电动汽车交直流充电桩检测装置探索与设计

电动汽车交直流充电桩检测装置探索与设计

王保盛

国网新疆电力有限公司营销服务中心（资金集约中心、计量中心） 新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐市 830000

摘要：在环境污染严重、能源危机巨大的形势下，电动汽车的推广和使用体现出了重要的意义和价值，但因此造成的配电系统运行不平衡等问题也引起了高度重视。政府部门和技术部门会共同采取有效措施，使这一问题得到合理解决。基于此，本文主要分析了电动汽车交直流充电桩检测装置探索与设计。

关键词:电动汽车；交直流充电桩；设计

引言

目前，电动汽车充电桩标准各成体系，标准不统一。纯电动汽车已由原来的换电模式发展到现在的充电模式，并由慢充发展到了快充，更贴近客户需求。各大电动车企业在电池性能、规格等方面并未统一，甚至差距比较大。电动汽车智能充电桩的设计应高度融合绿色、环保设计理念，优化环境兼容系统的设计，降低能源资源耗损的同时减少环境污染，从而进一步推动环境友好型社会的发展。

1研究背景

当今世界能源紧缺和环境污染问题凸显，相比于传统燃油汽车，新能源汽车具有节能、低噪声、零排放三大优点，在缓解石油短缺压力、减少环境污染、推动汽车制造业转型升级和交通运输业可持续发展等方面发挥着关键作用。据统计，截止2019年初，我国新能源汽车总产销量超过300万辆，计划到2020年总产销量将超过500万辆。充电桩是电动汽车的能源补给站，然而，充电桩产业现状却不容乐观，暴露出许多问题。

1.1充电桩普遍存在安全隐患，安全事故频频发生

2019年8月广东某产品质量监督机构公布的充电桩风险监测结果显示，超过七成的充电桩产品存在安全隐患，主要包括故障未停机警告、充电桩输出电压失控等问题。实际上，由于这些安全隐患的存在，现实生活中已经多次出现严重的充电安全事故，主要包括充电过程中发生火灾、充电桩漏电导致触电等事故。

1.2充电桩质量安全问题，故障率高

据统计，国内充电桩生产企业达到300家，品牌和型号众多，部分厂商未严格遵循充电桩国家标准要求，生产的充电桩无法正常充电，主要问题是通信协议不规范、与电动汽车充电不匹配。

1.3充电桩故障难以定位，维护难度大

充电桩工作环境恶劣，内部器件容易损坏，出现故障。并且，由于人工检测难以快速定位故障，维修周期长，导致出现充电桩“坟场”现象。因此，以上问题导致新能源汽车用户充电难，充电体验差，新能源充电汽车产业的发展。安全是充电桩产业发展的基础和前提，通信协议一致性和互操作性是决定充电桩产品充电安全的两大重要指标。从2015年起，为了保证充电桩产品安全性，国家相关部门相继出台了更加严格的标准规范，要求对充电桩产品进行强制检测^[1]。

2电动汽车主要充电技术

2.1整车充电

目前国内整车充电模式分快充和慢充两种方式。快充属于直流充电，充电功率高于30KW，在20-30min可为动力电池充电50％～80％，已足以满足目前电池技术续航需要。快充桩依托于快速充电站建设，具有充电时间短、充电车辆流动快、节省充电站车场面积等优势，因此主要适用于营运类领域，比如公交、出租、环卫、通勤巴士、物流车。但是快充也存在如下缺点：充电效率低，充电机制造、安装和工作成本较高；充电电流大，对电池及充电设备技术要求较高，对车辆电池动力及寿命影响较大，存在安全隐患；大电流充电也会对公共电网设备形成冲击，影响供电质量和安全。慢充属于交流充电，充电功率较小，一般为3.3～7ｋＷ，充满电一般需要5～8ｈ；慢充桩成本低，安装方便；可利用低谷电进行充电，降低充电成本；而且充电时段充电电流较小、电压相对稳定。

