富瑞博德国Scienlab新能源电动汽车充电桩自动测试方案

Scienlab Charging Discovery System

SL1040A  SL1093A

电动和插电式混合动力汽车（EV、PHEV）的发展和推广取决于充电基础设施（电动车辆供电设备，EVSE）的扩展和无干扰利用。由于相对较新的标准以及由此产生的现场经验不足，电动汽车和电动车辆供电设备之间的相互作用中经常会出现故障。

Scienlab设备优点：

l  符合所有可用通信方法的标准支持，尤其是符合IEC 61851-1的基本通信（PWM）和符合DIN规范70121、ISO 15118（PLC）、Chademo和GB/T（CAN）的高级通信。

l  实时能力测试程序

• fpgas和带有实时操作系统的处理器以及高性能和同步接口，CDS始终是为实时功能而设计的。

l  开放系统

l  大测量和控制精度

• AD转换器，以及理想的接地概念，使良好的测量数据采集。

• Charging Discovery System作为一个man-in-the-middle system在现场使用

充电技术模块化测试环境

从移动使用到实验室应用

富瑞博Scienlab解决方案

富瑞博Scienlab为电动汽车和电动车辆供电设备充电系统提供了一个模块化测试环境，从移动使用到实验室的综合应用。CDS将电动汽车或电动车辆供电设备的充电通信模拟为一个中心元件。同时，对电气参数进行测量，并检查其是否符合标准。CDS还假定同步触发附加电源和接收器。所有组件均由富瑞博Scienlab开发和制造。因此，标准要求的客户特定要求或修改可在短时间内实现。

可能的应用领域包括：

l  电动汽车和电动车辆供电设备充电接口的功能测试，验证是否符合规范*性

l  互操作性测试

l  通过模拟充电通信标准和低压电网，验证市场的充电组件

l  电动汽车和电动车辆供电设备故障响应的有针对性和可重复性测试

l  用于质量保证的自动耐久性测试，包括多通道测试

CDS支持以下用例：

•电动车辆供电设备测试：对于充电站、墙盒和电缆控制盒（ICCB）充电电缆的测试，CDS通过高压负载和电网仿真进行扩展。这允许独立于电动汽车进行测试。

•电动汽车测试：通过将CDS连接到电源，CDS可以模拟可自由编程的交流或直流充电站。

•中间人功能：可以分析电动汽车和电动车辆供电设备之间的通信和电力流。负载线和信号线通过CDS连接，并使用测量设备进行记录。

充电发现系统CDS设计成模块化配置，与各自的应用相匹配。它的主要组成部分是自动执行测试序列的实时计算机。使用Charging Discover PC软件定义和参数化测试序列本身，或者直接从硬件在环（HIL）系统进行控制。CDS提供两个可操作的PWM通信接口和记录、存储、分析和评估导频信号（控制导频/CP、接近导频/PP）。它还提供用于控制和同步外部组件的数字I/O信号。

如有必要，可通过使用直流充电标准DC charging standards的附加通信模块扩展此基本配置。可以集成以下模块：

l  用于电动车辆供电设备DUT安全接触的高压模块

l  用于信号高频分析和光学评估的附加示波器

l  安全防护设备测试的RC仿真

l  各种无源和有源源和接收器，用于灵活模拟各自的高压对侧

每个测试要求的良好特性

一体式

CDS提供了测试充电基础设施组件所需的所有必要功能。不需要额外的分析或测量系统。预定义的测试序列也可以在系统中启用快速测试。数字输入和输出允许锁定充电入口以及触发LED和其他可自由使用的I/O。被动和主动的源和汇已专门为此应用开发，并集成在测试序列中。

开放系统架构

EV和EVSE的实际仿真需要对每个仿真端的行为进行标准兼容的仿真。CDS提供了一个自由参数化的系统，它提供了所需的自由度。因此，可以在受控环境中模拟错误，以检查DUT在所有用例和故障中的响应。

实时测试系统

CDS是为实时性能而设计的。这是通过在电子的级别使用功能强大的FPGA和微控制器、在高级IPC中使用可扩展的x86多核处理器和实时操作系统来确保的。时间敏感测试可以在事件控制的基础上处理。内部计时器和同步机制确保运行时控制，从而导致高系统性能和低死区时间。

标准

由于采用了IEC 61851和ISO 15118标准，电动汽车的充电已在世界范围内实现了标准化。组合充电系统（CCS- combined charging system）在欧洲和美国使用。它将交流和直流充电接口集成在标准IEC 62196-3规定的组合式车辆插孔中。电动汽车和电动车辆供电设备之间的数据交换通过充电电缆内的控制和接近信号（CP、PP）进行。

