一种电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统

摘要

本发明公开了属于电动汽车充电设施应用技术领域的一种电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统。该系统包括测试系统插座、测试系统插头、测试模式切换电路、第一继电器组1和第二继电器组2、控制采集板、第一CAN测试单元I、第二CAN测试单元II和上位机。本发明能够完成非车载充电机充电接口测试模式、电动汽车充电接口测试模式、非车载充电机与电动汽车正常连接时通信性能测试模式，能够逐个判断充电接口连接及内部电路是否正常，同时对电动汽车直流充电接口通信性能的综合评价。本系统将大大降低电动汽车充电日常维护以及施工验收工作量，有利于电动汽车推广应用。

说明书

技术领域

本发明属电动汽车充电设施应用技术领域，特别涉及一种电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统。具体说是关于电动汽车直流充电接口【包括非车载充电机(充电桩)车辆插头(充电枪)和电动汽车车辆插座】连接状态判断以及通信性能综合评价的测试系统。

背景技术

国家发改委、国家能源局、工信部和住建部在系统内部联合印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》以及国务院办公厅印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，提出了我国“十三五”阶段充电基础设施发展的总体目标。“十三五”期间，我国充电基础设施发展的目标是到2020年，建成集中充换电站1.2万座，分散充电桩480万个，满足全国500万辆电动汽车充电需求。

自电动汽车行业兴起至今，其关键技术的研究突飞猛进，但尚未有一套完整的技术要求以及技术检测体系，发展电动汽车，电动汽车充电测试技术的研究工作将势在必行。国家质检总局、国家标准委联合国家能源局、工信部、科技部等部门发布了新修订的电动汽车充电接口及通信协议等5项国家标准，并于2016年1月1日正式执行，包括：1.GB18487.1-2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》；2.GB20234.1-2015《电动汽车传导充电用连接装置—第1部分：通用要求》；3.GB20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接装置—第2部分：交流充电接口》；4.GB20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置—第3部分：直流充电接口》；5.GB27930-2015《电动汽车非车载传导式—充电机与电池管理系统之间的通信协议》。新国标的推广实施，将有效了解决充电桩的兼容性和安全性问题，推进车与桩的同步匹配发展。

依据GB18487.1-2015和GB20234.3-2015规定，典型的直流充电接口(非车载充电机车辆插头(充电枪)和电动汽车车辆插座)共9个触头，其中任何一个触头未连接成功都不能进行充电，无论哪种故障情况，非车载充电机和电动汽车自身均无法判断出是哪一个触头不正常引起的充电故障，更无法确定是非车载充电机车辆插头(充电枪)侧触头不正常还是电动汽车车辆插座侧触头不正常。随着电动汽车充电设施大规模的建设和应用，电动汽车传导充电连接装置的充电接口连接问题将会日益突出，主要体现为：1.充电设施施工完成后验收时需要对充电桩进行基本的连接测试以及通信测试；2.电动汽车日常充电过程中，如果出现充电异常，如何判断是充电桩侧车辆插头的问题还是电动汽车侧车辆插座的问题。若能在保证待测非车载充电机(充电桩)车辆插头(充电枪)和待测电动汽车车辆插座完好(不破拆)的情况下解决以上两个问题，将大大降低电动汽车充电日常维护以及充电设施施工验收中的工作量，有利于电动汽车的大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统,其特征在于，所述电动汽车直流充电接口性能测试系统包括测试系统插座、测试系统插头分别与测试模式切换电路的两边接口、第一继电器组1和第二继电器组2连接，测试模式切换电路、第一继电器组1和第二继电器组2分别与控制采集板连接，控制采集板和上位机连接，上位机通过第一CAN测试单元I、第二CAN测试单元II分别与非车载充电机测试系统插座及电动汽车测试系统插头的触头充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)连接。

所述非车载充电机测试系统插座及对应的车辆插头和电动汽车测试系统插座及对应的车辆插头具有相同的9个触头，9个触头从上至下依次为直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)、保护接地(PE)、充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)、第一充电连接确认(CC1)、第二充电连接确认(CC2)、低压辅助电源正(A+)、低压辅助电源负(A-)。

所述测试模式切换电路具有左右两组切换引脚，左边9个引脚同第一继电器组1的第一继电器组1的9个引脚①-⑨一起对应连接到测试系统插座的9个触头；右边9个引脚同第二继电器组2的9个引脚⑩-一起对应连接到测试系统插头的9个触头；并且待测非车载充电机的车辆插头的9个触头和测试系统插座的9个触头对应；待测电动汽车的车辆插座的9个触头和测试系统插头的9个触头对应。

