CN115047266A - 一种直流充电桩性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流充电桩性能测试装置，包括，相互连接的监测端和分析端；所述监测端，用以插接直流充电桩枪头，并模拟电池电源采集供电端电能参数和充电接口端输出电能参数；所述分析端，用以对采集的供电端电能参数和充电接口端输出电能参数继分析，并根据分析结果确定直流充电桩性能测试是否异常。本发明实现可以自动进行充电桩的能效变化、直流电能质量与安全性能等监测、报警功能。
Description
技术领域
本发明涉及充电桩性能测试技术领域，特别是涉及一种直流充电桩性能测试装置。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，配套充电设施也在快速发展，逐步形成了比较完善的框架体系。各国政府考虑到环境保护以及可持续发展，纷纷出台了一系列激励措施和充电设施的行业标准。我国是世界上电动汽车充电基础设施政策支持最佳的国家。
新能源汽车日益普及，导致相关充电设备的数量急剧增长，且充电产品质量良莠不齐。充电桩又分为直流充电桩和交流充电桩。其中，直流充电桩具有充电高效、快速等优点，适应当今快节奏的生活，直流充电桩逐渐取代交流充电桩，成为未来主流的充电设施；因此对直流充电桩的日常故障排查和运行维护显得尤为重要；通常需要使用专门的检测平台才能对充电桩进行现场周期性性能的检测。目前国内外虽已有一些可应用于现有的充电设备安装出现问题的仪器仪表，但仍维护困难，在后期的使用中由于缺少便携式检测装置，使设备的维护性不高，这导致充电设备在长期使用中，可能存在一些安全隐患，且一般检修人员检修时往往必须提前断电才能够进行检修，检修效率低下，而现有检测设备大多笨重且不便于安放，往往周转使用费力，且长时间手持操作，既不利于检修又费力劳累。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种直流充电桩性能测试装置，实现可以自动进行充电桩的能效变化、直流电能质量与安全性能等监测、报警功能。
一方面，提供一种直流充电桩性能测试装置，包括：
相互连接的监测端和分析端；
所述监测端，用以插接直流充电桩枪头，并模拟电池电源采集供电端电能参数和充电接口端输出电能参数；
所述分析端，用以对采集的供电端电能参数和充电接口端输出电能参数继分析，并根据分析结果确定直流充电桩性能测试是否异常。
优选地，所述监测端包括直流接口模块、模拟模块、交流接口模块、数据采集模块、数据处理模块、信号控制模块；
所述直流接口模块分别连接到所述数据采集模块、所述模拟模块，所述数据采集模块分别连接到所述信号控制模块、所述数据处理模块，所述交流接口模块连接所述数据处理模块；
所述模拟模块用于模拟电池电源；所述交流接口模块用于采集充电桩供电端电能参数；所述直流接口模块用于采集充电桩输出端的电能参数；所述数据采集模块用于处理直流接口模块采集的电能参数；所述数据处理模块用于处理经过所述信号控制模块转化的各参数并控制所述模拟模块的模拟工况。
优选地，所述数据采集模块还用于通过交流接口模块和直流接口模块同步采样，采集输出的交流有功功率信号和输出的直流有功功率信号，并在采样周期内计算直流充电桩的效率。
优选地，所述数据处理模块根据以下公式计算充电桩充电效率：
其中，η为充电桩充电效率，Pz为直流接口模块采集的直流输出功率，Pj为交流接口模块采集的交流输入有功功率。
优选地，所述数据采集模块还用于根据被测充电桩直流三相输入电压、电流分别计算各项电能参数，并可实现模拟车辆直流充电接口引脚连接线的通断功能。
优选地，所述数据处理模块根据以下公式计算输出电压误差：
其中，△U表示输出电压误差，UCL表示交流输入电压为额定值且负载电流为50％的额定输出电流时，输出电压的测量值，UZ表示设定的输出电压整定值。
优选地，所述数据处理模块还用于对充电桩与配电网连接处电流波形进行采样，通过预设的傅里叶变换确定幅值最大的一条谱线并进行计算，确定谐波幅值与谐波次数的比值，并根据比值确定谐波含量。
优选地，所述模拟模块还用于模拟电池初始电压、模拟电池反接故障及充电桩应闭锁直流输出并发出告警提示。
优选地，所述直流接口模块至少包括高导磁率铁心直流传感器，所述高导磁率铁心直流传感器包括通过多个绕组依次设置的第一磁铁心、第二磁铁心、第三磁铁心；
所述第一磁铁心和所述第二磁铁心之间设置第一绕组，所述第一绕组的一端分别连接运放A1A的端口1和电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R2的一端和运放的端口3，运放A1A的端口2分别连接所述第一绕组的另一端、电阻R1的一端、电阻R19的一端和电阻R12的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接地线，电阻R12的另一端连接运放A2A的端口3；
