电动汽车交流充电适应性测试研究

何鹏林，黄 炘，李 川，王建波，戴 铭，刘易凡

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

电动汽车交流充电适应性测试研究

何鹏林，黄 炘，李 川，王建波，戴 铭，刘易凡

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

基于电动汽车交流充电的过程，模拟各类故障及边界条件进行测试研究，并结合典型案例进行对比研究，为电动汽车交流充电系统改进与设计提供参考，提高电动汽车交流充电的适应性。

电动汽车；交流充电；适应性测试

电动汽车是有效缓解当前环境、资源、交通等压力的必然途径，也是未来中国汽车工业实现转型升级的战略布局。通过十数年的基础研究、示范运行、推广应用以及战略规划，电动汽车以及相应充电设施的规模化发展趋势已经显现。交流充电（俗称“慢充”）是目前插电式混合动力汽车（PHEV）及纯电动汽车（EV）电能补充的主要方式之一，特别是在面向个人用户的私家车中，交流充电方式的应用尤为普遍。然而，近年来经常有消费者反馈电动汽车与充电设施无法充电，严重者出现充电过程中起火等安全事故，频频引发社会关注，造成消费者的“充电焦虑”，对用户体验以及产业的发展产生了一定的负面影响，电动汽车充电的适应性问题日益凸显。本文以电动汽车交流充电适应性为研究对象，基于电动汽车交流充电过程，模拟各类故障及边界条件进行测试研究，并结合具体典型案例进行对比分析研究，为电动汽车交流充电系统改进与设计提供参考，以期提高电动汽车交流充电的适应性及安全性。

1 电动汽车交流充电简析

按照相关国家标准规定，电动汽车交流充电是指通过线缆传导的方式，按照充电模式2或充电模式3，将交流电源调整为校准的电压或电流，为电动汽车动力电池等储能装置供给电能。有关充电模式的定义读者可参考国家标准GB/T 18487.1—2015《电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求》［1］相关术语说明。

交流充电系统一般由充电设施（EVSE）、充电连接装置以及车载充电机（OBC）3部分组成。有关充电设施的相关技术要求、结构等，读者可参考行业标准NB/T 33002—2010《电动汽车交流充电桩技术条件》等资料。充电连接装置是交流电能传输媒介，一般包括连接线缆以及充电插头插座等，其物理接口定义、电气特性、物理尺寸以及连接方式等，读者可参考国家标准GB/T 20234.1—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求》［2］、GB/T 201234.2—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》［3］。车载充电机是实现电能形式转换的关键部件，它将单相或三相工频交流电转换成可为动力电池充电的直流电，同时可根据充电设施以及充电连接装置的相关参数动态调整充电电流。车载充电机的相关技术要求及规范读者可参考行业标准QC/T 895—2011《电动汽车用传导式车载充电机》。交流充电过程是一个复杂的多机协同过程，无论是电动汽车还是充电设施均应具有充电控制导引功能，根据不同充电模式以及充电连接方式，充电系统的控制导引有所不同，控制导引即控制着整个充电过程［4-5］。充电过程的控制导引原理读者可参阅GB/T 18487.1—2015中的相关说明，这里不再赘述，本文中的适应性研究也是基于此开展的。

2 交流充电适应性测试研究

电动汽车交流充电适应性是指电动汽车能够与不同型号、不同版本的充电设施之间相互适应、相互兼容，在充电时能够顺利进行信息交换和过程控制，确保充电的通畅性和安全性，最终实现充电互联互通。本部分通过模拟各类故障及边界条件，对电动汽车本身以及电动汽车与实际EVSE充电过程进行测试研究，主要包括正常充电过程测试以及出现异常情况下的测试。

2.1 电动汽车模拟充电测试研究

本部分的研究是通过测试系统模拟EVSE给电动汽车进行充电测试，记录测试过程中各个交互信息及车辆的充电状态，测试方案如图1所示。表1为电动汽车模拟测试研究主要测试项目，主要包括正常充电过程模拟测试及充电异常状况模拟测试。

