朱彬，侯興哲，孫洪亮，劉永相，汪會財(cái)，龍羿

（國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶401123）

0 引 言

互聯(lián)互通問題一直困擾該電動汽車的推廣應(yīng)用，隨著電動汽車與充電設(shè)施的發(fā)展，對供電設(shè)備與電動汽車之間的互操作性測試變得尤為迫切。目前全國不同運(yùn)營商的充電網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通尚未開展，導(dǎo)致跨區(qū)域、跨平臺充電困難。國家也專門出臺了加強(qiáng)充電設(shè)施的檢測認(rèn)證，促進(jìn)不同充電服務(wù)平臺互聯(lián)互通的指導(dǎo)意見［1］。

2011年底，國家正式發(fā)布了電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置系列標(biāo)準(zhǔn)［2-3］，解決了國內(nèi)不同地方執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)，接口不能相互匹配的混亂局面［4］，對于規(guī)范和引導(dǎo)電動汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)、充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營起到了重要作用。但對于充電接口和通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的部分條款和技術(shù)細(xì)節(jié)規(guī)定不夠細(xì)致，對一些關(guān)鍵性的參數(shù)僅給出推薦值未限定范圍，導(dǎo)致不同車輛和充電設(shè)施之間不兼容。在此背景下，2015年年底，國家質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合頒布了電動汽車充電接口及通信協(xié)議5項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。新國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步細(xì)化兼容性規(guī)定，比如規(guī)范了充電電壓的分類；對充電接口的額定電壓、電流進(jìn)行了規(guī)定；增加了通信版本控制，明確了充電的時(shí)序邏輯和時(shí)間定義等。其中，GB／T 18487.1-2015對電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的通用要求進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定［5］，GB／T 20234.1-2015對傳導(dǎo)充電用連接裝置的通用要求進(jìn)行了細(xì)化［6］，GB／T 20234.2-2015專門對交流充電接口進(jìn)行了細(xì)致規(guī)定［7］。目前，最新的國家標(biāo)準(zhǔn)是電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范第1部分：供電設(shè)備（報(bào)批稿），規(guī)定了電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試對供電設(shè)備的檢驗(yàn)規(guī)則、測試條件、測試項(xiàng)目、測試方法及合格評判，正在審查中。

本文介紹了控制導(dǎo)引電路原理，基于新國家標(biāo)準(zhǔn)和最新的傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范設(shè)計(jì)了交流充電樁和纜上控制與保護(hù)裝置（IC-CPD）互操作性測試裝置，并采用該裝置對互操作性各檢測項(xiàng)目進(jìn)行了測試。

1 控制導(dǎo)引電路原理

當(dāng)電動汽車充電時(shí)，應(yīng)使用控制導(dǎo)引電路進(jìn)行充電連接裝置的連接確認(rèn)及額定電流參數(shù)的判斷［8］。圖1是采用充電模式3（采用充電樁供電）連接方式B（帶有車輛插頭和供電插頭）的控制導(dǎo)引電路原理圖，圖2是采用充電模式2（使用了纜上控制與保護(hù)裝置）連接方式B的控制導(dǎo)引電路原理圖［5］。

2 檢測裝置

交流充電樁和纜上控制與保護(hù)裝置（IC-CPD）常規(guī)電性能和傳導(dǎo)互操作性測試的測試裝置原理圖如圖3所示。裝置留有IC-CPD和交流充電樁輸入電源專用插座和接口，可對IC-CPD和交流充電樁進(jìn)行仿真測試。

圖1 充電模式3連接方式B的控制導(dǎo)引電路原理圖Fig.1 Control pilot circuit theory diagram of chargingmode 3，case B connect

圖2 充電模式2連接方式B的控制導(dǎo)引電路原理圖Fig.2 Control pilot circuit theory diagram of chargingmode 2，case B connect

圖3 交流充電樁和纜上控制與保護(hù)裝置（IC-CPD）測試裝置原理圖Fig.3 Test equipment schematic diagram of AC charging spot and in-cable control and protection device（IC-CPD）

L1、L2、L3、N、PE、CP、CC各個(gè)觸點(diǎn)上均配置模擬開關(guān)，可模擬故障狀態(tài)。

可編程交流電源給充電樁提供穩(wěn)定、可靠的電源，并可模擬市電的各種異常及干擾，還可模擬諧波，跌落，瞬斷等狀況，并測試在這些條件下充電樁的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)是否在國標(biāo)范圍之內(nèi)。

功率計(jì)采集被測交流樁輸入和輸出的三相電壓、電流，計(jì)算電壓、電流和功率值。

示波器采集檢測點(diǎn)1（CP）和檢測點(diǎn)4（CC）的電壓信號，以及S2開關(guān)位置信號、輸出電壓信號和輸出電流信號，作為傳導(dǎo)充電互操作性測試的判據(jù)。

按照最新的電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范要求［8］，可編程交流負(fù)載由純阻性負(fù)載組成，可單相獨(dú)立控制。

交流充電測試接口模擬器用于模擬車輛插座及車輛內(nèi)的控制導(dǎo)引電路，模擬導(dǎo)引電阻的變化、信號接地／斷路等故障、開關(guān)分合邏輯等。對各種情況的模擬方法及詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案如下：

