陳麗雪、李津、李川、李楊、王朝暉、徐孟龍

[1.中汽研新能源汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津300300；2.北京博電新力電氣股份有限公司，北京100176]

0 引言

近些年，隨著私家車中電動汽車的比例不斷升高，車主的使用場景也越來越多，尤其是車輛對外部負載放電（vehicle to load，簡稱“V2L”）功能的使用，給人們出行帶來極大的便利。

目前，比亞迪、北汽、吉利、廣汽等車企已經(jīng)有大量V2L 的應(yīng)用，這些車企的方案主要采用交流放電模式（車輛通過交流充電接口對外部負載輸出交流電），供人們出行時便捷地使用日常家用電器。然而，車輛放出的電能是否能夠保證電器的可靠使用，能夠供哪些類型的電器使用，這是電動汽車用戶十分關(guān)注的問題。

目前的標準體系中還沒有整車級別的標準發(fā)布，《電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》（GB/T 40432—2021）中對具有逆變功能的車載充電機的逆變技術(shù)要求和測試方法做出了規(guī)定，規(guī)定了交流輸出電壓、頻率、動態(tài)響應(yīng)、電能質(zhì)量、效率、過載能力以及保護功能。然而標準體系中對電動汽車交流V2L 的負載特性未做明確的要求。研究負載特性的目的是解決電動汽車用戶對車輛放出電能的適應(yīng)性焦慮，主要從以下三個方面進行研究：電動汽車交流V2L 對不同類型負載的放電特性；車輛放電系統(tǒng)與各類負載的匹配性能；車輛放電系統(tǒng)在負載頻繁通斷時的性能。

1 試驗

1.1 試驗平臺

如圖1所示，測試不同類型的負載測試電動汽車交流V2L 的性能，采用電能質(zhì)量分析儀測試車輛放電的電能質(zhì)量，采用示波器測試放電電壓、電流和控制導(dǎo)引信號（CP）電壓。

圖1 測試平臺示意圖

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗條件

試驗環(huán)境為試驗室環(huán)境常溫下進行。

1.2.2 試驗流程

（1）試驗準備：將車輛動電池荷電狀態(tài)（SOC）充至50～80%，在試驗室內(nèi)浸車12h 以上，以確保充電系統(tǒng)的溫度不會對試驗結(jié)果造成影響。

（2）利用電子負載測試車輛交流V2L 放電性能：參考不間斷電源設(shè)備IEC 62040 系列標準中對不間斷電源（UPS）的負載適應(yīng)性的要求，列出30 余種典型負載，測試并記錄車輛交流V2L 工作在對這些典型負載下的有功功率、無功功率、功率因數(shù)（PF）、峰值因數(shù)（CF）等關(guān)鍵參數(shù)。

（3）利用常用電器驗證車輛交流V2L 放電性能：按照負載類型（阻性、感性、容性、是否有PFC 等）選取常檢的電器做測試負載，測試并記錄車輛交流V2L工作在對這些典型負載下的沖擊電流和穩(wěn)態(tài)電流[1]。

2 試驗結(jié)果與分析

本文選取的試驗環(huán)境為試驗室常溫環(huán)境，試驗負載一方面選擇可編程交流電子負載，另一方面選用常用的電器，試驗車輛為某支持交流V2L 的純電動汽車，車輛雙向充電機額定放電功率3.1kW，峰值放電功率為3.41kW。

2.1 放電特性測試結(jié)果

2.1.1 工作電壓范圍測試

部分家用電器對電壓范圍有著比較高的要求，為測試車輛交流V2L 的輸出電壓范圍，進行如下測試：使用示波器在放電裝置和負載之間采集放電電壓、放電電流，設(shè)定雙向車載充電機額定輸入電壓（高壓）為±5%，電子負載在恒壓（CV）模式、恒流（CC）模式下調(diào)整電壓值。測試結(jié)果如下：

CC 模式工作電壓范圍：216.70～223.04V；恒阻（CR）模式工作電壓范圍：207.23～222.83V；CR 模式下調(diào)小電阻值，電流升高電壓減小，不存在過壓情況，電阻達到15.3Ω 時，達到額定功率，電壓穩(wěn)定在±5%以內(nèi)，電阻進一步降低，會引起電壓下降，當電阻達到13.7Ω 時，達到峰值功率，無法進一步升高[2]。

2.1.2 工作電流范圍測試

為測試車輛交流V2L 的輸出電流范圍，進行如下測試：測試設(shè)備同工作電壓范圍測試，設(shè)定雙向車載充電機額定輸入電壓（高壓）±5%，負載工作在CC 或CV 工作模式過流有無保險裝置。測試結(jié)果如下：

CC 工作模式工作電流范圍：0～14.14A；CR 模式工作電壓范圍：0.1～16.37A；CR 模式下減小電阻，電流升高至16.37A 左右不再升高，電壓下降功率減小。

