CN114740816A - 一种电动汽车直流充放电仿真控制***及测试*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车直流充放电仿真控制***及测试***，仿真控制***包括直流充放电仿真控制单元、交流漏电模块、双向电源组、绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、高压采集模块、工控机、示波器和功率分析仪；仿真测试***部署在工控机上，包括直流互操作测试模块、协议一致性测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块。本发明采用模块化设计，遵循开放的设计理念，为实现对电动汽车测试的全面覆盖，集成异常案例库模块，便于测试用例的持续性更新；设置编辑测试用例模块，实现对用户的数据开放，最大化测试的灵活开放性，同时保证用户在测试时能够清楚的了解测试逻辑、流程以及参与的数据。

Description

一种电动汽车直流充放电仿真控制***及测试***

技术领域

本发明涉及电动汽车充放电测试技术领域，特别涉及一种电动汽车直流充放电仿真控制***及测试***。

背景技术

新能源电动汽车目前已然成为汽车发展及生产的主流趋势，然而不同于传统的燃料汽车，电动汽车通过电能作为动力源，涉及电能充放的输入和输出，同时电动汽车还配备有电池管理***，电动汽车的生产及出场前要经过充放电的相关测试。

例如专利申请文件CN210803614U一种电动汽车互操作性测试设备、CN212008780U一种电动汽车充电检测装置以及CN205581221U一种电动汽车直流充电桩接口电路模拟器；在进行电动汽车检测过程中，仅仅能检测国标规定测试项、且软件设计部分将各测试用例以及测试参数固化在程序代码中，用户无法编辑，用户不知道真实值也无法修改，固化的设备及***，还面临测试内容重复、滞后等问题，同样的，软件***也没有为用户提供开发新测试用例接口，***可扩展有限，在很大程度上限制了用户对电动汽车测试的全面性和***性。例如：用户在进行辅助电源电压边界值测试时，如果仅仅能测试国标规定上下边界电压，但不能调整测试电压边界值，用户就不能更多了解被测车辆在辅助电源电压边界外，被测车辆适应情况；用户需要修改测试时序逻辑、了解更多关于测试结果的相关数据等操作受限时，就很大程度限制其应用范围。

现有技术以不同方式实现对电动汽车互操作国标项进行测试，在一定程度上解决了测试环境搭建耗时过长，测试数据不完整等现象。但电动汽车充电测试是一项全面、***、复杂的测试过程，但仅仅针对测试国标项远远不能满足车辆测试要求，检测机构、车企研究院都有自己大量私有用例库，用于对车辆的测试；车辆测试更多还需要调整参数，进行更宽范围测试、还需要调整异常的充电时序逻辑、检测条件，还需要保证测试数据全面完整性，做好日志记录等手段对车辆进行全面测试。为了改善上述测试不足，本文提出一种电动汽车直流充放电仿真测试***。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车直流充放电仿真控制***及测试***，采用模块化设计，各模块功能相互独立，相互配合，便于***的扩展，保证测试的灵活性，集成国标测试模块以及集成异常案例库模块，实现对仿真测试的全面覆盖，同时便于测试的持续性更新，设置用户编辑测试用例模块，实现对用户的数据开放，最大化测试的灵活开放性，同时保证用户在测试时能够清楚的了解测试逻辑、流程以及参与的数据。

本发明提供了一种电动汽车直流充放电仿真控制***，具体技术方案如下：

***包括直流充放电仿真控制单元、双向电源组、绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块、工控机、示波器和功率分析仪，所述采集模块包括高/低压采集模块和电流采集模块；

所述直流充放电仿真控制单元通过对应的通信接口与绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块连接，所述直流充放电仿真控制单元通过以太网与工控机、示波器和功率分析仪连接，所述工控机上搭载有仿真测试***；

所述直流充放电仿真控制单元包括设备端模块和导引控制回路，所述导引控制回路设有通信通断短路控制。

所述导引控制回路在国标项基础上设有通信通断短路控制。如继电器S3/S4/S5、断线控制，如继电器S1/S2/S8、枪头机械开关S的软开关S0、可编程导引电阻，如R1/R2/R3。通过以上资源，控制单元可以根据仿真测试用例的命令，实现对各种故障的模拟和状态的反馈。