所述第二磁铁心和所述第三磁铁心之间设置第二绕组，所述第二绕组的一端分别连接运放A1B的端口7、电阻R7的一端和电容C7的一端，电阻R7的另一端和电容C7的另一端相连，运放A1B的端口5分别连接地线和电容C1的一端，运放A1B的端口6连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端和电容C1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接设置于第一磁铁心上的第三绕组的一端；
所述第三磁铁心上设置第四绕组，所述第四绕组的一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电阻R10的一端和电容C3的一端，电阻R10的另一端分别连接运放A2B的端口6和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接运放A2B的端口7和电容C4的一端，电容C3的另一端分别连接地线和运放A2B的端口5，运放A2B的端口4分别连接运放A2B的端口5、运放A1B的端口3、电阻R16的一端、电阻R15的一端、运放A1B的端口4和设置于第一磁铁心上的第五绕组的一端，电阻R16的另一端连接电阻R15的另一端，第五绕组的另一端分别连接电阻R4的一端、第三绕组的另一端、第四绕组的另一端和电阻R8的一端。
优选地，所述交流接口模块至少包括零磁通补偿式交流传感器，所述零磁通补偿式交流传感器通过多个绕组依次设置的主铁芯、辅助铁芯；
所述主铁芯上设置绕组W1、绕组Wb，所述辅助铁芯上设置绕组W2、绕组Wb2，绕组Wb一端连接绕组W2一端，绕组Wb另一端依次连接第一电阻、第二电阻及绕组W2另一端，绕组Wb2两端之间串联的设置第三电阻、第四电阻。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的直流充电桩性能测试装置，利用充电桩使用过程中检测的充电量对充电量测量的准确性进行判断，判断结果真实反映了充电桩的使用过程时对充电量测量的准确性，保证了对充电桩的维修能够提高充电桩使用过程中对充电量测量的准确性；检测其供电和接口端测量比较来进行判断，判断结果真实反映了充电桩的使用过程时转换的效能，保证了对充电桩的维护；电能质量在线监测装置的告警功能来实现充电站的谐波报警和保护功能，让电网及时脱离谐波污染；实现可以自动进行充电桩的能效变化、直流电能质量与安全性能等监测、报警功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例中一种直流充电桩性能测试装置的示意图。
图2为本发明实施例中高导磁率铁心直流传感器的示意图。
图3为本发明实施例中零磁通补偿式交流传感器的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明提供的一种直流充电桩性能测试装置的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述装置包括：
相互连接的监测端和分析端；
所述监测端，用以插接直流充电桩枪头，并模拟电池电源采集供电端电能参数和充电接口端输出电能参数；述监测端包括直流接口模块、模拟模块、交流接口模块、数据采集模块、数据处理模块、信号控制模块；所述直流接口模块分别连接到所述数据采集模块、所述模拟模块，所述数据采集模块分别连接到所述信号控制模块、所述数据处理模块，所述交流接口模块连接所述数据处理模块；所述模拟模块用于模拟电池电源；所述交流接口模块用于采集充电桩供电端电能参数；所述直流接口模块用于采集充电桩输出端的电能参数；所述数据采集模块用于处理直流接口模块采集的电能参数；所述数据处理模块用于处理经过所述信号控制模块转化的各参数并控制所述模拟模块的模拟工况。
本实施例中，所述数据采集模块还用于通过交流接口模块和直流接口模块同步采样，采集输出的交流有功功率信号和输出的直流有功功率信号，并在采样周期内计算直流充电桩的效率。瞬时有功同步的直流充电桩效率检测方法主要由直流和交流的同步采样传感器电路，对交流瞬时有功测量电路输出的交流有功功率信号和直流瞬时有功测量电路输出的直流有功功率信号，使用高速率的采样速率进行同步采样，主控模块基于同步采样值，在采样周期内计算直流充电桩的效率。实现了直流充电桩的效率检定；提高检测准确度，消除信号非同步的误差，测量一致性好，准确测量。
充电效率按以下公式计算：
式中η为效率；Pz为直流输出功率；Pj为交流输入有功功率。
具体地，所述数据采集模块还用于根据被测充电桩直流三相输入电压、电流分别计算各项电能参数，并可实现模拟车辆直流充电接口引脚连接线的通断功能。也就是，采集被测直流桩三相输入电压、电流，计算电压、电流、功率值、功率因数、相位、各次谐波；输出直流电压、电流。可实现模拟车辆直流充电接口电路，具备DC+、DC-、PE、S+、S-、CC1、CC2、A+、A-等引脚连接线的通断功能；与直流桩接口模拟电路配合，可测量充电桩状态跳转时序。模拟电路可实现BMS仿真功能，对不同PGN的CAN通信报文进行模拟发送和接收，判断接收报文是否合规。采集模块集成高压测量技术和先进的电磁兼容设计EMC，高分辨率，差分测量AD转换器，以及理想的接地概念，使良好的测量数据采集。
