一种电动汽车直流充电接口测试系统及测试方法与流程

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测试系统及测试方法。

背景技术：

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.GB 18487.1‐2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》；2.GB 20234.1‐2015《电动汽车传导充电用连接装置—第1部分：通用要求》；3.GB 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》；4.GB 20234.3‐2015《电动汽车传导充电用连接装置—第3部分：直流充电接口》；5.GB 27930‐2015《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。

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的问题还是电动汽车侧的问题。若能在保证待测非车载充电机车辆插头(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，对电动汽车直流充电接口故障进行分析、预警，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。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电动汽车直流充电接口测试系统及测试方法，其特征在于，该电动汽车直流充电接口测试系统包括系统插座、系统插头、模式切换电路、第一CAN测试单元1、第二CAN测试单元2、左常开继电器组(k₁‐k₉)、右常开继电器组(k₁₀‐k₁₈)、采集控制板和上位机构成；开关逻辑控制模块和模式切换电路连接；

所述采集控制板包括开关逻辑控制模块、采样电阻R₁‐R₁₇、采样点AD₁‐AD₁₄、常开开关S₁‐S₄和直流电压源U₁‐U₅；其中R₃和R₁₇为高精度数字电位器；该采集控制板设置有引脚①‐并和左右常开继电器组的k₁‐k₁₈对应连接；其中R₃和R₁₇为高精度数字电位器，R₁＝R₂＝R₃＝20kΩ，R₁₅＝R₁₆＝R₁₇＝20kΩ，R_4‐‐R₁₄各为1kΩ，U₁‐U₅均为12V；

所述上位机由虚拟BMS(电池管理系统)模块、虚拟非车载充电机通信模块、数据采集模块和数据分析处理模块构成，其中，虚拟BMS模块和左常开继电器组的k₄、k₅连接；虚拟非车载充电机通信模块和右常开继电器组的k₁₄、k₁₅连接；数据采集模块和数据分析处理模块连接；数据分析处理模块分别连接第一CAN测试单元1和第二CAN测试单元2。

所述测试系统插座及对应的非车载充电机车辆插头和测试系统插头及对应的电动汽车车辆插座具有相同的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个引脚同左常开继电器组的k₁‐k₉一起对应连接到测试系统插座的9个触头；右边9个引脚同右常开继电器组的k₁₈‐k₁₀一起对应连接到测试系统插头的9个触头。

所述采集控制板设置有引脚①‐采样电阻R₁、R₂、R₃串联连接在引脚①和引脚②之间，开关S₁一端接地，另一端接采样电阻R₁和R₂的公共连接点，开关S₂一端接地，另一端接采样电阻R₂和R₃的公共连接点；采样电阻R₄、R₅和直流电压源U₁串联后连接在引脚③和地之间；采样电阻R₆一端接地，另一端接引脚⑥；采样电阻R₇和直流电压源U₂串联后连接在引脚⑦和地之间；采样电阻R₈、R₉串联连接后连接在引脚⑧和地之间；引脚⑨与地相连接；引脚⑩与地相连接；引脚经开关S₃和采样电阻R₁₀的并联结构与直流电压源U₃串联后接地；引脚经采样电阻R₁₂与直流电压源U₄接地；采样电阻R₁₃、R₁₄和直流电压源U₅串联后连接在引脚和地之间；采样电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇串联连接在引脚和引脚之间，开关S₄一端接地，另一端接采样电阻R₁₅和R₁₇的公共连接点，开关S₅一端接地，另一端接采样电阻R₁₆和R₁₇的公共连接点。

所述电动汽车直流充电接口测试方法的具体步骤如下：

1)根据待测非车载充电机参数：额定输出电压、额定输出电流：及待测电动汽车动力电池组参数：额定电压、电池容量、峰值功率；由上位机对电动汽车直流充电接口测试系统进行测试参数配置：待测非车载充电机额定输出电压和待测电动汽车动力电池组电压等级；并断开模式切换电路，进入准备测试阶段；

2)闭合左常开继电器组的k₃，采集AD₂点电位，如果AD₂点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的保护接地(PE)连接正常；如果AD₂点电位为12V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座保护接地(PE)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的k₃；

3)闭合左常开继电器组的k₆，采集AD₅点电位，如果AD₅点电位为4V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第一充电连接确认(CC1)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的第一充电连接确认(CC1)连接不正常，测试完成后保持左常开继电器组的k₆闭合；

4)闭合左常开继电器组的k₈和k₉，采集AD₇点电位，如果AD₇点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的k₈和k₉；