所述控制采集板由逻辑控制模块、非车载充电机充电接口测试电路、电动汽车充电接口测试电路构成；逻辑控制模块分别控制测试模式切换电路以及第一继电器组1和第二继电器组2的开通或断开。

所述上位机由数据分析处理模块、人机交互模块和测试结果显示模块构成，其中数据分析处理包括绝缘评价、导引判断、辅助电源判断、通信评价和直流判断。

电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统工作时，其测试系统插座与待测非车载充电机的车辆插头相连，其测试系统插头与待测电动汽车车辆插座相连，在保证待测非车载充电机车辆插头和待测电动汽车测试系统插座完好(不破拆)的情况下，能够完成三种测试模式：非车载充电机充电接口测试模式、电动汽车充电接口测试模式、非车载充电机与电动汽车正常连接时通信性能测试模式。

所述非车载充电机充电接口测试模式是指将测试模式切换电路断开，同时将第一继电器组1闭合、第二继电器组2断开，非车载充电机充电接口测试电路通过第一继电器组1与待测非车载充电机的车辆插头相连，对待测非车载充电机的车辆插头的9个触头进行逐个连接测试，根据测试结果确定待测非车载充电机的车辆插头每个触头的连通情况，进而判断出待测非车载充电机的车辆插头的内部电路是否正常以及对直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)的绝缘判断是否正确，同时测试评价非车载充电机控制器通信报文一致性和实时性；其中，非车载充电机控制器为GB18487.1-2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》规定中图B.1所示非车载充电机固有部件。

所述电动汽车充电接口测试模式是指将测试模式切换电路断开，同时将第一继电器组1断开、第二继电器组2闭合，电动汽车充电接口测试电路通过第二继电器组2与待测电动汽车的车辆插座相连，对待测电动汽车的车辆插座的9个触头进行逐个连接测试，根据测试结果确定待测电动汽车的车辆插座每个触头的连通情况，进而判断出待测电动汽车的车辆插座内部电路是否正常以及对直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)的绝缘判断是否正确，同时测试评价电动汽车车辆控制器中BMS通信报文一致性和实时性；其中，电动汽车车辆控制器为GB18487.1-2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》规定中图B.1电动汽车固有部件。

所述非车载充电机与电动汽车正常连接时的通信性能测试模式是指待测非车载充电机的车辆插头与待测电动汽车的车辆插座的正常连接即9个触头均连通，完成对待测非车载充电机和待测电动汽车之间通信性能测试，其中第一CAN测试单元I完成充电通信CAN_H(S+)对地电平、充电通信CAN_L(S-)对地电平、充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)间电平的信号采集；第二CAN测试单元II完成CAN总线通信信号的采集，主要测试指标包括总线负载率测试、报文实时性测试、报文一致性测试、报文误码率测试，进而实现对电动汽车直流充电接口通信性能的综合评价。

所述电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统处于非车载充电机充电接口测试模式时，非车载充电机充电接口测试电路的9个引脚通过第一继电器组1的引脚①-⑨与待测非车载充电机车辆插头的9个触头对应相连：即引脚①与直流电源正(DC+)相连，引脚②与直流电源负(DC-)相连，引脚③与保护接地(PE)相连，引脚④与充电通信CAN_H(S+)相连，引脚⑤与充电通信CAN_L(S-)相连，引脚⑥与第一充电连接确认(CC1)相连，引脚⑦与第二充电连接确认(CC2)相连，引脚⑧与低压辅助电源正(A+)相连，引脚⑨与低压辅助电源负(A-)相连；开关S₁与采样电阻R₁串联后连接在引脚①和引脚③之间，作为直流电源正(DC+)对地绝缘测试电路；开关S₂与采样电阻R₂串联后连接在引脚②和引脚③之间，作为直流电源负(DC-)地绝缘测试电路；引脚①经采样电阻R₄、数字电位器R₃和采样电阻R₅与引脚②相连，作为直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)连接状态的判定电路，其中采样点AD1采样数字电位器R₅中间抽头与数字电位器R₅一端的电压；引脚③经采样电阻R₆与采样电阻R₇串联，然后再与直流电压源U₁串联，作为保护接地(PE)连接状态的测试电路，其中采样点AD₂位于采样电阻R₆与采样电阻R₇连接处；引脚④、引脚⑤分别与虚拟BMS(电池管理系统)模块直接相连，作为充电通信CAN_H(S+)、充电通信CAN_L(S-)连接状态测试电路，其中采样点AD₃、AD₄分别位于引脚④和引脚⑤处；引脚⑥经采样电阻R₈接于地，作为第一充电连接确认(CC1)连接状态的测试电路，其中采样点AD₅位于引脚⑥处；引脚⑦经采样电阻R₉与直流电压源U₂串联，作为第二充电连接确认(CC2)连接状态的测试电路，其中采样点AD₆位于引脚⑦处；引脚⑧经采样电阻R₁₀串联采样电阻R₁₁后与引脚⑨相连，引脚⑨与地相连，作为低压辅助电源正(A+)、低压辅助电源负(A-)连接状态测试电路，其中采样点AD₇位于采样电阻R₁₀和采样电阻R₁₁的连接节点处；其中，采样电阻R₁、R₂均为20kΩ,采样电阻R₂-R₁₉均为1kΩ，数字电位器R₃＝1kΩ，直流电压源U₁-U₂均为12V。