絕緣模擬電阻和對應(yīng)模擬開關(guān)接在L1與PE之間，模擬L1與PE之間絕緣電阻降低，引起被測充電樁漏電保護(hù)動作，可對剩余電流功能進(jìn)行測試；

接地電阻和對應(yīng)模擬開關(guān)接在CC與PE之間，模擬CC接地故障；接在CP與PE之間，模擬CP接地故障；

R2電阻模擬電路可模擬R2電阻的5個(gè)電阻檔位，分別為909Ω、1 261Ω、1 300Ω、1 339Ω和1 723Ω［9］；

R3電阻模擬電阻可模擬R3電阻的5個(gè)電阻檔位，分別為1 820Ω、2 658Ω、2 740Ω、2 822Ω和4 610Ω；

車輛控制模擬器中與二次集控單元使用485進(jìn)行通信，接收指令并返回內(nèi)部狀態(tài)。

3 檢測項(xiàng)目及結(jié)果

對交流充電樁和纜上控制與保護(hù)裝置（IC-CPD）可開展的互操作性測試項(xiàng)目如表1所示。

表1 可開展的互操作性測試項(xiàng)目Tab.1 Interoperability test items which can be carried out

3.1 連接確認(rèn)測試

該項(xiàng)目測試目的為檢查充電樁是否能通過測量檢測點(diǎn)1或檢測點(diǎn)4的電壓值來判斷供電插頭與供電插座的連接狀態(tài)，并進(jìn)入對應(yīng)的充電狀態(tài)。需檢測檢測點(diǎn)1的電壓值、PWM信號、檢測點(diǎn)4的電壓值及充電狀態(tài)，可通過示波器直接讀取。表2、表3為對送檢的某品牌交流充電樁（記為樣品1）的連接確認(rèn)測試結(jié)果，表2中接口模擬器模擬具備開關(guān)S2的電動車，表3中接口模擬器模擬不具備開關(guān)S2（相當(dāng)于圖3中S2常閉）的電動車。以下未特別說明的試驗(yàn)結(jié)果，均指對樣品1的測試結(jié)果。可看出，表中狀態(tài)1時(shí)檢測點(diǎn)1的實(shí)測值偏高，需調(diào)節(jié)充電樁內(nèi)的12 V直流電源輸出，其他測試都符合要求。多個(gè)品牌的樣品測試表明，半數(shù)樣品檢測點(diǎn)1的電壓值超出了±0.8 V的范圍。

表2 連接確認(rèn)測試結(jié)果（具備開關(guān)S2）Tab.2 Test results of connection confirm function（with switch S2）

表3 連接確認(rèn)測試結(jié)果（不具備開關(guān)S2）Tab.3 Test results of connection confirm function（without switch S2）

3.2 充電準(zhǔn)備就緒測試

該項(xiàng)目測試目的為檢查充電樁在檢測到車輛準(zhǔn)備就緒時(shí)是否能啟動充電。模擬閉合開關(guān)S2，檢查檢測點(diǎn)1的電壓值、PWM信號以及充電狀態(tài)。從表4可以看出，在狀態(tài)3′時(shí)，供電回路正常導(dǎo)通，符合國標(biāo)要求。

表4 充電準(zhǔn)備就緒測試結(jié)果Tab.4 Test results of charging preparation

3.3 啟動和充電階段測試

該項(xiàng)目測試在充電過程中，檢查充電樁是否能通過PWM信號占空比告知其最大可供電能力。表5為充電樁產(chǎn)生的的PWM占空比。

根據(jù)PWM占空比與充電電流限值得關(guān)系，該充電樁的最大充電電流為［5］：該樣品額定電流為32 A，兩數(shù)據(jù)基本吻合。

表5 充電樁產(chǎn)生的的PWM占空比Tab.5 Test results of PWM duty-ratio generated by charging spot

3.4 正常充電結(jié)束測試

該項(xiàng)目檢查充電樁在滿足充電結(jié)束條件或收到車輛停止充電指令時(shí)是否正常充電結(jié)束，供電控制裝置應(yīng)能在100 ms內(nèi)控制開關(guān)S1切換到+12 V連接狀態(tài)，并通過斷開接觸器K1和K2切斷交流供電回路。表6為正常充電結(jié)束的測試結(jié)果，容易得出，檢測點(diǎn)的高低電平、頻率都符合要求，但停止時(shí)間超過了100 ms。大量測試結(jié)果表明，許多品牌的充電樁都存在停止時(shí)間超時(shí)這個(gè)問題。

3.5 充電連接控制時(shí)序測試

該項(xiàng)目檢查充電樁充電連接控制過程和間隔時(shí)間是否滿足要求。充電連接控制時(shí)序要求如表7所示。

表6 正常充電結(jié)束的測試結(jié)果Tab.6 Test results of normal charging end

表7 充電連接控制時(shí)序要求Tab.7 Timing requirements of charging connection control

表8為測試結(jié)果，可以看出，從狀態(tài)3’到狀態(tài)3、狀態(tài)2’、狀態(tài)1都存在時(shí)間超標(biāo)的現(xiàn)象。測試結(jié)果表明，這種結(jié)果在許多品牌的充電樁上都存在。表明廠家對充電結(jié)束的控制時(shí)序間隔重視不夠。

