富瑞博德國Scienlab新能源電動汽車充電樁自動測試方案

Scienlab Charging Discovery System

SL1040A  SL1093A

電動和插電式混合動力汽車（EV,、PHEV）的發(fā)展和推廣取決于充電基礎(chǔ)設(shè)施（電動車輛供電設(shè)備，EVSE）的擴展和無干擾利用,。由于相對較新的標準以及由此產(chǎn)生的現(xiàn)場經(jīng)驗不足,，電動汽車和電動車輛供電設(shè)備之間的相互作用中經(jīng)常會出現(xiàn)故障。

Scienlab設(shè)備優(yōu)點：

l  符合所有可用通信方法的標準支持,，尤其是符合IEC 61851-1的基本通信（PWM）和符合DIN規(guī)范70121,、ISO 15118（PLC）、Chademo和GB/T（CAN）的高級通信,。

l  實時能力測試程序

• fpgas和帶有實時操作系統(tǒng)的處理器以及高性能和同步接口,，CDS始終是為實時功能而設(shè)計的。

l  開放系統(tǒng)

l  大測量和控制精度

• AD轉(zhuǎn)換器,，以及理想的接地概念,，使良好的測量數(shù)據(jù)采集,。

• Charging Discovery System作為一個man-in-the-middle system在現(xiàn)場使用

充電技術(shù)模塊化測試環(huán)境

從移動使用到實驗室應(yīng)用

富瑞博Scienlab解決方案

富瑞博Scienlab為電動汽車和電動車輛供電設(shè)備充電系統(tǒng)提供了一個模塊化測試環(huán)境,，從移動使用到實驗室的綜合應(yīng)用。CDS將電動汽車或電動車輛供電設(shè)備的充電通信模擬為一個中心元件,。同時,，對電氣參數(shù)進行測量，并檢查其是否符合標準。CDS還假定同步觸發(fā)附加電源和接收器,。所有組件均由富瑞博Scienlab開發(fā)和制造,。因此，標準要求的客戶特定要求或修改可在短時間內(nèi)實現(xiàn),。

可能的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

l  電動汽車和電動車輛供電設(shè)備充電接口的功能測試,，驗證是否符合規(guī)范*性

l  互操作性測試

l  通過模擬充電通信標準和低壓電網(wǎng)，驗證市場的充電組件

l  電動汽車和電動車輛供電設(shè)備故障響應(yīng)的有針對性和可重復(fù)性測試

l  用于質(zhì)量保證的自動耐久性測試,，包括多通道測試

CDS支持以下用例：

•電動車輛供電設(shè)備測試：對于充電站,、墻盒和電纜控制盒（ICCB）充電電纜的測試，CDS通過高壓負載和電網(wǎng)仿真進行擴展,。這允許獨立于電動汽車進行測試,。

•電動汽車測試：通過將CDS連接到電源，CDS可以模擬可自由編程的交流或直流充電站,。

•中間人功能：可以分析電動汽車和電動車輛供電設(shè)備之間的通信和電力流,。負載線和信號線通過CDS連接，并使用測量設(shè)備進行記錄,。

充電發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)CDS設(shè)計成模塊化配置,，與各自的應(yīng)用相匹配。它的主要組成部分是自動執(zhí)行測試序列的實時計算機,。使用Charging Discover PC軟件定義和參數(shù)化測試序列本身,，或者直接從硬件在環(huán)（HIL）系統(tǒng)進行控制。CDS提供兩個可操作的PWM通信接口和記錄,、存儲,、分析和評估導(dǎo)頻信號（控制導(dǎo)頻/CP、接近導(dǎo)頻/PP）,。它還提供用于控制和同步外部組件的數(shù)字I/O信號,。

如有必要，可通過使用直流充電標準DC charging standards的附加通信模塊擴展此基本配置,?？梢约梢韵履K：

l  用于電動車輛供電設(shè)備DUT安全接觸的高壓模塊

l  用于信號高頻分析和光學(xué)評估的附加示波器

l  安全防護設(shè)備測試的RC仿真

l  各種無源和有源源和接收器，用于靈活模擬各自的高壓對側(cè)

每個測試要求的良好特性

一體式

CDS提供了測試充電基礎(chǔ)設(shè)施組件所需的所有必要功能,。不需要額外的分析或測量系統(tǒng),。預(yù)定義的測試序列也可以在系統(tǒng)中啟用快速測試。數(shù)字輸入和輸出允許鎖定充電入口以及觸發(fā)LED和其他可自由使用的I/O,。被動和主動的源和匯已專門為此應(yīng)用開發(fā),，并集成在測試序列中。