所述电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统处于电动汽车充电接口测试模式时，电动汽车充电接口测试电路的9个引脚通过第二继电器组2的引脚⑩-与待测电动汽车车辆插座的9个触头相连：即引脚⑩与低压辅助电源负(A-)相连，引脚与低压辅助电源正(A+)相连，引脚与第二充电连接确认接口(CC2)相连，引脚与第一充电连接确认(CC1)相连，引脚与充电通信CAN_L(S-)相连，引脚与充电通信CAN_H(S+)相连，引脚与保护接地(PE)相连，引脚与直流电源负(DC-)相连，引脚与直流电源正(DC+)相连；引脚⑩直接接地，引脚经采样电阻R₁₂与直流电压源U₃串联，开关S₃并联于采样电阻R₁₂两端，作为低压辅助电源正(A+)、低压辅助电源负(A-)连接状态测试电路，其中采样点AD₈位于引脚处；引脚经采样电阻R₁₃与直流电压源U₄串联，作为第二充电连接确认(CC2)连接状态的测试电路，其中采样点AD₉位于引脚处；引脚经采样电阻R₁₄接于地，作为第一充电连接确认(CC1)连接状态的测试电路，其中采样点AD₁₀位于引脚处；引脚引脚分别与虚拟非车载充电机通信模块直接相连，作为充电通信CAN_H(S+)、充电通信CAN_L(S-)连接状态测试电路，其中采样点AD₁₁、AD₁₂分别位于引脚和引脚处；引脚经采样电阻R₁₆与采样电阻R₁₇串联，然后再与直流电压源U₅串联，作为保护接地(PE)连接状态的测试电路，其中采样点AD₁₃位于采样电阻R₁₆与采样电阻R₁₇连接处；开关S₄与采样电阻R₂₀串联后连接在引脚和引脚之间，作为直流电源正(DC+)对地绝缘测试电路；开关S₅与采样电阻R₂₁串联后连接在引脚和引脚之间，作为直流电源负(DC-)地绝缘测试电路；引脚经采样电阻R₁₇、数字电位器R₁₉和采样电阻R₁₈与引脚相连，作为直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)连接状态的判定电路，其中采样点AD₁₄采样数字电位器R₁₈中间抽头与数字电位器R₁₈一端的电压；其中，采样电阻R₂₀、R₂₁均为20kΩ，采样电阻R₁₂-R₁₈均为1kΩ，数字电位器R₁₉＝1kΩ，直流电压源U₃-U₅均为12V。

本发明的有益效果是本发明解决了电动汽车直流充电接口在实际应用中引脚连接状态判断和通信性能测试的问题，其实际应用意义在于：当充电接口连接失败无法充电时，可通过对非车载充电机车辆插头(充电枪)和电动汽车车辆插座进行连接状态测试，确认连接有问题的触点；另外，对非车载充电机或电动汽车BMS的通信性能进行测试，测试结果可以直观明了的评价被测通信系统的通信性能。本发明对于电动汽车直流充电接口和通信系统的运行、维护和检修以及相关电动汽车充电设施施工验收工作都具有巨大的应用价值。