表8 充電連接控制時(shí)序測試結(jié)果Tab.8 Test results of timing sequence requirements of charging connection control

3.6 CP斷線測試

該項(xiàng)目在充電前和充電中，分別檢查充電樁在CP斷線時(shí)是否能停止充電。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，充電過程中出現(xiàn)該故障，供電控制裝置應(yīng)在100 ms內(nèi)斷開交流供電回路；充電前出現(xiàn)該故障，充電控制開關(guān)S1切換到+12 V連接狀態(tài)并不閉合供電回路。表9為模擬CP斷線時(shí)的測試結(jié)果。

表9 模擬CP斷線時(shí)的測試結(jié)果Tab.9 Test results of simulation CP disconnection

3.7 CP接地測試

該項(xiàng)目在充電前和充電中，分別檢查充電樁在CP接地時(shí)是否能停止充電。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，充電過程中出現(xiàn)該故障，供電控制裝置應(yīng)在100 ms內(nèi)斷開交流供電回路。表10為模擬CP接地時(shí)的測試結(jié)果，可以看出，停止充電時(shí)間超時(shí)。

表10 模擬CP接地時(shí)的測試結(jié)果Tab.10 Test results of simulation CP grounding

3.8 保護(hù)接地導(dǎo)體連續(xù)性丟失測試

該項(xiàng)目在充電過程中，檢查充電樁在失去保護(hù)接地導(dǎo)體電氣連續(xù)性時(shí)是否能停止充電，電動汽車供電設(shè)備應(yīng)在100 ms內(nèi)切斷電源，表11為測試結(jié)果。

表11 保護(hù)接地導(dǎo)體連續(xù)性丟失測試結(jié)果Tab.11 Test results of protective grounding conductor continuity disconnection

3.9 輸出過流測試

該項(xiàng)目在充電過程中，檢查充電樁在輸出過流時(shí)是否能停止充電。當(dāng)充電樁輸出的PWM信號對應(yīng)的最大供電電流≤20 A時(shí)，模擬充電電流超過充電樁最大供電電流+2 A，并保持5 s時(shí)，或當(dāng)充電樁輸出的PWM信號對應(yīng)的最大供電電流＞20 A時(shí)，模擬充電電流超過充電樁最大供電電流的1.1倍，并保持5 s時(shí)，應(yīng)斷開輸出電源并控制開關(guān)S1切換到+12 V連接狀態(tài)。從表12得出，該測試樣品在9.636 s時(shí)依然為充電狀態(tài)，不符合要求。

表12 輸出過流測試結(jié)果Tab.12 Test results of output over-current

3.10 斷開開關(guān)S2測試

該項(xiàng)目在充電過程中，檢查充電樁在開關(guān)S2斷開時(shí)是否能停止充電，要求當(dāng)車輛S2斷開（監(jiān)測點(diǎn)1的電壓值為9 V）時(shí)，供電控制裝置應(yīng)在100 ms內(nèi)斷開交流供電回路，持續(xù)輸出PWM。根據(jù)表13的測量結(jié)果，該樣品符合要求。

表13 斷開開關(guān)S2測試結(jié)果Tab.13 Test results of disconnect switch S2

3.11 CP回路電壓限值測試

該項(xiàng)目檢查充電樁對檢測點(diǎn)1的電壓值的判斷和響應(yīng)是否正確。在充電前或充電過程中，當(dāng)檢測點(diǎn)1的正電壓值在對應(yīng)狀態(tài)下標(biāo)稱值誤差范圍內(nèi)，充電樁應(yīng)允許充電或正常充電；當(dāng)檢測點(diǎn)1的正電壓值超過對應(yīng)狀態(tài)下標(biāo)稱值誤差范圍時(shí)，充電樁應(yīng)不允許充電或停止充電。根據(jù)表14的測量結(jié)果，該樣品符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表14 CP回路電壓限值測試結(jié)果Tab.14 Test results of loop voltage limit

4 結(jié)束語

供電設(shè)備與電動汽車之間的互操作性測試對電動汽車的推廣應(yīng)用起著特別重要的作用。本文首先介紹了控制導(dǎo)引電路原理，基于新國家標(biāo)準(zhǔn)和最新的傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范設(shè)計(jì)了交流充電樁和纜上控制與保護(hù)裝置（IC-CPD）互操作性測試裝置，詳述了互操作性各檢測項(xiàng)目的測試目的及評判依據(jù)，并對各檢測項(xiàng)目進(jìn)行了檢測及分析。檢測結(jié)果表明，目前充電樁的互操作性測試主要存在以下問題：（1）半數(shù)樣品檢測點(diǎn)1的電壓值超出了±0.8 V的容許范圍；（2）充電連接控制時(shí)序不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（3）當(dāng)充電樁在非正常條件下充電結(jié)束或停止時(shí)，不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)斷開交流供電回路。