開放系統(tǒng)架構(gòu)

EV和EVSE的實際仿真需要對每個仿真端的行為進行標準兼容的仿真,。CDS提供了一個自由參數(shù)化的系統(tǒng),，它提供了所需的自由度,。因此，可以在受控環(huán)境中模擬錯誤,，以檢查DUT在所有用例和故障中的響應(yīng),。

實時測試系統(tǒng)

CDS是為實時性能而設(shè)計的。這是通過在電子的級別使用功能強大的FPGA和微控制器,、在高級IPC中使用可擴展的x86多核處理器和實時操作系統(tǒng)來確保的,。時間敏感測試可以在事件控制的基礎(chǔ)上處理。內(nèi)部計時器和同步機制確保運行時控制,，從而導(dǎo)致高系統(tǒng)性能和低死區(qū)時間,。

標準

由于采用了IEC 61851和ISO 15118標準，電動汽車的充電已在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)了標準化,。組合充電系統(tǒng)（CCS- combined charging system）在歐洲和美國使用,。它將交流和直流充電接口集成在標準IEC 62196-3規(guī)定的組合式車輛插孔中。電動汽車和電動車輛供電設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通過充電電纜內(nèi)的控制和接近信號（CP,、PP）進行,。

交流充電AC charging

基于脈寬調(diào)制的基本通信目前在世界范圍內(nèi)用于交流充電。因此,，CDS記錄所有電氣參數(shù),，如脈寬調(diào)制振幅、頻率和占空比,，以及上升和下降時間,。集成的脈寬調(diào)制發(fā)電機是可編程的，因此可以模擬任何充電基礎(chǔ)設(shè)施的行為,。也可以模擬電纜或插頭缺陷,。

直流充電DC charging

通過PLC的通信模塊，CDS還支持根據(jù)DIN規(guī)范70121和ISO 15118對充電接口進行分析和驗證,。這里也使用了一個可參數(shù)化的狀態(tài)機,。CDS通過接收和處理V2G消息并以明文顯示內(nèi)容，實現(xiàn)了車輛和充電基礎(chǔ)設(shè)施的*性測試,。模擬遠程站的響應(yīng)時間和超時行為也可以有針對性地參數(shù)化,。還提供用于測試GB/T或CHAdeMO充電接口的其他通信模塊。

集成高壓測量技術(shù)和*的電磁兼容設(shè)計EMC

為了重現(xiàn)試驗結(jié)果和正確解釋控制試驗,，測量技術(shù)必須明顯超過標準要求的精度,。因此，CDS以大精度測量所有相關(guān)控制和接近導(dǎo)向參數(shù),?？蛇x配件的可用示波器也可用于對時間序列進行高頻記錄和執(zhí)行FFT頻率分析。集成在高壓模塊中的電流和電壓測量轉(zhuǎn)換器以及高精度14位AD轉(zhuǎn)換器提供高壓參數(shù)的同步記錄,。在CDS的發(fā)展過程中,，人們非常重視整體接地概念和大限度的安全性。具有小耦合電容的勢壘提高了信號質(zhì)量和測量精度,。

靈活使用

無論是在開發(fā)期間在實驗室測試組件,，還是在現(xiàn)場測試系統(tǒng)，CDS都為每個應(yīng)用程序提供了解決方案,。對于移動應(yīng)用,，充電發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可以提供便攜式版本。除了CP信號外,，所有高壓電壓都可通過CDS前面板上的斷開端口進行外部測量,。

可以使用世界各地的插頭類型

CDS可配置所有常見的交流和直流充電插座和充電插頭類型，類似于通信模塊,。車輛的充電適配器通過特定的高壓插座連接

方便的測試程序

CDS設(shè)計用于獨立測試系統(tǒng)或HIL測試臺中的組件,。在這兩種情況下，通過千兆以太網(wǎng)接口與CDS進行通信,。在*種情況下,，Charging Discover PC軟件支持用戶進行測試定義和控制。在第二種情況下,，HIL系統(tǒng)可以通過開放接口直接訪問適當?shù)膮?shù)和功能,。