进一步的，所述仿真控制***还设有四个接触器开关节点，即K1/K2和K3/K4，其中，K1/K2分别与所述双向电源组连接，另一端通过枪头与电动汽车K5/K6连接，K5/K6另一端连接至车辆的电池包，在所述双向电源组与电池包连接的线路上分别设有绝缘检测和故障模拟模块，电能计量模块和采集模块，所述双向电源组输入端通过交流断路器连接至电网，K3/K4一端分别连接电动汽车的车辆控制器，另一端连接有可调辅助电源，所述可调辅助电源与所述直流充放电仿真控制单元连接。

优选的，所述双向电源组还连接有守护模块，所述守护模块通过通信接口与所述直流充放电仿真控制单元和双向电源组连接，用于检测仿真测试***上位机是否异常，当出现异常，控制双向电源组安全关机。

优选的，所述仿真控制***还包括Y电容模拟模块与所述直流充放电仿真控制单元连接，所述直流充放电仿真控制单元通过以太网与交换机连接，分别连接至所述工控机、示波器以及功率分析仪，组成整个仿真控制***。

优选的，所述仿真控制***还设有交流漏电模块所述与所述直流充放电仿真控制单元连接，所述交流漏电模块设在所述双向电源组输入端与交流断路器之间。

本发明还提供了一种电动汽车直流充放电仿真测试***，基于上述仿真控制***，所述仿真测试***部署在工控机上，主要的测试功能模块包括直流互操作测试模块、协议一致性测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

所述直流互操作测试模块，用于检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块交互过程中，对于异常的响应能力。

所述协议一致性测试模块，用于检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块在CAN通信交互过程中，对于异常报文的响应能力。

所述集成异常案例库模块，存储有多种集成的测试实例程序，通过在工控机上操作调用测试实例；

所述用户编辑测试用例模块，设有测试用例所需调用接口，包括编辑操作界面和编辑单元，通过在所述编辑操作界面的操作，向所述编辑单元发送指令，所述编辑单元接收指令后控制仿真控制***执行对应测试操作；

充电核模块可以实现对车辆进行长时间的充电功能，以满足仿真测试***的充电测试需求；

放电核模块可以实现对车辆进行放电的功能，以满足仿真测试***的放电测试需求，用于释放电池内部电能和检测被测车辆放电功能是否正常。

进一步的，所述编辑操作界面中的操作项与编辑单元中对应的硬件控制接口相对应，硬件控制接口分别对应***各种测试状态。

进一步的，根据操作项生成的程序用例，可通过所述编辑操作界面编辑测试脚本和调整测试用例中的参数值，还可通过编辑操作界面实时观测***测试状态、绘制测试过程时序图，并保存与测试结果相关的数据，便于后续测试结果追溯。

进一步的，测试过程如下：

故障检测，仿真测试***先进行故障检测，检测与单元连接的各部分是否运行正常，若没有故障信息，则通过充电枪与电动汽车的控制器和电池包连接；

初始化***中各模块，启动充电流程，并加载测试用例，模拟相应故障，同时进行计时，统计测试结果；

在计时过程中，通过示波器记录测试过程中的时序信息，同时记录测试数据信息，当计时达到预设测试时间T或接收到终止充电报文，则完成测试，生成相应的结果信息，并恢复***状态。

本发明的有益效果如下：

1、***内置国标直流互操作测试模块和协议一致性测试模块的全覆盖；同时还通过集成异常案例库模块至***中。异常案例库测试项目的可持续更新，使得测试内容更加充分全面。

2、测试过程公开，透明，即通过用户编辑测试用例模块，将测试用例的执行逻辑公开提供给用户，用户能够清楚测试过程，并根据自己的测试需求对测试用例进行参数值的编辑，还能够编辑新的测试用例，大大提供了***的开放性和灵活性，更加全面的支持多种测试。