交流充电AC charging

基于脉宽调制的基本通信目前在世界范围内用于交流充电。因此，CDS记录所有电气参数，如脉宽调制振幅、频率和占空比，以及上升和下降时间。集成的脉宽调制发电机是可编程的，因此可以模拟任何充电基础设施的行为。也可以模拟电缆或插头缺陷。

直流充电DC charging

通过PLC的通信模块，CDS还支持根据DIN规范70121和ISO 15118对充电接口进行分析和验证。这里也使用了一个可参数化的状态机。CDS通过接收和处理V2G消息并以明文显示内容，实现了车辆和充电基础设施的*性测试。模拟远程站的响应时间和超时行为也可以有针对性地参数化。还提供用于测试GB/T或CHAdeMO充电接口的其他通信模块。

集成高压测量技术和*的电磁兼容设计EMC

为了重现试验结果和正确解释控制试验，测量技术必须明显超过标准要求的精度。因此，CDS以大精度测量所有相关控制和接近导向参数。可选配件的可用示波器也可用于对时间序列进行高频记录和执行FFT频率分析。集成在高压模块中的电流和电压测量转换器以及高精度14位AD转换器提供高压参数的同步记录。在CDS的发展过程中，人们非常重视整体接地概念和大限度的安全性。具有小耦合电容的势垒提高了信号质量和测量精度。

灵活使用

无论是在开发期间在实验室测试组件，还是在现场测试系统，CDS都为每个应用程序提供了解决方案。对于移动应用，充电发现系统可以提供便携式版本。除了CP信号外，所有高压电压都可通过CDS前面板上的断开端口进行外部测量。

可以使用世界各地的插头类型

CDS可配置所有常见的交流和直流充电插座和充电插头类型，类似于通信模块。车辆的充电适配器通过特定的高压插座连接

方便的测试程序

CDS设计用于独立测试系统或HIL测试台中的组件。在这两种情况下，通过千兆以太网接口与CDS进行通信。在*种情况下，Charging Discover PC软件支持用户进行测试定义和控制。在第二种情况下，HIL系统可以通过开放接口直接访问适当的参数和功能。

充电发现软件The Charging Discover software

基于Windows的Charging Discover PC软件不仅可以快速选择和执行预定义的测试用例，还提供了一个编辑器，用于创建客户特定的测试。然后将整个测试项目转移到CDS，并在那里自动执行。该软件包括可视化和评估单个消息和测量值的所有必要功能。

显示测量值

CDS的记录测量值可视为实时数据流。对于高级通信，V2G或CAN消息被同步记录并以纯文本显示。测试和中间结果在运行时进行评估，并可以使用适当的视觉提示一目了然地显示出来。当使用富瑞博Scienlab测量和控制模块（MCM）时，多可以同步记录6条CAN总线。这样，用户就可以直接从ECU读取和记录车辆数据。可以通过导入一个DBC数据库文件来解释这些数据，并在带有时间戳的图形中与其他测量数据一起显示。

报告

一旦测试被执行，日志数据就可以随时离线存储和加载。测试结果也可以保存为一个简短的PDF报告。

交流试验后的图谱

直流试验后的图谱

这包括所有测试案例和结果的信息。用户决定将详细输出哪些测量结果，以及在定义测试用例期间如何评估单个测试。

测试编辑器

除了基本配置之外，还可以在测试编辑器的帮助下创建、存储和维护特定于客户的测试用例。每个单独的测试序列都可以使用一种应用程序友好的语言根据内容和时间来定义。直观的图形用户界面在输入时向用户*合适的语言元素和命令。例如，可自由配置的I/O可以主动包含在一个例行程序中，以便在的时间注入错误或激活外部测量设备。

集成到HIL测试环境中

通过增加高压电源和硬件在环系统（HIL），CDS可扩展为综合充电技术试验室。在基础设施方面，高压模拟器允许模拟低压电网或任何交流和直流充电站。在车辆侧，充电系统中涉及的所有内部部件，如充电器、充电控制器、电池管理系统和电池，包括相关的外围设备，都可以在所有配置中进行仿真或集成为实际部件。这提供了广泛的测试能力，从车辆中单个部件和子系统的分析到电动汽车和电动车辆供电设备整个充电功能的自动释放测试。