2.2集中换电

国内企业从2009年开始建设充换电基础设施，国家电网、南方电网、普天新能源等企业在建设充电站的同时，也建设了少数换电站。然而，由于电池技术无标准化、车企投资高昂、投资方向不一致等原因，最终国家电网、南方电网、普天新能源均放弃换电模式。目前，国内以北汽新能源、蔚来汽车、力帆等为代表的企业开始加大换电模式的研究和推广，在同一品牌、少数车型、特定应用场景情况下，换电模式可作为充电模式的补充，也可能成为推动我国新能源汽车产业发展的创新商业模式之一^[2]。

2.3无线充电

与传统充电桩电缆插拔、占用土地资源、流程审批繁琐、建设成本高等问题相比，无线充电更加便利与安全，且占地小、人力及维护成本低，为用户提供更友好的充电体验。由于无线充电技术需要对既有场站进行改造，充电效率较低，目前仍难以大规模应用。综合以上几种充电技术来看，未来新能源汽车能源补充方式将呈现多样化和场景化，随着350KW以上的大功率充电技术的进一步发展，充电的能源补给效率也将达到燃油车加注汽油的效率。

3电动汽车交直流充电桩检测装置探索与设计

3.1总体结构设计

系统可实现电动汽车充电设施电气性能、充电通信规约、全业务充电流程功能的智能化、自动化检测，并实现检测流程、节点和关键评价指标可视化展示、测试数据存储、测试曲线绘制、故障信息和故障原因提示、检测报告生成与导出等功能。系统集成软件为满足自动测试需求，配备BMS模拟程序，并可设置对应的测试输出参数，生成电动汽车报文数据库。软件设备管理模块能和电池管理系统接口模拟器、电池模拟器、录波仪等设备通信并实现远程自动控制，能通过控制器局域网络和充电桩进行参数配置和充电控制，编程测试互操作和协议一致性测试。数据管理模块用于测试数据的存储和分析，判断测试结果并导出测试报告

^[3]。

3.2系统运行流程设计

充电检测分析系统开发平台采用独立软件的形式与数据管理系统建立联系，它具有高通用性和高移植性，可以通过不同参数配置实现对不同检测设备的调用，从而实现对不同检测设备的自动控制。可配置的充电分析系统设计方法的应用，将会大大降低项目开发成本，节约项目开发时间，有效避免了程序的二次开发。系统采用高可扩展的软件框架系统，大容量的数据库，性能测试可以满足数字化信息化建设的需求，提高测试效率，降低测试人员的工作强度。在开始测试后，整个测试流程包括建立测试任务及参数配置、设备连接与系统自检、测试流程选择与执行、测试数据存储于分析、自动生成并导出测试报告等5个阶段，最终完成测试任务。

3.3交直流采样转换线路设计

转换线路的设计是为了提高设备的检测准确度与更广的设备同用性而设计的。交流充电桩和直流充电桩两者的核心计量元件都是电能表，而检测交流电能表的标准表生产技术已经非常成熟，而且准确度等级可达到0.05级。虽然直流电能计量的国家标准尚未出台，但许多电能表检测设备生产企业都已经开始进行这方面的研制。

检测设备两端设有可插拔的充电插座，检测时可根据需要插入合适的充电插座，用于对交流或直流充电桩的检测。两边的充电插座与对应的充电电缆相连。一端电缆接口与充电桩相连，另一端电缆接口与负载（电动汽车）相连。检测设备两端的校表脉冲插座，一端连充电桩的脉冲信号端，另一端与标准器的脉冲端子相连。电压与电流接口用来外接标准器的电压和电流输入端^[4]。

结束语

燃油汽车的碳排放量非常大，因此空气污染的生态问题已日益成为世界各地人们普遍关注的问题。当前，全球主要的汽车制造商都在积极探索并试图推出各种电动汽车,以减少能耗并保护环境。但是，电动汽车的使用也存在一些问题，例如短程，充电不便等。因此，建立安全高效的充电基础设施是电动汽车推广应用的关键一步。

参考文献

[1]马华平.电动汽车直流充电桩的自动测试系统[J]．集成电路应用．2020,37(01):102-103

[2]王斌,李航.电动汽车直流充电桩自动测试系统设计和应用[J].电子界.2019(17):126-127

[3]郭威,李正哲.电动汽车充电桩绝缘自检装置的设计与应用[J]．河北电力技术．2017，36(04)：16-19

[4]沈骏清.浅谈充电桩的测试系统及相关研究[J].科技创新导报.2018,15(11):93-95