充電發(fā)現(xiàn)軟件The Charging Discover software

基于Windows的Charging Discover PC軟件不僅可以快速選擇和執(zhí)行預(yù)定義的測試用例，還提供了一個編輯器,，用于創(chuàng)建客戶特定的測試,。然后將整個測試項目轉(zhuǎn)移到CDS，并在那里自動執(zhí)行,。該軟件包括可視化和評估單個消息和測量值的所有必要功能,。

顯示測量值

CDS的記錄測量值可視為實時數(shù)據(jù)流。對于高級通信,，V2G或CAN消息被同步記錄并以純文本顯示,。測試和中間結(jié)果在運行時進行評估，并可以使用適當?shù)囊曈X提示一目了然地顯示出來,。當使用富瑞博Scienlab測量和控制模塊（MCM）時,，多可以同步記錄6條CAN總線。這樣,，用戶就可以直接從ECU讀取和記錄車輛數(shù)據(jù),。可以通過導(dǎo)入一個DBC數(shù)據(jù)庫文件來解釋這些數(shù)據(jù),，并在帶有時間戳的圖形中與其他測量數(shù)據(jù)一起顯示,。

報告

一旦測試被執(zhí)行，日志數(shù)據(jù)就可以隨時離線存儲和加載,。測試結(jié)果也可以保存為一個簡短的PDF報告,。

交流試驗后的圖譜

直流試驗后的圖譜

這包括所有測試案例和結(jié)果的信息,。用戶決定將詳細輸出哪些測量結(jié)果，以及在定義測試用例期間如何評估單個測試,。

測試編輯器

除了基本配置之外,，還可以在測試編輯器的幫助下創(chuàng)建、存儲和維護特定于客戶的測試用例,。每個單獨的測試序列都可以使用一種應(yīng)用程序友好的語言根據(jù)內(nèi)容和時間來定義,。直觀的圖形用戶界面在輸入時向用戶*合適的語言元素和命令。例如,，可自由配置的I/O可以主動包含在一個例行程序中,，以便在的時間注入錯誤或激活外部測量設(shè)備。

集成到HIL測試環(huán)境中

通過增加高壓電源和硬件在環(huán)系統(tǒng)（HIL）,，CDS可擴展為綜合充電技術(shù)試驗室,。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，高壓模擬器允許模擬低壓電網(wǎng)或任何交流和直流充電站,。在車輛側(cè),，充電系統(tǒng)中涉及的所有內(nèi)部部件，如充電器,、充電控制器,、電池管理系統(tǒng)和電池，包括相關(guān)的外圍設(shè)備,，都可以在所有配置中進行仿真或集成為實際部件,。這提供了廣泛的測試能力，從車輛中單個部件和子系統(tǒng)的分析到電動汽車和電動車輛供電設(shè)備整個充電功能的自動釋放測試,。

HIL解決方案在電氣和電子（E/E）部件驗證中的應(yīng)用在汽車行業(yè)非常普遍,。雖然典型的HIL系統(tǒng)通常*于用于E/E組件仿真和模擬的低壓（LV）接口，但由于高壓仿真器的集成,，Power HIL系統(tǒng)包括所有DUT接口,。這是將被測設(shè)備作為一個封閉系統(tǒng)進行測試的方法。例如,，如果要檢查車輛中控制單元和電力電子設(shè)備的充電功能,，可以將CDS與高壓電源組合配置為可自由編程充電站仿真。在這種情況下,，CDS還處理AC / DC仿真器的控制,。

Scienlab Power HIL系統(tǒng)

配置了Scienlab Power HIL系統(tǒng)，并相應(yīng)地在性能,、I/O和測量通道以及軟件接口方面符合各自的客戶要求,。因此，即使通過對現(xiàn)有測試實驗室的后續(xù)擴展和升級,，也可以考慮客戶規(guī)范,，如操作或自動化工具,。

在每個HIL測試環(huán)境的核心是一臺實時計算機，該計算機在運行時計算被測設(shè)備在車輛中所需的所有信號（尤其是傳感器和剩余總線模擬）,，并通過相應(yīng)的I/O硬件對其進行仿真,。所有相關(guān)故障情況都可以選擇性地注入，例如對地短路或12 V蓄電池,。HIL系統(tǒng)還控制Scienlab高壓仿真器和其他低壓源/接收器,。由于充電標準和所包含的狀態(tài)機直接在CDS中實現(xiàn),，因此可以在HIL系統(tǒng)中定義和執(zhí)行充電嘗試,，而無需太多努力。更簡單的方法是執(zhí)行存儲在CDS中的測試用例,，因為可以通過HIL接口選擇和啟動它們,。