3、***不仅会记录测试过程数据，还会记录与测试结果相关数据，同时还会记录保存测试过程中的波形信息，***日志等，保证数据全面，便于测试追踪。

4、***采用模块化设计，通过标准的通信接口，实现***功能及外设功能扩展，如要增加国标大功率，欧美标测试，只需增加少量设备调试，即可进入新增模块开发测试环节。

5、***遵循高低压分离原则，在软件上提供了完善的保护机制，同时还设有守护模块，在充电过程中，能够检测上位机状态，并根据上位机的异常控制双向电源组关机，确保测试人员、检测设备及车辆安全。

附图说明

图1是本发明仿真控制***连接示意图；

图2是本发明仿真控制***原理示意图；

图3是本发明仿真测试***整体测试流程示意图；

图4是本发明测试用例测试流程示意图。

标记说明：图2中①-⑨表示检测点。

具体实施方式

在下面的描述中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明的实施例1公开了一种电动汽车直流充放电仿真控制***，如图1所示，***包括直流充放电仿真控制单元、双向电源组、绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块、工控机、示波器和功率分析仪；

直流充放电仿真控制单元通过CAN总线与绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块连接。直流充放电仿真控制单元通过以太网与工控机、示波器和功率分析仪连接，工控机上搭载有仿真测试***软件；

如图2所示，仿真控制***还包括设备端模块以及若干接触器继电器开关和导引电阻。

具体包括GB/T27930设备端模块和导引控制回路，导引控制回路在国标项基础上设有通信通断短路控制。如继电器S3/S4/S5、断线控制，如继电器S1/S2/S8、枪头机械开关S的软开关S0、可编程导引电阻，如R1/R2/R3。通过以上资源，控制单元可以根据仿真测试用例的命令，实现对各种故障的模拟和状态的反馈。

GB/T27930设备端模块正负极分别通过开关S3、S4与车辆BMS控制器连接，开关S3、S4与设备端连接的一侧之间还接有开关S5；

A+/A-连接充电核模块端的充电控制模块和车辆BMS，用于给BMS供电；

CC1/CC2分别为设备端和车辆端提供连接信号；

导引控制回路各部分均设有通断开关S1～S5及S8，便于模拟各种故障现象，对车辆进行充分测试。其中，CC1在车辆端通过电阻R4接地，另一端通过开关S2和电阻R1连接电压端U1，同时，CC1通过开关S2和可调电阻R2连接，通过枪头机械开关S，再经过S0接地。开关S2与R1之间设有检测点1(即图2中⑥点)；CC2在车辆端通过R5连接电压端U2，设备端通过开关S1和可调电阻R3接地，S1与R5之间设有检测点2(即图2中⑦点)；

A+和A-分别通过开关K3和K4连接可调辅助电源，可调辅助电源通过RS485与控制单元连接，K3与A+之间以及K4与A-之间分别设有低压采集点(即图2中⑧和⑨点)。

***通过直流充放电仿真控制单元IO管脚完成接触器，继电器控制和数字量信号反馈，如通过DO完成K1、K2、PE断针等功率接触器的控制和导引断线相关继电器控制；通过DI完成门禁，接触器状态反馈。通过CAN完成与可编程AC/DC双向直流源、绝缘故障模拟模块、高压采集，电流采集和守护模块的数据通信。

其中，通过IO控制的接触器开关KO与双向电源组连接，双向电源组另一端通过枪头与电动汽车的电池包连接，在双向电源组与电池包连接的线路上分别设有绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块和采集模块。IO同时还控制PE断针接触器通断和K1/K2接触器通断。