图1 电动汽车模拟充电测试方案

表1 电动汽车模拟充电测试

2.1.1 正常充电过程测试研究

1）车辆充电与互锁测试 车辆充电插头与车辆插座完全耦合时，测试车辆可否行驶。测试方法及步骤有：①车辆熄火泊车，其驱动系统电源被切断后，将车辆充电插头与车辆插座完全物理耦合；②测试车辆可否依赖其自身的驱动系统行驶、前进或倒车；③车辆未熄火，仍处于可前进或倒车的行驶状态下，将车辆充电插头与车辆插座完全物理耦合；④重复步骤②。

2）连接确认测试 测试车辆接口能否完全连接。测试方法及步骤如下：①在车辆充电插头和车辆插座完全耦合后，测量检测点3的电压值；②若车载充电机额定充电电流超过16 A，重复步骤①，按压车辆插头机械锁，确认电子锁止装置是否已锁定。

图2为某车辆充电接口耦合后连接确认完成，检测点1的电压由+12 V变为+9 V。

图2 某车辆连接确认完成波形

3）充电准备就绪测试 测试车辆的充电准备就绪状态。测试方法及步骤：车辆充电接口完全连接后，EVSE模拟控制盒发送PWM信号，测量检测点1处的电压值及充电状态。

4）启动及充电阶段测试 主要监控车辆的充电控制功能。测试方法及步骤：①按照一定条件设置车辆充电条件；②调整EVSE模拟控制盒PWM信号占空比，使EVSE供电电流值超过车载充电机额定充电电流以及充电连接装置的额定电流；③待S2开关闭合后，EVSE模拟启动充电，测量车辆的充电电压、电流等充电状态参数；④车辆额定充电电流大于16 A时，操作车辆插头机械锁，检查电子锁止装置状态。

5）正常充电终止测试 测量电动汽车达到正常结束充电条件后的响应。测试方法及步骤：①在正常充电过程中，模拟达到车辆预定的结束充电条件或者对车辆施加终止充电命令；②测量检测点1处的电压值以及充电电压、电流等充电状态参数；③正常充电过程中，使EVSE模拟装置停止PWM信号输出，切换至＋12 V电压状态，重复步骤②。

图3为某车辆正常充电结束时各信号波形，结束时，PWM停止输出，切换至+12 V状态，CH3由6 V PWM变为+6 V DC，充电电流降为0，并断开S2，CH3由+6 V DC变为+9 V DC，充电结束。

图3 某车辆正常充电结束各信号波形

6）充电控制时序测试 测量车辆充电连接控制时序，测量检测点1处的电压值、PWM信号、检测点3处的电压值、充电电压、充电电流、电子锁止状态等信号的变化及周期等。

2.1.2 充电过程异常测试研究

1）S3开关断开测试 测量正常充电情况下车辆在开关S3断开时的响应：模拟开关S3由闭合变为断开，测量车辆的充电状态、检测点1的电压值。车辆应在1 s内将充电电流减小至低于1 A，然后断开开关S2。图4为某车辆在充电时S3开关突然断开时各信号波形，其中，充电电流的下降时间约为194 ms。

图4 某车辆充电过程中S3中断时各信号变化

2）CC信号中断测试 测试车辆在CC信号中断时的响应：分别在充电准备阶段和正常充电过程中，模拟断开车辆接口CC连接，测量检测点1处的电压及充电电压、充电电流等信号。在充电准备阶段，CC信号连接断开后，车辆控制装置应不能闭合S2开关，不能启动充电；在正常充电过程中，CC信号连接断开后，车辆应在3 s内停止充电。

3）CP信号中断测试 测试车辆在CP信号中断时的响应：在正常充电过程中模拟CP信号断开，测量检测点1处的电压值及充电电压、充电电流等信号，车辆应在3 s内停止充电。

4）PWM信号占空比变化测试 测试车辆在EVSE输出PWM信号的占空比发生变化时的响应，测试方法及步骤如下：①使车辆处于正常充电过程中，以10%/30 s的速率增加EVSE模拟装置输出PWM信号占空比，从10%上升至90%，每个占空比的保持时间不低于5 s；②测量检测点1处的电压值以及充电电压、充电电流等状态参数；③ 使车辆处于正常充电过程中，以10%/30 s的速率降低EVSE模拟装置输出PWM信号占空比，从90%下降至10%，每个占空比的保持时间不低于5 s；④重复步骤②。