附图说明

图1为电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统原理框图。

图2为非车载充电机充电接口测试模式图。

图3为电动汽车充电接口测试模式图。

图4非车载充电机与电动汽车正常连接(9触头均连通)时通信性能测试模式。

具体实施方式

本发明提出一种电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统，下面结合附图予以说明。

图1所示为电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统原理框图。根据GB18487.1-2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》和GB20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置—第3部分：直流充电接口》对电动汽车直流充电接口及其导引电路给出了详细的规定。依据GB18487.1-2015和GB20234.3-2015，典型的直流充电接口(非车载充电机车辆插头(充电枪)和电动汽车车辆插座)引脚共9个触头，图1中所示，测试系统插座和测试系统插头具有相同的9个触头，9个触头从上至下依次为直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)、保护接地(PE)、充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)、充电连接确认(CC1)、充电连接确认(CC2)、低压辅助电源正(A+)、低压辅助电源负(A-)。

图1所示电动汽车直流充电接口性能测试系统包括测试系统插座、测试系统插头分别与测试模式切换电路的两边接口、第一继电器组1和第二继电器组2连接，测试模式切换电路、第一继电器组1和第二继电器组2分别与控制采集板连接，控制采集板和上位机连接，上位机通过第一CAN测试单元I、第二CAN测试单元II分别与非车载充电机测试系统插座及电动汽车测试系统插座的触头充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)连接。

进行测试工作时，测试系统插座与待测非车载充电机的车辆插头(充电枪)相连，测试系统插头与待测电动汽车的车辆插座相连。

图2所示为非车载充电机充电接口测试模式图，将测试模式切换电路断开，同时将第一继电器组1闭合、第二继电器组2断开，非车载充电机充电接口测试电路的9个引脚通过第一继电器组1的引脚①-⑨与待测非车载充电机车辆插头的9个触头对应相连，对待测非车载充电机的车辆插头的9个触头进行逐个连接测试，根据测试结果确定待测非车载充电机的车辆插头每个触头的连通情况，进而判断出待测非车载充电机的车辆插头的内部电路是否正常以及对直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)的绝缘判断是否正确。具体电路参数：R₁＝R₂＝20kΩ，R_3-11＝1kΩ，U₁＝U₂＝12V，其中R₅为高精度数字电位器。其详细测试说明如下：

(1)高精度数字电位器R₅可根据被测非车载充电机的额定输出电压(72V-750V)来动态配置其采样电阻值，进而实现采样点AD₁的精确采样，采样点AD₁电位是否大于零可判断直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)是否连接正常。

(2)保护接地(PE)连接正常时，采样点AD₂电位为6V；保护接地(PE)连接不正常时，采样点AD₂电位为12V,采样点AD₂电位可判断保护接地(PE)是否连接正常。

(3)虚拟BMS(电池管理系统)模块可根据CAN总线报文情况判充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)是否连接正常，同时采样点AD₃和采样点AD₄可以判断充电通信CAN_H(S+)对地电平、充电通信CAN_L(S-)对地电平以及充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)间电平是否符合要求；第一CAN测试单元I读取虚拟BMS(电池管理系统)模块与非车载充电机控制器的通信报文，经过后台数据分析处理，进而评价非车载充电机的通信一致性和实时性。

(4)第一充电连接确认(CC1)触头连接正常，采样点AD₅电位为4V；如果第一充电连接确认(CC1)触头连接不正常，采样点AD₅电位为0V。采样点AD₅电位可判断第一充电连接确认(CC1)触头是否连接正常。

(5)第二充电连接确认(CC2)触头连接正常时，采样点AD₆电位为6V；第二充电连接确认CC2触头连接不正常时，采样点AD₆电位为12V。采样点AD₆电位可判断第二充电连接确认CC2触头是否连接正常。

(6)低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常时，采样点AD₇电位为6V；低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常时，采样点AD₇电位为0V。从而通过采样点AD₇电位可判断低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)是否连接正常。

(7)如果充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)均连接正常，那么闭合开关S₁，在直流电源正(DC+)和保护接地(PE)之间接入R₁，通过虚拟BMS模块读取非车载充电机通信模块的通信报文中的绝缘故障报警信息，如果绝缘故障报警，说明非车载充电机绝缘判断正常；如果绝缘故障不报警，说明非车载充电机绝缘判断不正常。