高壓模塊確保與電動車輛供電設(shè)備DUT安全接觸。高精度的CDS和高壓仿真器測量技術(shù)由HIL系統(tǒng)同步記錄,。此外,，所有的低壓和高壓信號都配備了防斜插連接器，以便高頻信號測試的外部測量設(shè)備可以在沒有任何迂回的情況下使用,。

HIL測試臺通過使用制造商特定測試軟件的PC操作,。對于開放式實驗軟件環(huán)境，如ControlDesk（制造商DSpace GmbH）,，提供定制項目,。這還包括用于環(huán)境模擬、冷卻調(diào)節(jié)和測量儀器的車輛,、電池和接口模型,。這使得自動化軟件的直接設(shè)置能夠很快地實現(xiàn)可重復(fù)的耐久性測試和隔夜測試。

試驗臺防護裝置通過協(xié)調(diào)用例所需的電源開關(guān)以及在發(fā)生故障或緊急情況時強制快速安全關(guān)閉所有系統(tǒng),，大限度地提高實驗室的安全性,。

測試臺防護裝置通常作為啟用SIL3-enabled soft PLC實現(xiàn)，并且*獨立于其余的測試環(huán)境運行,。

CDS集成到現(xiàn)有的HIL系統(tǒng)中

充電發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)The Charging Discovery System可以很容易地添加到現(xiàn)有的HIL解決方案中,。我們提供所需的測試系統(tǒng)。CDS總是提供一個開放的,、有據(jù)可查的以太網(wǎng)接口,，允許集成到任何外部HIL或自動化環(huán)境中。充電發(fā)現(xiàn)操作軟件CDS可以并行使用,，這樣主要的配置任務(wù)（通常發(fā)生在測試程序之前）仍然可以通過提供的用戶界面輕松執(zhí)行,。這樣做的好處是大大簡化了客戶端CDS接口的實現(xiàn)，因為只有在運行時需要的設(shè)置點和實際參數(shù)必須被發(fā)送或接收,?？蛻舾鶕?jù)應(yīng)用和測試決定哪些CDS參數(shù)應(yīng)該改變,，哪些測量變量需要評估。

高壓仿真

交直流接口仿真電源

特別是充電技術(shù)方面的要求,，我們提供了高動態(tài)電源,。該系統(tǒng)具有測量和控制精度高特點。由于采用了模塊化設(shè)計,，通過并行連接多個仿真器,，隨后的功率增強也是可能的。來自富瑞博的所有Scienlab仿真器都使用主動前端,，默認情況下都是能量再生的,。根據(jù)性能等級和客戶要求提供冷卻。

Scienlab動態(tài)交流模擬器Scienlab Dynamic AC Emulator

Scienlab動態(tài)交流模擬器可以作為可編程交流電源來模擬低壓電網(wǎng),。由于其固有的雙向再生功率級,，電動汽車和電動車輛供電設(shè)備的車網(wǎng)方案測試是可能的。還可以進行DIN EN 50160要求的電網(wǎng)兼容性的重要EMC測試,。通過這種方式可以測試被測設(shè)備的系統(tǒng)發(fā)射（IEC 61000-3）和抗擾度（IEC 61000-4）,。動態(tài)交流模擬器還提供一個直流選項，所有充電模式都可以映射到一個設(shè)備中,。因此,，可以配置以下操作模式：

模擬低壓電網(wǎng)，如歐盟,、美國和日本

調(diào)節(jié)諧波

有源雙向負載仿真（如充電器）

模擬具有動態(tài)電壓和電流限制的高壓電源（如直流充電站）和接收器（如鋰離子電池組）

Scienlab動態(tài)直流模擬器Scienlab Dynamic DC Emulator

Scienlab動態(tài)直流模擬器包括一個可自由參數(shù)化的電池模型,，因此可以理想地用于電池仿真。在與CDS的交互作用中,，具有電流和電壓控制無縫交替的動態(tài)控制器也有助于作為通用直流充電站運行,。可提供600 V至1000 V和100 A至1200 A的配置,。DCE提供以下操作模式：

模擬直流充電站

模擬高壓電池

模擬任何高壓電源和接收器