双向电源组为可编程双向AC/DC电源组，用于为直流***提供双向AC/DC能量转换功能；可编程双向AC/DC电源组采用并机方案，便于功率扩展和增强***可靠性；

双向电源组的输入端连接有交流漏电模块，在通过交流断路器连接至电网，交流断路器为L1、L2、L3及N接触器开关，即图2中KO。

DC+和DC-与电池包之间分别通过开关K5和K6连接，另一端分别接有开关K1和K2，在K1和K2两端分别设有高压采集点①②和③④。

示波器和功率分析仪，分别用于测量***时序信号和电能质量相关数据；

高压采集模块和电流采集模块，分别用于采集***直流充电电压以及电流信号；

绝缘检测和故障模拟模块，基于平衡电桥法用于完成绝缘检测功能，绝缘故障模拟功能；通过调节DC+和DC-的电压，检测模块电阻根据电阻值判断是否达标，模拟时，设定模块电阻的值，进行检测，判断是否出现异常。

双向电源组连接有守护模块，充电过程中，在守护使能允许情况下，当守护模块在一定时间内收不到上位机的心跳帧，连续检测到上位机异常时，则认为上位机异常；守护模块会主动向上位机发送上位机异常帧报文的同时，向可编程AC/DC双向电源组发送关机命令，确保电流降至安全电流后，再断开K1和K2，保护***电路。

直流充放电仿真控制单元通过以太网与交换机连接，交换机分别连接工控机、示波器和功率分析仪。

实施例2

本发明的实施例2还提供了一种电动汽车直流充放电仿真测试***，基于上述仿真控制***，仿真测试***部署在工控机上，包括直流互操作测试模块、协议一致性测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

本实施例中，仿真测试***运行在CANoe环境下，在vTestStudio下根据***资源接口开发输出测试用例；在CANoe环境下，调用测试用例，根据用例控制外设硬件及充电时序，可通过时序逻辑插件，实时观察***状态，还可以开发UI，显示相关参数信息，生成测试报告，对车辆进行测试。

其中，直流互操作测试模块，检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块交互过程中，例如，行驶互锁，连接确认，自检，准备就绪，充电阶段和充电结束整个过程的测试以及充电时序及异常工况模拟，例如，绝缘异常，通信中断和PE断针等异常，通过上述检测和模拟来检测电动汽车对于异常的响应能力。直流互操作测试模块主要实现对国标《GBT34657.2-2017电动汽车传导充电互操作性测试规范第2部分：车辆》中直流部分全覆盖；

协议一致性测试模块，检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块在CAN通信交互过程中，对于异常报文的响应能力；通过模拟各种报文类型不符的报文，数据长度不对，或者不发送预期报文等测试序列，检测BMS的响应与预期结果的一致性。主要实现对国标《GBT34658-2017电动汽车非车载传导式充电机与电池管理***之间的通信协议一致性测试》全覆盖；

集成异常案例库模块，集成有多种非国标项的测试实例，通过在工控机上仿真测试***调用测试实例；异常案例库来源于公司长期充电运营过程中电动汽车和充电桩对接异常工况整理，通过对异常工况整理的经验案例库和经验积累，国标测试项以外且与车辆相关的工况的案例集合，对车辆检测来说，是对国标测试项的有力补充；

集成异常案例库模块包括电气连接类，充电时序类，电源控制类，采集反馈类及通信协议类等测试用例集合，还包括BMS需求电压变化趋势，需求电压上升和下降时响应速度，CCS异常电压电流等诸多异常工况模拟测试用例的集合。

用户编辑测试用例模块，测试时，测试用例所需调用接口，用户编辑测试用例模块包括编辑操作界面中的参数值和编辑测试用例中的测试逻辑，通过在编辑操作界面的操作，向编辑单元发送指令，编辑单元接收指令后控制仿真控制***执行对应测试操作；

当所编辑的测试用例被调用时，CANoe根据用例指令向所控制模块发送指令，被控单元接收指令后执行对应的造作，依次完成整个测试序列操作。

用户可以根据***提供的资源接口，编写自己的测试用例对车辆进行测试。***在设计的时候，已经将与充电相关各种资源为用户提供调用接口。

如：用户可以通过继电器/接触器通断接口，绝缘电阻，导引电阻接口，直流源接口，辅助电源及电子锁等接口模拟各种故障工况或者异常的充电时序，编写相应的测试用例，实现非国标项目检测车辆的目的。

