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直流充電樁電性能要求及測試平臺設(shè)計(jì)
2021-09-29 13:49:21· 來源：電動學(xué)堂 作者：何嘉純等
0引言本文分析GB/T18487.1-2015、國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)對直流充電樁的電性能及各標(biāo)準(zhǔn)間的差異，設(shè)計(jì)一種直流充電樁的電性能檢測平臺。1直流
0引言
本文分析GB/T18487.1-2015、國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)對直流充電樁的電性能及各標(biāo)準(zhǔn)間的差異，設(shè)計(jì)一種直流充電樁的電性能檢測平臺。
1直流充電樁性能要求
直流充電樁性能需符合GB/T18487.1-2015標(biāo)準(zhǔn)要求，該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)充電模式使用條件，分類為充電模式1、充電模式2、充電模式3和充電模式4，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不使用模式1對電動汽車進(jìn)行充電，市面上的交流充電樁常采用充電模式3，模式3應(yīng)具備剩余電流以保護(hù)功能，同時電動汽車上需安裝專用保護(hù)裝置，并確保控制每個連接點(diǎn)的控制導(dǎo)引功能可獨(dú)立運(yùn)行；直流充電樁常采用充電模式4，通過電纜與電網(wǎng)連接為其供電，每個連接點(diǎn)均需具備獨(dú)立的控制導(dǎo)引功能。
直流充電樁的安全性能要求考核接觸電流、絕緣電阻、介電強(qiáng)度及沖擊耐壓。對于接地的Ⅰ類供電設(shè)備，任一相線與可觸及的金屬部件間泄漏電流不得超過3.5mA，對于不接地的Ⅱ類供電設(shè)備(供電設(shè)備與導(dǎo)電部件具備加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣)，該電流值不得大于0.25mA，
任一相線與通常為非活性的金屬不可觸及部件間(該絕緣為雙重絕緣)，該最大電流值可允許最大不超過3.5mA。需特別注意，該電流值允許的前提條件是非活性金屬不可觸及，且與導(dǎo)電部件間的絕緣為雙重絕緣。
絕緣電阻、介電強(qiáng)度及沖擊耐壓考核非電氣連接的各帶電回路與地間的絕緣性能，絕緣電阻應(yīng)不小于10MΩ，絕緣電阻的試驗(yàn)電壓、介電強(qiáng)度及沖擊耐壓的要求如表1所示。
對于直流充電樁的接口結(jié)構(gòu)要求有：供電插頭、供電插座、車輛插頭和車輛插座應(yīng)有配屬的防護(hù)裝置，以確保插頭和插座未插合時也具有定的防護(hù)等級。
供電插頭、供電插座、車輛插頭和車輛插座應(yīng)包括接地端子和觸頭，目在連接和斷開過程中，接地觸頭應(yīng)最先接通和最后斷開。
充電樁的輸出槍座和車輛的插座外殼應(yīng)能將供電端子及其電纜的端部完全封閉，兩者之間僅能按唯一的相對位置進(jìn)行插合，避免不同功能的接線端子錯誤連接的情況，導(dǎo)致安全隱患。
充電樁的輸出槍座和車輛插座的電纜入口處應(yīng)利于電纜保護(hù)層進(jìn)入，并能給電纜提供完具的機(jī)械保護(hù)。對于充電樁的鎖止裝置要求有：充電樁在鎖止?fàn)顟B(tài)下(槍頭與插座相互耦合)，對兩者施加200N的拔出力時，槍頭與插座不應(yīng)連接斷開，且鎖止裝置不得損壞。對于直流充電樁，鎖止裝置應(yīng)為專用的方式才能斷開連接，例如機(jī)械或電子鎖。
基于安全及符合標(biāo)準(zhǔn)的考慮，市面上的直流充電樁均配備電子鎖。
2國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)電性能要求差異
國家電網(wǎng)公司是國務(wù)院同意授權(quán)投資的機(jī)構(gòu)和國家控股的企業(yè)，企業(yè)的Q/GDW標(biāo)準(zhǔn)對充電樁行業(yè)發(fā)展有重要影響。國家能源局的NB/T3300X系列標(biāo)準(zhǔn)由中國電力企業(yè)聯(lián)合會提出，由能源行業(yè)電動汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。國家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)要求與國家能源局性能測試要求的比對如表2所示。
從表2可知：國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓誤差、輸出電流誤差、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度兩者要求一致，測試方法一致。紋波系數(shù)國家電網(wǎng)公司Q/GDW明確規(guī)定應(yīng)在阻性負(fù)載下測試，且示波器需限制帶寬20MHz，阻性負(fù)載可避免開關(guān)器件動作帶來的電子噪聲，示波器帶寬的限制可減小測試環(huán)路帶來的測試誤差；國家能源NB/T沒有規(guī)定輸出紋波有效值系數(shù)不應(yīng)超過0.5%，應(yīng)際測試可參考國家電網(wǎng)公司Q/GDW執(zhí)行。
限壓特性試驗(yàn)和限流特性國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)要求一致。
