基于μC/OS-II系统的直流充电桩整流模块老化测试系统的设计

刘 军，向 玲

基于μC/OS-II系统的直流充电桩整流模块老化测试系统的设计

刘 军，向 玲

（杭州快电新能源科技有限公司，杭州 310052）

整流模块的质量是直流充电桩的关键，本测试系统设计目的是为了通过长期测试来刷选出合格的产品，确保整机出厂的质量。

μC/OS-II；直流充电桩；整流模块；老化测试系统

1 引言

目前，国家正在大力发展电动汽车行业，直流充电桩作为电动汽车的基础性设施，在其中起到重要的地位。充电桩的电源整流模块是充电桩的核心部件，其性能占有举足轻重的地位。整流模块的生产厂家众多，而且质量参差不齐，电源整流模块的稳定性需要经过长期的运行测试，进行严格质量合格的帅选，才能确保整机长期的可靠性。

μC/OS-II是一种源码开放的实时操作系统，适合小型控制系统，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。它是一种多任务的完全可剥夺型的可ROM化的实时内核，可以支持64个任务和64个优先级（最新的版本可以支持255个任务）的管理，能提供给用户很多的系统服务，如信号量、事件标志、消息邮箱、消息队列、内存管理、时间管理等，其绝大多数的函数调用和服务的执行时间都是具有可确定性。

2 功能设计与实现

2.1 系统框架图设计

在大型充电站，为了实现快充，一般都采用高压直流电压对电动汽车的充电电池进行充电。对输出直流高压的整流电源模块进行测试，整机测试系统分为电气部分和控制部分，这里主要讨论的是控制部分。控制部分实现测试的控制和测试数据采集、处理、保存，这些工作主要是由控制器来完成，测试系统的框架图如图1所示。控制器的设计是采用LPC1700系列（ARM）微控制器芯片，植入μC/ OS-II实时系统内核，在基于μC/OS-II平台上采用多任务的模块化处理，以实现对各个部分功能模块的实时响应和处理。

图1 测试系统框架图

测试系统通过长期实时监控整流模块的输入输出性能参数，才能判定模块的整体性能。主要监控采集的电参数如表1所示。

表1 主要监控采集的电参数

通过这些参数的采集，可以得出模块输出电压精度、输出电流精度等性能参数，以及获得这些参数随时间的变化曲线图。从而获得模块的长期运行性能。

2.2 任务功能模块设计

μC/OS-II是一种多任务的实时系统，响应快，内核消耗少。一般会根据模块的功能来划分任务，用任务的优先级来控制响应任务的先后次序。整流模块测试系统的任务划分为如下几个主要部分：2.2.1 整流模块控制任务

控制功能主要划分为：

（1）对电源模块的智能控制，目前的充电桩整流模块都是采用CAN总线协议，通过CAN总线的通讯可以实现对电源模块的输出进行控制、实现模块状态的采集。

（2）对电气件的控制，实现对脱扣开关、高压直流继电器、绝缘检测模块开关、泄放电阻，以及防雷保护器等电气保护件的控制。

2.2.2 数据采集任务

⊙ 实现对交流参数的采集：交流电参数我们通过电表的采集来简化设计，交流输入功率通过功率计采集。

⊙ 实现对直流参数的采集：主要是直流电压和电流两个参数，电压采用高压霍尔传感器，将直流高压转换成一定比例的低压，低电压经由线性的光耦HCNR201传输，进入主控芯片的AD采集端进行采集，光耦HCNR201不仅线性度好，还实现信号2.5kV隔离传输，保护主电路不受干扰。电流采集通过0.5级分流器来实现，分流器采集到的电流信号经过高精度差分放大器按照一定比例放大，转换成差分电压，差分电压也经由线性光耦HCNR201传输到控制主芯片的采集端采集。采集精度可以达到1%F.S.。

⊙ 实现对环境温度的采集：环境温度采集通过DS18B20来实现，采集精度较高，正负误差不超过0.5℃，且实现简单，只需要1跟I/O线即可。

2.2.3 人机交互界面

人机界面采用电容触控屏来实现，触控屏需要开发相应的显示控件，实现实时运行数据和历史数据的显示、测试参数的设置操作、测试启动和停止等按钮的操作，并可以通过触控屏查看模块运行过程中的警告报警和故障报警等。触控屏与主芯片的通讯采用RS485总线，两者之间根据规定的通讯规约，实现数据的交互。

2.2.4 存储部分

由于主芯片内存放的实时数据是有限的，不能满足在标准老化测试时长下实时数据保存的需求，因此，我们将监控数据都将实时保存在U盘内，控制器提供了U盘的TYPE A型接口，微控制器作为USB主控器能自动检测U盘存在，实现对U盘的操作，在μC/OS-II内增加FAT32的文件系统，方便对U盘文件的读写操作和文件管理。测试人员在测试完成后续，通过对U盘内部保存的实时数据进行分析，来评估整流模块的运行稳定性能。

3 结束语

直流桩充电模块老化测试系统能实时且自动化测试整流模块的性能，在直流充电桩的生产过程中必不可少，对整机出厂性能的提高有着重大的意义。

[1] Jean J. Labroosse著．邵贝贝等译．嵌入式实时操作系统μC/OS-II（第2版）[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003

[2] GB/T 18487.1．电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求[S]，2015

Aging Testing System for Rectifier Module of Electric Vehicle Charger Based on μC/OS-II Embedded System

Liu Jun, Xiang Ling
(Hangzhou Fast Charge New Energy Technology Co., Ltd., Hangzhou, 310052)

Rectifier module are the core of DC charger．This test system is designed for vigorous selection process of rectifier modules，to ensure the quality of whole system．

μC/OS-II; Electric vehicle charger; Rectifier Module; Aging Testing System

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.002

TM910.6，TQ317.6文献标示码：A

1672-7274（2017）07-0005-02