根据操作项生成的程序用例，还可通过编辑操作界面调整程序用例中的参数值，实现测试数据及流程对用户的最大化开放。

仿真测试***内置有完善的保护机制，如充电过压，过流，守护功能，漏电保护等，有默认的保护门限值，并将门限值对用户开放。在当前用例测试过程中，用户可以使能相关保护项，也可以调整保护门限值，以便于边界性测试。这些保护功能足以为人员，设备和车辆提供安全保障。

如图3所示，仿真测试***的测试过程如下：

用户为本次测试选择测试用例集，用户通过在***上的操作选定当前测试，所要使用的测试用例集合，构成测试用例集；

用户在***上操作，点击“测试控制”按钮，启动测试，测试启动后，根据测试用例集依次通过其中各子用例进行针对测试，同时***逐个加载测试用例集中各测试用例，具体执行过程如下：

判断直流充放电仿真控制单元检测测试用例是否全部完成；

若未全部完成，则进入子用例测试流程，即获取测试用例集中子用例，顺序调用其中的子用例进行测试，检测是否发生故障，若当前子用例测试部分出现故障，则记录对应的故障信息，若无故障则记录该子用例测试过程中***的实时状态信息；

当前子用例测试完成之后，执行测试用例集中其它子用例进行测试，直至集合中所有子用例均测试完成，即测试用例全部完成，将所有子用例测试对应的结果生成总测试报告输出，完成测试。

***执行子用例进行测试前，需要进行故障检测；

仿真测试***先进行故障检测，检测与单元连接的各部分是否运行正常，若没有故障信息，则检测充电枪与电动汽车的连接状态，启动用例测试流程，进入子用例测试流程；

如图4所示，子用例测试流程具体如下：

S1：初始化***模块，充电枪连接正常后，初始化仿真控制***，包括置工控机、AC/DC双向电源组、绝缘检测和故障模拟模块、守护模块、示波器等为默认状态；

S2：启动充电流程，启动高压采集模块、电流采集模块和示波器采集监测***数据；

S3：调用当前子用例执行测试，模拟测试故障；例如根据子用例程序的执行，控制仿真控制***的继电器完成PE/CC2断针故障的模拟，同时开始计时；

S4：设置超时时间T并启动超时计数器开始计时；

S5：判定时间T内是否达预期结果，若达到预期的测试结果，则记录测试结果相关数据，并记录结果为合格，执行S6；若未达到预期结果，则判断计时时间是否超过超时时间T，若超时，则记录测试结果相关数据，并记录结果为不合格，执行S6，若未超时，则返回S5初始判断；

记录测试结果相关数据，例如时间、各子项合格情况、波形、日志，同时根据该子用例对应的测试情况；

S6：生成并输出当前子用例对应的测试报告，并控制仿真控制***至默认状态。

实施例3

本发明的实施例3公开了一种电动汽车直流仿真测试***，仿真测试***各功能模块基于上述实施例2所述，在此不再重复赘述。

其中，在本实施例中，用户编辑测试用例模块还包括用例编写模块，编写模块用于在线编写测试的程序用例，包括更新测试用例参数及编辑测试的逻辑，或者编写全新的测试用例，编写模块与硬件控制***的程序接口建立引用连接，提供在线编写时所需调用的接口。

用户可通过在编辑操作界面根据实际测试需求进行测试用例的编写，并将编写的程序用例存储在集成异常案例库模块，及时更新案例库。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种电动汽车直流充放电仿真控制***，其特征在于，***包括直流充放电仿真控制单元、双向电源组、绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块、工控机、示波器和功率分析仪，所述采集模块包括高/低压采集模块和电流采集模块；

所述直流充放电仿真控制单元通过对应的通信接口与绝缘检测和故障模拟模块、电能计量模块、采集模块连接，所述直流充放电仿真控制单元通过以太网与工控机、示波器和功率分析仪连接，所述工控机上搭载有仿真测试***；