效率和功率因數(shù)比對：對于輸出功率20%≤P≤50%的工況，效率不低于88%，國家電網(wǎng)公司要求效率不低于86%，國家能源局要求效率不低于88%。對于輸出功率50%≤P≤100%的工況，國家電網(wǎng)公司要求效率不低于92%，國家能源局要求效率不低于93%，國家能源局均嚴(yán)于國家電網(wǎng)公司要求。
均流不平衡度試驗(yàn)國家電網(wǎng)公司要求均流不平衡試驗(yàn)需要不少于4個并聯(lián)運(yùn)行模塊。均流不平衡度不應(yīng)超過±5%，國家能源局對該指標(biāo)沒有要求。
輸出電流控制時間試驗(yàn)國家電網(wǎng)公司要求：電流變化值ΔI≤20A時，上升控制時間2s，下降控制時間2s；
電流變化值20A＜ΔI≤125A，上升控制時間5s，下降控制時間3s；電流變化值125A＜ΔI≤250A，上升控制時間10s，下降控制時間5s；國家能源局不上升控制時間還是下降控制時間，要求嚴(yán)于國家電網(wǎng)公司要求。
輸出電流停止速率兩者要求一致；低壓輔助電源試驗(yàn)國家能源沒有要求紋波系數(shù)。
綜上，國家電網(wǎng)公司與國家能源局對直流充電樁的性能要求核心指標(biāo)一致，均能有效規(guī)范和指導(dǎo)充電樁行業(yè)的良性發(fā)展。
3直流充電樁測試平臺設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一款直流充電樁的測試平臺，用于檢測直流充電樁的電性能，互操作性及安規(guī)。該平臺主要由可編程電源、直流負(fù)載、車輛接口電路模擬器、功率分析儀、錄波儀、示波器、絕緣耐壓測試儀、沖擊耐壓測試儀等構(gòu)成、絕緣狀態(tài)模擬器及CAN總線分析構(gòu)成。平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
可編程電源用于模擬電網(wǎng)擾動工況，測試直流充電樁在不同電壓工況(波動范圍85%～115%)的工作狀態(tài)；車輛接口模擬器用于模擬車輛動力電池的不同荷電狀態(tài)，用于與被測充電樁的通訊；直流負(fù)載與車輛接口模擬器聯(lián)合工作，用于吸收被測充電樁的輸出能量，模擬充電樁實(shí)際應(yīng)用中不同的輸出工況；因?yàn)榭紤]測量被測充電樁的輸出紋波，該設(shè)計(jì)中直流負(fù)載選用線性負(fù)載；功率分儀表，錄波儀及示波器用于精確測量充電機(jī)的輸出電壓、電流、效率、紋波等電參數(shù)；系統(tǒng)控制器用于協(xié)調(diào)可編程電源、直流負(fù)載、功率分析表、錄波儀、示波器的工作時序，并通過CAN通訊接口，實(shí)時采集各儀表的測試參數(shù)，進(jìn)行分析計(jì)算并生成測試報告。滿足自動化測試的需求。
若測量直流充電樁的互操作性，可編程電源通過采集柜為被測直流充電樁供電，被測充電樁輸出與車輛接口模擬器連接，車輛接口模擬器與直流負(fù)載連接，較好實(shí)現(xiàn)車輛動力電源的模擬，實(shí)現(xiàn)協(xié)議一致性及互操性的測試。
若測量直流充電樁的安規(guī)性能，通過絕緣耐壓測試儀及沖擊耐壓測試儀可檢測被測充電樁各部分電路的絕緣性能，該功能的實(shí)現(xiàn)需要手動將儀器的夾具連接到測試部位，各測試部分逐一考核。
可編程電源容量核算：待測充電樁最大容量350kW，三相供電，即待測充電樁的輸入電流為：
取可編程電源沖擊電源系數(shù)K=150%(即可編程電源承載的沖擊電流大于充電樁工作狀態(tài)下150%)，即考慮系數(shù)K情況下，待測充電樁的輸入電流為：
可編程電源的輸出電壓范圍滿足待測充電樁的額定電壓波動±15%，即得到可編程電源的輸出電壓范圍為323V～437V?？紤]可編程電源的效率及功率因數(shù)綜合損耗η，η取0.85，即可得到可編程電源的電低功率需求為：
測試平臺選用3臺容量240kVA的可編程電源并聯(lián)輸出，達(dá)到最大輸出功率不低于708kVA的需求。
輸入/輸出參數(shù)采集柜、直流負(fù)載、功率分析儀、錄波儀及示波器的選用，均依據(jù)可編程電源的參數(shù)。
4結(jié)論
低碳環(huán)保節(jié)能的大背影及政策的刺激下，與電動汽車為首的新能源汽車得到前所未有的大發(fā)展，充電樁日漸走進(jìn)普通老百姓的生活，伴隨而來的充電樁性能，車樁互聯(lián)性及安全問題日益突出。
該論文分析了國標(biāo)GB/T18487-2015的測試要點(diǎn)，國家電網(wǎng)公司Q/GDW及國家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)的差異及對直流充電樁的不同要求，同時設(shè)計(jì)可以滿足350kW及以下直流充電樁電性能，互操作性測試平臺，該測試平臺由多臺可編程電源，輸入/輸出參數(shù)采集柜，直流負(fù)載并聯(lián)構(gòu)成，可拓展性強(qiáng)，各測試儀表均由上位機(jī)的系統(tǒng)控制器通過CAN總線控制?；緦?shí)現(xiàn)一鍵測試的需求，人機(jī)界面良好。
設(shè)計(jì)的直流充電樁性能測試平臺可在各高校實(shí)驗(yàn)室、電力科學(xué)研究院及質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)推廣應(yīng)用。
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