电的问题，同时为户外配电网的覆冰线路提供融冰功能，经济效果良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。例如：本实施例中，采用电流表和电压表采集三相调压器的输出电压和电流，作为其他实施方式，还可采用其他电流检测模块和电压检测模块来代替，例如采用霍尔电流传感器和霍尔电压传感器来实现。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。