所述直流充放电仿真控制单元包括设备端模块和导引控制回路，所述导引控制回路设有通信通断短路控制。

2.根据权利要求1所述的仿真控制***，其特征在于，所述仿真控制***还设有四个接触器开关节点，即K1/K2和K3/K4，其中，K1/K2分别与所述双向电源组连接，另一端通过枪头与电动汽车K5/K6连接，K5/K6另一端连接至车辆的电池包，在所述双向电源组与电池包连接的线路上分别设有绝缘检测和故障模拟模块，电能计量模块和采集模块，所述双向电源组输入端通过交流断路器连接至电网，K3/K4一端分别连接电动汽车的车辆控制器，另一端连接有可调辅助电源，所述可调辅助电源与所述直流充放电仿真控制单元通过通信串口连接。

3.根据权利要求2所述的仿真控制***，其特征在于，所述双向电源组还连接有守护模块，所述守护模块通过通信接口与所述直流充放电仿真控制单元和双向电源组连接，用于检测仿真测试***上位机是否异常，当出现异常，控制双向电源组安全关机。

4.根据权利要求2所述的仿真控制***，其特征在于，所述仿真控制***还包括Y电容模拟模块与所述直流充放电仿真控制单元连接，所述直流充放电仿真控制单元通过以太网与交换机连接，分别连接至所述工控机、示波器以及功率分析仪，组成整个仿真控制***。

5.根据权利要求2所述的仿真控制***，其特征在于，所述仿真控制***还设有交流漏电模块所述与所述直流充放电仿真控制单元连接，所述交流漏电模块与所述双向电源组输入端与所述交流断路器之间。

6.一种基于权利要求1-5任一所述的仿真控制***的电动汽车直流充放电仿真测试***，其特征在于，所述仿真测试***部署在工控机上，主要的测试功能模块包括直流互操作测试模块、协议一致性测试模块、集成异常案例库模块、用户编辑测试用例模块、充电核模块和放电核模块；

所述直流互操作测试模块，用于检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块交互过程中，对于异常的响应能力；

所述协议一致性测试模块，用于检测车辆BMS对于充电过程中与充电核模块在CAN通信交互过程中，对于异常报文的响应能力；

所述集成异常案例库模块，存储有多种集成的测试实例程序，通过在工控机上操作调用测试实例；

所述用户编辑测试用例模块，设有测试用例所需调用接口，所述用户编辑测试用例模块包括编辑操作界面和编辑单元，通过在所述编辑操作界面的操作，向所述编辑单元发送指令，所述编辑单元接收指令后控制仿真控制***执行对应测试操作；

充电核模块可以实现对车辆进行长时间的充电功能，以满足仿真测试***的充电测试需求；

放电核模块可以实现对车辆进行放电的功能，以满足仿真测试***的放电测试需求，用于释放电池内部电能和检测被测车辆放电功能是否正常。

7.根据权利要求6所述的仿真测试***，其特征在于，所述编辑操作界面中的操作项与编辑单元中对应的硬件控制接口相对应，硬件控制接口分别对应***各种测试状态。

8.根据权利要求7所述的仿真测试***，其特征在于，根据所述操作项生成的测试用例，可通过所述编辑操作界面编辑测试脚本和调整测试用例中的参数值，还可通过所述编辑操作界面实时观测***测试状态、绘制测试过程时序图，并保存与测试结果相关的数据，便于后续测试结果追溯。

9.根据权利要求6或8任一所述的仿真测试***，其特征在于，测试过程如下：

故障检测，仿真测试***先进行故障检测，检测仿真控制***的各组成单元连接的各部分是否运行正常，若没有故障信息，则通过充电枪与电动汽车的控制器和电池包连接；

初始化***中各模块，启动充电流程，并加载测试用例，模拟相应故障，同时进行计时；

在计时过程中，通过示波器记录测试过程中的时序信息，同时记录测试数据信息，当计时达到预设测试时间T或接收到终止充电报文，则完成测试，生成相应的结果信息，并恢复***状态。

Images