数据处理模块所述数据处理模块根据以下公式计算输出电压误差：
其中，△U表示输出电压误差，UCL表示交流输入电压为额定值且负载电流为50％的额定输出电流时，输出电压的测量值，UZ表示设定的输出电压整定值。也就是，输出电压误差验证：充电桩连接负载，设定恒压状态运行，输入额定电压，设置输出电压在输出电压范围内，调整负载输出电流为50％额定电流，分别测量充电桩输出电压Uz。输出电压误差不应超过±0.5％。
所述数据处理模块还用于对充电桩与配电网连接处电流波形进行采样，通过预设的傅里叶变换确定幅值最大的一条谱线并进行计算，确定谐波幅值与谐波次数的比值，并根据比值确定谐波含量。也就是，充电桩输入侧谐波测试方法是在不同工况下，对充电桩与配电网连接处电流波形进行采样；计算方面在傅里叶变换的基础上，利用幅值最大的一条谱线进行计算，能够适当弥补短范围泄漏造成的峰值点测量不准缺陷，减少检测误差，提高检测效果；快充桩产生的谐波次数主要是m＝6k±1(k＝1,2,3…,n)，即主要产生5，7，11，13，17，19次等谐波。且谐波幅值与谐波次数成反比，即谐波次数越高，谐波含量越低。充电桩输出直流谐波是利用自研制高精度直流互感器进行采集，对充电枪接口输出的直流进行采样分析，通过FFT(快速傅里叶变换)计算，准确分解出各自谐波。
本实施例中，所述模拟模块还用于模拟电池初始电压、模拟电池反接故障及充电桩应闭锁直流输出并发出告警提示。可模拟导引电阻变化、信号接地/断路等故障、开关分合逻辑，配合电源和负载可完成直流桩电特性、充电导引测试和通信一致性测试的全部项目。其中，急停功能试验：充电桩连接负载，并设置在额定负载状态下运行，按急停按钮，充电桩应立即切断直流输出。连接异常试验：充电机连接负载，将充电连接装置中的连接确认触头或通信触头断开，进行充电操作，充电桩应闭锁直流输出，充电桩设置在额定负载下运行，充电连接装置中的确认触头或通信触头断开，检查充电桩应立即切断直流输出并发出告警提示。采用模块化程序设计，使用了多个子程序，包括A D初始化程序、延时程序、软件滤波程序、传输程序、显示程序等，完成了信号采集、信号处理、信号传输，信号显示等功能。主控制模块负责协调控制整个***的运行，采用调用原则将需要的模块调入运行；AD转换模块负责完成信号的模数转换；显示模块完成信号的初步处理及显示。
本实施例中，如图2所示，所述直流接口模块至少包括高导磁率铁心直流传感器，所述高导磁率铁心直流传感器包括通过多个绕组依次设置的第一磁铁心、第二磁铁心、第三磁铁心；所述第一磁铁心和所述第二磁铁心之间设置第一绕组，所述第一绕组的一端分别连接运放A1A的端口1和电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R2的一端和运放的端口3，运放A1A的端口2分别连接所述第一绕组的另一端、电阻R1的一端、电阻R19的一端和电阻R12的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接地线，电阻R12的另一端连接运放A2A的端口3；所述第二磁铁心和所述第三磁铁心之间设置第二绕组，所述第二绕组的一端分别连接运放A1B的端口7、电阻R7的一端和电容C7的一端，电阻R7的另一端和电容C7的另一端相连，运放A1B的端口5分别连接地线和电容C1的一端，运放A1B的端口6连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端和电容C1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接设置于第一磁铁心上的第三绕组的一端；所述第三磁铁心上设置第四绕组，所述第四绕组的一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电阻R10的一端和电容C3的一端，电阻R10的另一端分别连接运放A2B的端口6和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接运放A2B的端口7和电容C4的一端，电容C3的另一端分别连接地线和运放A2B的端口5，运放A2B的端口4分别连接运放A2B的端口5、运放A1B的端口3、电阻R16的一端、电阻R15的一端、运放A1B的端口4和设置于第一磁铁心上的第五绕组的一端，电阻R16的另一端连接电阻R15的另一端，第五绕组的另一端分别连接电阻R4的一端、第三绕组的另一端、第四绕组的另一端和电阻R8的一端。可理解的，直流传感器是利用高导磁率铁心的非线性作直流直接取样，同时也有交流检测铁心，是一种从直流到交流甚至到音频范围都能用的电流传感器，同时它也有很好的响应特性。它将穿过铁心的各种电流精密的变换成便于测量的电流，经标准电阻就变成电压输出。它用弱信号作磁调制以产生直流，用电子屏蔽的方法解决了磁调制和信号之间相互干扰的关键问题。500A电流的分辨率在1ppm以下，交流0点可小到1uV以下，可以达到更高的精度。