2.1.3 非阻負載容量的交流輸出

部分家用電器并非是阻性負載，例如有電動機的負載如割草機、吸塵器和一些復(fù)雜負載例如微波爐、電磁爐等，為測試車輛交流V2L 對這一類負載的適應(yīng)性，開展下列測試：利用功率分析儀采集放電電壓、放電電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和峰值因數(shù)。根據(jù)IEC 62040 系列標準的要求，選取負載的電容值和電感值，進行車輛交流V2L 輸出特性測試[3]，在典型非阻性負載的放電性能測試中，車輛交流V2L 功能完全可以適應(yīng)。

2.2 負載匹配性測試

為驗證放電車輛與不同類型家用電器的匹配性能，開展下列測試：利用示波器采集放電電流，按照負載類型分類，本部分試驗將負載進行分類，并選取每一類負載的典型家用電器進行負載匹配性測試，將測試并記錄車輛交流V2L 工作模式下對不同負載的工作情況以及沖擊電流與穩(wěn)態(tài)電流，以驗證負載匹配情況。

本試驗測試了37 類40 種常用家用電器。根據(jù)測試結(jié)果統(tǒng)計，車輛在對車載充電機進行交流放電時，沖擊電流達到最高102.5A，不能啟動充電，根據(jù)《電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》(GB/T 40432—2021)的規(guī)定，車載充電機的啟動沖擊電流應(yīng)不超過額定負載穩(wěn)定工作時輸入電流峰值的120%，根據(jù)《電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》(QC/T 895—2011)的規(guī)定，車載充電機的啟動沖擊電流(車載充電機輸入電流)不應(yīng)大于工作時輸入電流最大值的150%，故該沖擊電流已嚴重超出兩個標準的要求，屬于非正常狀態(tài)[4]。在其余39 種負載中，沖擊電流最高達到55.829A，車輛可以正常對外放電，該沖擊電流值比放電車輛雙向車載充電機穩(wěn)態(tài)放電電流高出3 倍以上，放電車輛具備對不同負載引起的沖擊電流有較強的適應(yīng)性，唯一充不上電的負載的沖擊電流已經(jīng)不滿足標準要求。

2.3 拋負載性能試驗

放電車輛作為電源的一種，其拋負載特性十分重要，拋負載是放電過程中負載從100%到0%的突變過程，模擬家用電器突然掉電的過程。依據(jù)《電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機》(GB/T 40432—2021)，示波器采集放電電壓峰值和恢復(fù)時間，首先，進行拋負載的性能試驗，CR 模式下，輸出電壓的上升時間、輸出電壓的上升峰值以及穩(wěn)定值；當進行拋負載試驗時，電流下降時間為4.7ms，電壓上升峰值為366.83V，相比較于單相電峰值的標稱值310V，瞬時增長了18.33%。

然后進行連續(xù)拋負載的功能性試驗，在CR 和CC兩種負載模式下，分別對50%額定功率、100%額定功率負載和峰值功率負載進行連續(xù)50 次加載與拋負載切換（每個循環(huán)加載3s 然后拋負載3s），檢驗放電功能是否正常，記錄輸出電壓。測試結(jié)果如下：

負載設(shè)定在CR 模式，在放電功能正常的條件下，CR 模式下調(diào)整設(shè)定電阻值為15.3Ω 時，能夠正常循環(huán)50 次；CR 模式下調(diào)整設(shè)定電阻值為15.3Ω 時，循環(huán)25 次后車輛無法再次啟動交流放電功能。

負載設(shè)定在CC 模式，在放電功能正常的條件下，CC 模式下調(diào)整設(shè)定電流值為7.07A 和14.14A 時，均能夠正常循環(huán)50 次[5]。

本次試驗中，車輛對外放電拋負載時，會產(chǎn)生明顯的瞬時電壓升高。然而在連續(xù)的拋負載試驗中，在CR 模式達到峰值功率時，交流V2L 系統(tǒng)無法正常循環(huán)。在額定功率時，能夠可靠循環(huán)，具備穩(wěn)定可靠的拋負載性能。

3 結(jié)語

本文以電動汽車整車為研究對象，從不同負載的放電特性、負載匹配、拋負載性能等方面進行電動汽車交流V2L 的負載特性試驗。通過試驗結(jié)果可知：

放電功率不超過額定功率時，在CC、CR 模式下均可以維持穩(wěn)定的放電電壓和電能質(zhì)量，針對阻性、容性、感性負載均可以正常工作。

在匹配不同類型的負載時，啟動沖擊電流是限制放電系統(tǒng)工作的一項因素。在超過100A 沖擊電流時，放電車輛無法正常工作。在最高55.829A 沖擊電流（超過額定電流3 倍以上）下認可正常啟動放電功能。

放電車輛在頻繁拋負載時具備足夠的適應(yīng)性，足以支撐日常使用。