5)闭合左常开继电器组的k₇，采集AD₆点电位，如果AD₆点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第二充电连接确认(CC2)连接正常；如果AD₂点电位为12V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第二充电连接确认(CC2)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的k₇；

6)闭合左常开继电器组的k₄和k₅，由虚拟BMS模块周期发送通信握手报文，与待测非车载充电机控制器完成通信握手后，虚拟BMS模块将模拟电动汽车BMS的充电需求通信报文发送给待测非车载充电机控制器，通过第一CAN测试单元1监听CAN总线上的通信报文，进而由数据分析处理模块评价通信报文一致性和实时性，同时通过采样点AD₃和AD₄点电位判定其是否符合对地电位小于25V，AD₃和AD₄间电位小于0.5V的要求，测试完成后保持左常开继电器组的k₄和k₅闭合；其中，非车载充电机控制器为GB 18487.1-2015《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；

7)闭合左常开继电器组的k₁和k₂，采集AD₄点电位，如果AD₄点电位为非零值，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接不正常，测试完成后左常开继电器组的k₁和k₂闭合；

8)闭合开关S₁和S₂，通过虚拟BMS模块读取待测非车载充电机控制器通信报文中的绝缘故障报警报文，如果绝缘异常报警，则待测非车载充电机车绝缘检测正常；如果没有绝缘异常报警，则待测非车载充电机车绝缘检测不正常，测试完成后断开开关S₁和S₂，断开左常开继电器组的k₁、k₂、k₄和k₆；

9)闭合右常开继电器组的k₁₀和k₁₁，断开开关S₁，采集AD₈点电位，如果AD₈点电位为非零值，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常，测试完成后闭合开关S₁，保持右常开继电器组的k₁₀和k₁₁闭合；

10)闭合右常开继电器组的k₁₆，采集AD₁₃点电位，如果AD₂点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的保护接地(PE)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的保护接地(PE)连接不正常，测试完成后断开右常开继电器组的k₁₆；

11)闭合右常开继电器组的k₁₃，采集AD₁₀点电位，如果AD₁₀点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第一充电连接确认(CC1)连接正常；如果AD₁₀点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第一充电连接确认(CC1)连接不正常，测试完成后断开右常开继电器组的k₁₃；

12)闭合右常开继电器组的k₁₂，采集AD₉点电位，如果AD₉点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第二充电连接确认(CC2)连接正常；如果AD₉点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第二充电连接确认(CC2)连接不正常，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₂闭合；

13)闭合右常开继电器组的k₁₄和k₁₅，由虚拟非车载充电机通信模块周期发送通信握手报文，与待测电动汽车车辆控制器BMS完成通信握手后，模拟非车载充电机控制器接收待测电动汽车BMS的充电需求通信报文发，通过CAN测试单元2监听CAN总线上的通信报文，进而由数据分析处理模块评价通信报文一致性和实时性，同时通过采样点AD₁₁和AD₁₂点电位判定其是否符合要求(对地电位小于25V，AD₃和AD₄间电位小于0.5V)，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₄和k₁₅闭合；其中，电动汽车车辆控制器为GB 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统—第1部分：通用要求》规定中图B.1所示电动汽车固有部件；

14)闭合右常开继电器组的k₁₇和k₁₈，采集AD₁₄点电位，如果AD₁₄点电位为非零值，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接不正常，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₇和k₁₈闭合；

15)闭合开关S₄和S₅，通过虚拟非车载充电机通信模块读取待测电动汽车车辆控制器的BMS通信报文中的绝缘故障报警报文，如果绝缘异常报警，则待测电动汽车绝缘检测正常；如果没有绝缘异常报警，则待测电动汽车绝缘检测不正常，测试完成后断开开关S₄和S₅、断开右常开继电器组的k₁₀、k₁₂、k₁₄、k₁₅、k₁₇和k₁₈；

16)如果待测非车载充电机车辆插头各触头和待测电动汽车车辆插座各触头连接测试均正常，则闭合模式切换电路，使待测电动汽车完成正常的充电引导过程，通过第一CAN测试单元1和第二CAN测试单元2监听CAN总线上的通信报文，同时采集充电通信CAN_H(S+)的对地电平、充电通信CAN_L(S-)的对地电平，充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)间电平经数据分析处理后评价CAN总线的综合通信性能：总线负载率、报文误码率、报文一致性和报文实时性。

本发明的有益效果是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，对非车载充电机控制器或电动汽车车辆控制器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，对电动汽车直流充电接口运行中存在的故障隐患进行预警；解决了电动汽车直流充电接口在实际应用中故障预警问题，具有实际应用意义。