图3所示为电动汽车充电接口测试模式图。当电动汽车直流充电接口连接状态和通信性能测试系统处于电动汽车充电接口测试模式时，将测试模式切换电路断开，同时将第一继电器组1断开、第二继电器组2闭合，电动汽车充电接口测试电路通过第二继电器组2与待测电动汽车的车辆插座相连，对待测电动汽车的车辆插座的9个触头进行逐个连接测试，根据测试结果确定待测电动汽车的车辆插座每个触头的连通情况，进而判断出待测电动汽车的车辆插座内部电路是否正常以及对直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)的绝缘判断是否正确。具体电路参数：R₂₀＝R₂₁＝20kΩ，R_12-19＝1kΩ，U₃＝U₄＝U₅＝12V，其中R₁₉为高精度数字电位器。其详细测试说明如下：

(1)高精度数字电位器R₁₉可根据被测电动汽车动力电池组的额定电压(72V-750V)来动态配置其采样电阻值，进而实现采样点AD₁₄的精确采样，采样点AD₁₄电位是否大于零可判断直流电源正(DC+)、直流电源负(DC-)是否连接正常。

(2)保护接地(PE)连接正常时，采样点AD₁₃电位为6V；保护接地(PE)连接不正常时，采样点AD₁₃电位为12V；采样点AD₁₃电位可判断保护接地(PE)是否连接正常。

(3)虚拟非车载充电机通信模块可根据CAN总线报文情况判断充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)是否连接正常，同时采样点AD₁₁和采样点AD₁₂可以判断充电通信CAN_H(S+)对地电平和充电通信CAN_L(S-)对地电平以及充电通信CAN_H(S+)对地电平和充电通信CAN_L(S-)间电平是否符合要求；第二CAN测试单元II读取虚拟非车载充电机通信模块与电动汽车车辆控制器中BMS(电池管理系统)模块的通信报文，经过后台数据分析处理，进而评价电动汽车车辆控制器中BMS模块的通信一致性和实时性。

(4)第一充电连接确认(CC1)触头连接正常时，采样点AD₁₀电位为6V；第一充电连接确认(CC1)触头连接正常时，采样点AD₁₀电位为12V。采样点AD₁₀电位可判断第一充电连接确认(CC1)触头是否连接正常。

(5)第二充电连接确认(CC2)触头连接正常时，采样点AD₉电位为6V；第二充电连接确认(CC2)触头连接不正常时，采样点AD₉电位为0V。采样点AD₉电位可判断第二充电连接确认(CC2)触头是否连接正常。

(6)开关S₃断开，低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常时，采样点AD₈电位不等于12V；低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常时，采样点AD₈电位等于12V；采样点AD₈电位可判断低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)是否连接正常，判断完成后闭合开关S₃。

(7)如果充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)均连接正常，那么闭合开关S₅，在直流电源正(DC+)和保护接地(PE)之间接入R₂₁，通过虚拟非车载充电机通信模块读取电动汽车车辆控制器通信报文中的绝缘故障报警信息，如果绝缘故障报警，说明电动汽车绝缘判断正常；如果绝缘故障不报警，说明电动汽车绝缘判断不正常。

图4所示为非车载充电机与电动汽车正常连接时通信性能测试模式。所述非车载充电机与电动汽车正常连接时的通信性能测试模式是待测非车载充电机的车辆插头与待测电动汽车的车辆插座的正常连接即9个触头均连通，将测试模式切换电路闭合，同时将第一继电器组1断开、第二继电器组2断开，待测非车载充电机车辆插头(充电枪)与待测电动汽车的车辆插座相连，完成对待测非车载充电机和待测电动汽车之间通信性能测试的正常工作；其中第一CAN测试单元I完成充电通信CAN_H(S+)对地电平、充电通信CAN_L(S-)对地电平、充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)间电平的信号采集；第二CAN测试单元II完成CAN总线通信信号的采集，主要测试指标包括总线负载率测试、报文实时性测试、报文一致性测试、报文误码率测试，进而实现对电动汽车直流充电接口通信性能的综合评价。

综合上述发明内容，本发明解决了电动汽车直流充电接口在实际应用中各触头连接状态判断和通信性能测试的问题，其实际应用意义在于：当充电接口连接失败无法充电时，可通过对非车载充电机车辆插头(充电枪)和电动汽车车辆插座进行连接状态测试，确认连接有问题的触头；另外，对非车载充电机控制器和电动汽车车辆控制器中BMS的通信性能进行测试，测试结果可以直观明了的评价被测通信系统的通信性能。本发明对于电动汽车直流充电接口和通信系统的运行、维护和检修以及相关电动汽车充电设施施工验收工作都具有巨大的应用价值。