HIL解决方案在电气和电子（E/E）部件验证中的应用在汽车行业非常普遍。虽然典型的HIL系统通常*于用于E/E组件仿真和模拟的低压（LV）接口，但由于高压仿真器的集成，Power HIL系统包括所有DUT接口。这是将被测设备作为一个封闭系统进行测试的方法。例如，如果要检查车辆中控制单元和电力电子设备的充电功能，可以将CDS与高压电源组合配置为可自由编程充电站仿真。在这种情况下，CDS还处理AC / DC仿真器的控制。

Scienlab Power HIL系统

配置了Scienlab Power HIL系统，并相应地在性能、I/O和测量通道以及软件接口方面符合各自的客户要求。因此，即使通过对现有测试实验室的后续扩展和升级，也可以考虑客户规范，如操作或自动化工具。

在每个HIL测试环境的核心是一台实时计算机，该计算机在运行时计算被测设备在车辆中所需的所有信号（尤其是传感器和剩余总线模拟），并通过相应的I/O硬件对其进行仿真。所有相关故障情况都可以选择性地注入，例如对地短路或12 V蓄电池。HIL系统还控制Scienlab高压仿真器和其他低压源/接收器。由于充电标准和所包含的状态机直接在CDS中实现，因此可以在HIL系统中定义和执行充电尝试，而无需太多努力。更简单的方法是执行存储在CDS中的测试用例，因为可以通过HIL接口选择和启动它们。

高压模块确保与电动车辆供电设备DUT安全接触。高精度的CDS和高压仿真器测量技术由HIL系统同步记录。此外，所有的低压和高压信号都配备了防斜插连接器，以便高频信号测试的外部测量设备可以在没有任何迂回的情况下使用。

HIL测试台通过使用制造商特定测试软件的PC操作。对于开放式实验软件环境，如ControlDesk（制造商DSpace GmbH），提供定制项目。这还包括用于环境模拟、冷却调节和测量仪器的车辆、电池和接口模型。这使得自动化软件的直接设置能够很快地实现可重复的耐久性测试和隔夜测试。

试验台防护装置通过协调用例所需的电源开关以及在发生故障或紧急情况时强制快速安全关闭所有系统，大限度地提高实验室的安全性。

测试台防护装置通常作为启用SIL3-enabled soft PLC实现，并且*独立于其余的测试环境运行。

CDS集成到现有的HIL系统中

充电发现系统The Charging Discovery System可以很容易地添加到现有的HIL解决方案中。我们提供所需的测试系统。CDS总是提供一个开放的、有据可查的以太网接口，允许集成到任何外部HIL或自动化环境中。充电发现操作软件CDS可以并行使用，这样主要的配置任务（通常发生在测试程序之前）仍然可以通过提供的用户界面轻松执行。这样做的好处是大大简化了客户端CDS接口的实现，因为只有在运行时需要的设置点和实际参数必须被发送或接收。客户根据应用和测试决定哪些CDS参数应该改变，哪些测量变量需要评估。

高压仿真

交直流接口仿真电源

特别是充电技术方面的要求，我们提供了高动态电源。该系统具有测量和控制精度高特点。由于采用了模块化设计，通过并行连接多个仿真器，随后的功率增强也是可能的。来自富瑞博的所有Scienlab仿真器都使用主动前端，默认情况下都是能量再生的。根据性能等级和客户要求提供冷却。

Scienlab动态交流模拟器Scienlab Dynamic AC Emulator

Scienlab动态交流模拟器可以作为可编程交流电源来模拟低压电网。由于其固有的双向再生功率级，电动汽车和电动车辆供电设备的车网方案测试是可能的。还可以进行DIN EN 50160要求的电网兼容性的重要EMC测试。通过这种方式可以测试被测设备的系统发射（IEC 61000-3）和抗扰度（IEC 61000-4）。动态交流模拟器还提供一个直流选项，所有充电模式都可以映射到一个设备中。因此，可以配置以下操作模式：

模拟低压电网，如欧盟、美国和日本

调节谐波

有源双向负载仿真（如充电器）

模拟具有动态电压和电流限制的高压电源（如直流充电站）和接收器（如锂离子电池组）

Scienlab动态直流模拟器Scienlab Dynamic DC Emulator

Scienlab动态直流模拟器包括一个可自由参数化的电池模型，因此可以理想地用于电池仿真。在与CDS的交互作用中，具有电流和电压控制无缝交替的动态控制器也有助于作为通用直流充电站运行。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：

模拟直流充电站

模拟高压电池

模拟任何高压电源和接收器