附图说明

图1为电动汽车直流充电接口测试系统原理图。

具体实施方式

本发明提出一种电动汽车直流充电接口测试系统及测试方法，下面结合图1对本发明予以说明。

图1所示为电动汽车直流充电接口测试方法所用的电动汽车直流充电接口测试系统原理图。图中，该电动汽车直流充电接口测试系统包括测试系统插座、测试系统插头、模式切换电路、第一CAN测试单元1、第二CAN测试单元2、具有常开触头k₁‐k₉的左常开继电器组、具有常开触头k₁₀‐k₁₈的右常开继电器组、采集控制板和上位机构成；开关逻辑控制模块和模式切换电路连接；

所述采集控制板包括开关逻辑控制模块、采样电阻R₁‐R₁₇、采样点AD₁‐AD₁₄、常开开关S₁‐S₄和直流电压源U₁‐U₅；其中R₃和R₁₇为高精度数字电位器；该采集控制板设置有引脚①‐)，并和左右常开继电器组(k₁‐k₁₈)对应连接；其中R₃和R₁₇为高精度数字电位器，R₁＝R₂＝R₃＝20kΩ，R₁₅＝R₁₆＝R₁₇＝20kΩ，R_4‐‐R₁₄各为1kΩ，U₁‐U₅均为12V；

所述上位机由虚拟BMS(电池管理系统)模块、虚拟非车载充电机通信模块、数据采集模块和数据分析处理模块构成，其中，虚拟BMS模块和左常开继电器组的k₄、k₅连接；虚拟非车载充电机通信模块和右常开继电器组的k₁₄、k₁₅连接；数据采集模块和数据分析处理模块连接；数据分析处理模块分别连接第一CAN测试单元1和第二CAN测试单元2。

所述测试系统插座及对应的非车载充电机车辆插头和测试系统插头及对应的电动汽车车辆插座具有相同的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个引脚同左常开继电器组的k₁‐k₉一起对应连接到测试系统插座的9个触头；右边9个引脚同右常开继电器组的k₁₈‐k₁₀一起对应连接到测试系统插头的9个触头。

所述采集控制板设置有引脚①‐采样电阻R₁、R₂、R₃串联连接在引脚①和引脚②之间，开关S₁一端接地，另一端接采样电阻R₁和R₂的公共连接点，开关S₂一端接地，另一端接采样电阻R₂和R₃的公共连接点；采样电阻R₄、R₅和直流电压源U₁串联后连接在引脚③和地之间；采样电阻R₆一端接地，另一端接引脚⑥；采样电阻R₇和直流电压源U₂串联后连接在引脚⑦和地之间；采样电阻R₈、R₉串联连接后连接在引脚⑧和地之间；引脚⑨与地相连接；引脚⑩与地相连接；引脚经开关S₃和采样电阻R₁₀的并联结构与直流电压源U₃串联后接地；引脚经采样电阻R₁₂与直流电压源U₄接地；采样电阻R₁₃、R₁₄和直流电压源U₅串联后连接在引脚和地之间；采样电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇串联连接在引脚和引脚之间，开关S₄一端接地，另一端接采样电阻R₁₅和R₁₇的公共连接点，开关S₅一端接地，另一端接采样电阻R₁₆和R₁₇的公共连接点。

实施例：电动汽车直流充电接口测试方法的具体步骤如下：

1)根据待测非车载充电机参数(额定电压、额定电流)和待测电动汽车动力电池组参数(额定电压、电池容量、峰值功率)，由上位机对电动汽车直流充电接口测试系统进行测试参数配置：待测非车载充电机额定输出电压和待测电动汽车动力电池组电压等级；并断开模式切换电路，进入准备测试阶段；

2)闭合左常开继电器组的k₃，采集AD₂点电位，如果AD₂点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的保护接地(PE)连接正常；如果AD₂点电位为12V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座保护接地(PE)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的触头k₃；

3)闭合左常开继电器组的k₆，采集AD₅点电位，如果AD₅点电位为4V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第一充电连接确认(CC1)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的第一充电连接确认(CC1)连接不正常，测试完成后保持左常开继电器组的k₆闭合；

4)闭合左常开继电器组的k₈和k₉，采集AD₇点电位，如果AD₇点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的k₈和k₉；

5)闭合左常开继电器组的k₇，采集AD₆点电位，如果AD₆点电位为6V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第二充电连接确认(CC2)连接正常；如果AD₂点电位为12V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座第二充电连接确认(CC2)连接不正常，测试完成后断开左常开继电器组的k₇；

