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直流充電樁電性能要求及測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

2021-09-29 13:49:21·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：何嘉純等  
　
0引言本文分析GB/T18487.1-2015、國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(cè)平臺(tái)。1直流
0引言
本文分析GB/T18487.1-2015、國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(cè)平臺(tái)。
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(lèi)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)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(shí)電動(dòng)汽車(chē)上需安裝專(zhuān)用保護(hù)裝置，并確?？刂泼總€(gè)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(guò)電纜與電網(wǎng)連接為其供電，每個(gè)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(duì)于接地的Ⅰ類(lèi)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(guò)3.5mA，對(duì)于不接地的Ⅱ類(lèi)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(guò)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(duì)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(chē)輛插頭和車(chē)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(shí)也具有定的防護(hù)等級(jí)。
供電插頭、供電插座、車(chē)輛插頭和車(chē)輛插座應(yīng)包括接地端子和觸頭，目在連接和斷開(kāi)過(guò)程中，接地觸頭應(yīng)最先接通和最后斷開(kāi)。
充電樁的輸出槍座和車(chē)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(duì)位置進(jìn)行插合，避免不同功能的接線端子錯(cuò)誤連接的情況，導(dǎo)致安全隱患。
充電樁的輸出槍座和車(chē)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(duì)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(duì)兩者施加200N的拔出力時(shí)，槍頭與插座不應(yīng)連接斷開(kāi)，且鎖止裝置不得損壞。對(duì)于直流充電樁，鎖止裝置應(yīng)為專(zhuān)用的方式才能斷開(kāi)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(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)家能源NB/T系列標(biāo)電性能要求差異
國(guó)家電網(wǎng)公司是國(guó)務(wù)院同意授權(quán)投資的機(jī)構(gòu)和國(guó)家控股的企業(yè)，企業(yè)的Q/GDW標(biāo)準(zhǔn)對(duì)充電樁行業(yè)發(fā)展有重要影響。國(guó)家能源局的NB/T3300X系列標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出，由能源行業(yè)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)要求與國(guó)家能源局性能測(cè)試要求的比對(duì)如表2所示。


從表2可知：國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)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(cè)試方法一致。紋波系數(shù)國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW明確規(guī)定應(yīng)在阻性負(fù)載下測(cè)試，且示波器需限制帶寬20MHz，阻性負(fù)載可避免開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作帶來(lái)的電子噪聲，示波器帶寬的限制可減小測(cè)試環(huán)路帶來(lái)的測(cè)試誤差；國(guó)家能源NB/T沒(méi)有規(guī)定輸出紋波有效值系數(shù)不應(yīng)超過(guò)0.5%，應(yīng)際測(cè)試可參考國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW執(zhí)行。
限壓特性試驗(yàn)和限流特性國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)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(duì)：對(duì)于輸出功率20%≤P≤50%的工況，效率不低于88%，國(guó)家電網(wǎng)公司要求效率不低于86%，國(guó)家能源局要求效率不低于88%。對(duì)于輸出功率50%≤P≤100%的工況，國(guó)家電網(wǎng)公司要求效率不低于92%，國(guó)家能源局要求效率不低于93%，國(guó)家能源局均嚴(yán)于國(guó)家電網(wǎng)公司要求。
均流不平衡度試驗(yàn)國(guó)家電網(wǎng)公司要求均流不平衡試驗(yàn)需要不少于4個(gè)并聯(lián)運(yùn)行模塊。均流不平衡度不應(yīng)超過(guò)±5%，國(guó)家能源局對(duì)該指標(biāo)沒(méi)有要求。
輸出電流控制時(shí)間試驗(yàn)國(guó)家電網(wǎng)公司要求：電流變化值ΔI≤20A時(shí)，上升控制時(shí)間2s，下降控制時(shí)間2s；
電流變化值20A＜ΔI≤125A，上升控制時(shí)間5s，下降控制時(shí)間3s；電流變化值125A＜ΔI≤250A，上升控制時(shí)間10s，下降控制時(shí)間5s；國(guó)家能源局不上升控制時(shí)間還是下降控制時(shí)間，要求嚴(yán)于國(guó)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(guó)家能源沒(méi)有要求紋波系數(shù)。
綜上，國(guó)家電網(wǎng)公司與國(guó)家能源局對(duì)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(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一款直流充電樁的測(cè)試平臺(tái)，用于檢測(cè)直流充電樁的電性能，互操作性及安規(guī)。該平臺(tái)主要由可編程電源、直流負(fù)載、車(chē)輛接口電路模擬器、功率分析儀、錄波儀、示波器、絕緣耐壓測(cè)試儀、沖擊耐壓測(cè)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(tái)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(dòng)工況，測(cè)試直流充電樁在不同電壓工況(波動(dòng)范圍85%～115%)的工作狀態(tài)；車(chē)輛接口模擬器用于模擬車(chē)輛動(dòng)力電池的不同荷電狀態(tài)，用于與被測(cè)充電樁的通訊；直流負(fù)載與車(chē)輛接口模擬器聯(lián)合工作，用于吸收被測(cè)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(cè)量被測(cè)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(cè)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(shí)序，并通過(guò)CAN通訊接口，實(shí)時(shí)采集各儀表的測(cè)試參數(shù)，進(jìn)行分析計(jì)算并生成測(cè)試報(bào)告。滿足自動(dòng)化測(cè)試的需求。
若測(cè)量直流充電樁的互操作性，可編程電源通過(guò)采集柜為被測(cè)直流充電樁供電，被測(cè)充電樁輸出與車(chē)輛接口模擬器連接，車(chē)輛接口模擬器與直流負(fù)載連接，較好實(shí)現(xiàn)車(chē)輛動(dòng)力電源的模擬，實(shí)現(xiàn)協(xié)議一致性及互操性的測(cè)試。
若測(cè)量直流充電樁的安規(guī)性能，通過(guò)絕緣耐壓測(cè)試儀及沖擊耐壓測(cè)試儀可檢測(cè)被測(cè)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(dòng)將儀器的夾具連接到測(cè)試部位，各測(cè)試部分逐一考核。
可編程電源容量核算：待測(cè)充電樁最大容量350kW，三相供電，即待測(cè)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(cè)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(cè)充電樁的額定電壓波動(dòng)±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(cè)試平臺(tái)選用3臺(tái)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(dòng)汽車(chē)為首的新能源汽車(chē)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(lái)的充電樁性能，車(chē)樁互聯(lián)性及安全問(wèn)題日益突出。
該論文分析了國(guó)標(biāo)GB/T18487-2015的測(cè)試要點(diǎn)，國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW及國(guó)家能源NB/T系列標(biāo)準(zhǔn)的差異及對(duì)直流充電樁的不同要求，同時(shí)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(cè)試平臺(tái)，該測(cè)試平臺(tái)由多臺(tái)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(cè)試儀表均由上位機(jī)的系統(tǒng)控制器通過(guò)CAN總線控制。基本實(shí)現(xiàn)一鍵測(cè)試的需求，人機(jī)界面良好。
設(shè)計(jì)的直流充電樁性能測(cè)試平臺(tái)可在各高校實(shí)驗(yàn)室、電力科學(xué)研究院及質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)推廣應(yīng)用。
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