该电路是围绕着三个高导磁铁心工作的，磁铁心a、运放A1A和绕组1-2是振荡器产生有用的直流，磁铁心b、运放A1B和绕组3-4是消除振荡中的交流用(由5-6检测到的)，磁铁心c、运放A2B和绕组7-8是外突变和交流检测用，运放A2A作中间放大，功放A3作功率放大由10-9输出反馈电流。
本实施例中，如图3所示，所述交流接口模块至少包括零磁通补偿式交流传感器，所述零磁通补偿式交流传感器通过多个绕组依次设置的主铁芯、辅助铁芯；所述主铁芯上设置绕组W1、绕组Wb，所述辅助铁芯上设置绕组W2、绕组Wb2，绕组Wb一端连接绕组W2一端，绕组Wb另一端依次连接第一电阻、第二电阻及绕组W2另一端，绕组Wb2两端之间串联的设置第三电阻、第四电阻。可理解的，交流传感器是利用零磁通补偿式传感器作交流采样，它高准确度的测量要求，采用零磁通补偿原理和无源补偿方式的弱电传感器研制，控制绕组层间电压、层间电场强度和层间电容、优化设计的容性误差补偿线路等一系列技术措施，从而有效地降低了容性误差。传感器主要由主、辅传感器组成。主要通过零磁通补偿和降低电容误差、降低激励误差技术措施从而达到高精度测量。
ⅰ1W1+ⅰ2(W2+Wb)＝ⅰ0Wb2
式中ⅰ1W1、ⅰ2(W2+Wb)、ⅰ0Wb2分别为主传感器的一次安匝、二次安匝与激励安匝。
所述分析端，用以对采集的供电端电能参数和充电接口端输出电能参数继分析，并根据分析结果确定直流充电桩性能测试是否异常。控制AD采样、串口通信、DA输出等外设，内部也有算法严格复杂运算。保证整个***的运算和控制精度。串口根据需求可外扩232/485串口、以太网口、USB接口。支持简体中文、繁体中文、英文版，人性化友好接口，简便易学。运行直流桩测试软件，完成测试项目的自动控制，数据和波形采集，强大的报表分析能力，多样化的图示生成功能，报告模板可编辑。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的直流充电桩性能测试装置，利用充电桩使用过程中检测的充电量对充电量测量的准确性进行判断，判断结果真实反映了充电桩的使用过程时对充电量测量的准确性，保证了对充电桩的维修能够提高充电桩使用过程中对充电量测量的准确性；检测其供电和接口端测量比较来进行判断，判断结果真实反映了充电桩的使用过程时转换的效能，保证了对充电桩的维护；电能质量在线监测装置的告警功能来实现充电站的谐波报警和保护功能，让电网及时脱离谐波污染；实现可以自动进行充电桩的能效变化、直流电能质量与安全性能等监测、报警功能。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种直流充电桩性能测试装置，其特征在于，包括：相互连接的监测端和分析端；
所述监测端，用以插接直流充电桩枪头，并模拟电池电源采集供电端电能参数和充电接口端输出电能参数；
所述分析端，用以对采集的供电端电能参数和充电接口端输出电能参数继分析，并根据分析结果确定直流充电桩性能测试是否异常。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测端包括直流接口模块、模拟模块、交流接口模块、数据采集模块、数据处理模块、信号控制模块；
所述直流接口模块分别连接到所述数据采集模块、所述模拟模块，所述数据采集模块分别连接到所述信号控制模块、所述数据处理模块，所述交流接口模块连接所述数据处理模块；
所述模拟模块用于模拟电池电源；所述交流接口模块用于采集充电桩供电端电能参数；所述直流接口模块用于采集充电桩输出端的电能参数；所述数据采集模块用于处理直流接口模块采集的电能参数；所述数据处理模块用于处理经过所述信号控制模块转化的各参数并控制所述模拟模块的模拟工况。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据采集模块还用于通过交流接口模块和直流接口模块同步采样，采集输出的交流有功功率信号和输出的直流有功功率信号，并在采样周期内计算直流充电桩的效率。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块根据以下公
式计算充电桩充电效率：
其中，η为充电桩充电效率，Pz为直流接口模块采集的直流输出功率，Pj为交流接口模块采集的交流输入有功功率。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据采集模块还用于根据被测充电桩直流三相输入电压、电流分别计算各项电能参数，并可实现模拟车辆直流充电接口引脚连接线的通断功能。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块根据以下公
式计算输出电压误差：