6)闭合左常开继电器组的k₄和k₅，由虚拟BMS模块周期发送通信握手报文，与待测非车载充电机控制器完成通信握手后，虚拟BMS模块将模拟电动汽车BMS的充电需求通信报文发送给待测非车载充电机控制器，通过第一CAN测试单元1监听CAN总线上的通信报文，进而由数据分析处理模块评价通信报文一致性和实时性，同时通过采样点AD₃和AD₄点电位判定其是否符合对地电位小于25V，AD₃和AD₄间电位小于0.5V的要求，测试完成后保持左常开继电器组的k₄和k₅闭合；

7)闭合左常开继电器组的k₁和k₂，采集AD₄点电位，如果AD₄点电位为非零值，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测非车载充电机车辆插头与测试系统插座的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接不正常，测试完成后左常开继电器组的k₁和k₂闭合；

8)闭合开关S₁和S₂，通过虚拟BMS模块读取待测非车载充电机控制器通信报文中的绝缘故障报警报文，如果绝缘异常报警，则待测非车载充电机车绝缘检测正常；如果没有绝缘异常报警，则待测非车载充电机车绝缘检测不正常，测试完成后断开开关S₁和S_2，断开左常开继电器组的k₁、k₂、k₄和k₆；

9)闭合右常开继电器组的k₁₀和k₁₁，断开开关S₁，采集AD₈点电位，如果AD₈点电位为非零值，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接正常；如果AD₅点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的低压辅助电源正(A+)和低压辅助电源负(A-)连接不正常，测试完成后闭合开关S₁，保持右常开继电器组的k₁₀和k₁₁闭合；

10)闭合右常开继电器组的k₁₆，采集AD₁₃点电位，如果AD₂点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的保护接地(PE)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的保护接地(PE)连接不正常，测试完成后断开右常开继电器组的k₁₆；

11)闭合右常开继电器组的k₁₃，采集AD₁₀点电位，如果AD₁₀点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第一充电连接确认(CC1)连接正常；如果AD₁₀点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第一充电连接确认(CC1)连接不正常，测试完成后断开右常开继电器组的k₁₃；

12)闭合右常开继电器组的k₁₂，采集AD₉点电位，如果AD₉点电位为6V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第二充电连接确认(CC2)连接正常；如果AD₉点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的第二充电连接确认(CC2)连接不正常，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₂闭合；

13)闭合右常开继电器组的k₁₄和k₁₅，由虚拟非车载充电机通信模块周期发送通信握手报文，与待测电动汽车BMS完成通信握手后，模拟非车载充电机控制器接收待测电动汽车BMS的充电需求通信报文发，通过CAN测试单元2监听CAN总线上的通信报文，进而由数据分析处理模块评价通信报文一致性和实时性，同时通过采样点AD₁₁和AD₁₂点电位判定其是否符合要求(对地电位小于25V，AD₃和AD₄间电位小于0.5V)，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₄和k₁₅闭合。

14)闭合右常开继电器组的k₁₇和k₁₈，采集AD₁₄点电位，如果AD₁₄点电位为非零值，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接正常；如果AD₂点电位为0V，则待测电动汽车车辆插座与测试系统插头的直流电源正(DC+)和直流电源负(DC-)连接不正常，测试完成后保持右常开继电器组的k₁₇和k₁₈闭合；

15)闭合开关S₄和S₅，通过虚拟非车载充电机通信模块读取待测电动汽车BMS通信报文中的绝缘故障报警报文，如果绝缘异常报警，则待测电动汽车绝缘检测正常；如果没有绝缘异常报警，则待测电动汽车绝缘检测不正常，测试完成后断开开关S₄和S₅、断开右常开继电器组的k₁₀、k₁₂、k₁₄、k₁₅、k₁₇和k₁₈；

16)如果待测非车载充电机车辆插头各触头和待测电动汽车车辆插座各触头连接测试均正常，则闭合模式切换电路，使待测电动汽车完成正常的充电引导过程，通过第一CAN测试单元1和第二CAN测试单元2监听CAN总线上的通信报文，同时采集充电通信CAN_H(S+)的对地电平、充电通信CAN_L(S-)的对地电平，充电通信CAN_H(S+)和充电通信CAN_L(S-)间电平经数据分析处理后评价CAN总线的综合通信性能：总线负载率、报文误码率、报文一致性和报文实时性。

综合上述，本发明解决了电动汽车直流充电接口在实际应用中故障分析预警问题(包括触头连接状态判断和通信性能评价)，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，对非车载充电机控制器或电动汽车车辆控制器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(总线负载率、报文误码率、报文一致性、报文实时性)，对电动汽车直流充电接口运行中存在的故障隐患进行预警。