5）PWM信号占空比超限测试 测试车辆在EVSE输出PWM信号占空比超过限值时的响应：首先使车辆处于允许充电状态且PWM占空比对应值为车辆允许的最大充电电流，启动充电并持续至少2 min，调整PWM占空比至下限值6.5%以及上限值98.5%，使之超限，测量检测点1的电压及充电状态数据。当检测到PWM占空比超限时，车辆需在8 s内使充电电流减小至低于1 A，停止充电。

6）PWM频率临界值测试 测试车辆在PWM频率处于临界值时的响应，方法及步骤如下：①将EVSE 输出PWM频率值设置为标准标称值1 000 Hz，启动充电后持续不低于2 min；②测量检测点1处的电压值以及充电电压、充电电流等状态参数；③按照10 Hz/3 s的速率将PWM频率从1 000 Hz调整至1 030 Hz，并保持5 s，重复步骤②；④重复步骤①和②，以10 Hz/3 s的速率使EVSE输出PWM频率从1 000 Hz减小至临界值970 Hz，然后持续不低于5 s，重复步骤②。

2.2 电动汽车实例化充电测试研究

为了使电动汽车能够适应更多实际充电设施，本文通过采用图5所示方案，选用若干市场主流的EVSE，使电动汽车与其进行各项充电过程测试。

图5 电动汽车充电适应性实例化测试方案

实例化测试内容主要包括：①充电控制时序测试。按照正常操作进行充电，进行完整的充电过程测试，包括连接确认、充电准备就绪、启动及充电阶段、正常充电结束等。②异常充电测试。通过测试方案中的信号盒模拟开关S3断开、CC信号中断、CP信号中断、PWM信号中断等异常情况测试电动汽车响应。③模拟操作测试。通过模拟车辆插头的插入、解锁、摇晃以及刷卡操作的流程、预充电的流程，测试实际可能遇到的问题。

3 结束语

本文基于电动汽车交流充电系统构成及充电过程，为应对充电过程中的各类可能的不适应问题，研究制定了电动汽车模拟交流充电测试方案以及实例化测试方案，为电动汽车交流充电系统的设计以及改进提供了参考依据及验证手段，能够提高电动汽车实际使用中交流充电的适应性，为消费者提供便利，有利于电动汽车的推广及使用。

［1］ GB/T18487.1—2015，电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求［S］.

［2］ GB/T 20234.1—2015，电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求［S］.

［3］ GB/T 20234.2—2015，电动汽车传导充电用连接装置第2部分：交流充电接口［S］.

［4］ 张建伟，杨芳，秦俭，等.电动汽车交流充电控制导引系统设计［J］.电测与仪表，2014，51（5）：78-82.

［5］ 孙焕新.电动汽车充电系统充电模式分析［J］.时代汽车，2017（6）：12-14.

Research on AC Charging Adaptability Test for Electric Vehicles

HE Peng-lin， HUANG Xin， LI Chuan， WANG Jian-bo， DAI Ming， LIU Yi-fan
（China Automotive Technology And Research Center， Tianjin 300300， China）

In this article， based on the electric vehicle AC charging process， research and tests are conducted by simulating different types of faults and boundary conditions. Combining with comparison on some typical cases， proposals for improvement and design of AC charging system is put forward， which increase the performance of AC charging adaptability.

electric vehicles； AC charging； adaptability test

U469.72

A

1003-8639（2017）12-0012-03

2017-08-14

何鹏林（1988-），男，甘肃武威人，工程师，硕士，研究方向为新能源汽车及其测试技术；黄炘（1984-），男，福建人，高级工程师，硕士，研究方向为新能源汽车及其测试技术；李川（1989-），男，天津人，助理工程师，硕士，研究方向为新能源汽车及其测试技术；王建波（1988-），男，辽宁人，助理工程师，研究方向为新能源汽车及其测试技术；戴铭（1994-），男，安徽人，助理工程师，研究方向为新能源汽车及其测试技术；刘易凡（1995-），男，辽宁人，助理工程师，研究方向为新能源汽车及其测试技术。

（编辑 凌 波）