其中，△U表示输出电压误差，UCL表示交流输入电压为额定值且负载电流为50％的额定输出电流时，输出电压的测量值，UZ表示设定的输出电压整定值。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块还用于对充电桩与配电网连接处电流波形进行采样，通过预设的傅里叶变换确定幅值最大的一条谱线并进行计算，确定谐波幅值与谐波次数的比值，并根据比值确定谐波含量。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述模拟模块还用于模拟电池初始电压、模拟电池反接故障及充电桩应闭锁直流输出并发出告警提示。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述直流接口模块至少包括高导磁率铁心直流传感器，所述高导磁率铁心直流传感器包括通过多个绕组依次设置的第一磁铁心、第二磁铁心、第三磁铁心；
所述第一磁铁心和所述第二磁铁心之间设置第一绕组，所述第一绕组的一端分别连接运放A1A的端口1和电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R2的一端和运放的端口3，运放A1A的端口2分别连接所述第一绕组的另一端、电阻R1的一端、电阻R19的一端和电阻R12的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接地线，电阻R12的另一端连接运放A2A的端口3；
所述第二磁铁心和所述第三磁铁心之间设置第二绕组，所述第二绕组的一端分别连接运放A1B的端口7、电阻R7的一端和电容C7的一端，电阻R7的另一端和电容C7的另一端相连，运放A1B的端口5分别连接地线和电容C1的一端，运放A1B的端口6连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端和电容C1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接设置于第一磁铁心上的第三绕组的一端；
所述第三磁铁心上设置第四绕组，所述第四绕组的一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电阻R10的一端和电容C3的一端，电阻R10的另一端分别连接运放A2B的端口6和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接运放A2B的端口7和电容C4的一端，电容C3的另一端分别连接地线和运放A2B的端口5，运放A2B的端口4分别连接运放A2B的端口5、运放A1B的端口3、电阻R16的一端、电阻R15的一端、运放A1B的端口4和设置于第一磁铁心上的第五绕组的一端，电阻R16的另一端连接电阻R15的另一端，第五绕组的另一端分别连接电阻R4的一端、第三绕组的另一端、第四绕组的另一端和电阻R8的一端。
10.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述交流接口模块至少包括零磁通补偿式交流传感器，所述零磁通补偿式交流传感器通过多个绕组依次设置的主铁芯、辅助铁芯；
所述主铁芯上设置绕组W1、绕组Wb，所述辅助铁芯上设置绕组W2、绕组Wb2，绕组Wb一端连接绕组W2一端，绕组Wb另一端依次连接第一电阻、第二电阻及绕组W2另一端，绕组Wb2两端之间串联的设置第三电阻、第四电阻。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210597570.8A CN115047266A (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种直流充电桩性能测试装置 |
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| CN202210597570.8A CN115047266A (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种直流充电桩性能测试装置 |
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|---|---|
| CN115047266A true CN115047266A (zh) | 2022-09-13 |
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ID=83160409
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|---|---|
| CN (1) | CN115047266A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116505633A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 充电机的控制***、方法及充电机、存储介质 |
-
2022
- 2022-05-30 CN CN202210597570.8A patent/CN115047266A/zh active Pending
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