据预测,2030年全球新能源汽车销量将达5212万辆,年度新车渗透率有望超50%。2023年全球电动汽车销量将达1400万辆,其中国内销量有望超900万辆,同比增幅35%。
随着EV(Electric Vehicle,电动汽车)普及率不断提高,充电系统可靠和高效性需求也日益增长。主要充电方式有慢充、快充、换电三种模式,各具优缺点。
慢充(又称常规充电)采用较低电流为EV动力电池充电,充电时间一般>3小时。该方式对电池寿命影响和电网冲击较小,可利用电力低谷时段降低成本。但充电时间较长且需占用停车位,难以满足紧急充电需求。
快充(又称应急充电)以较大电流提供短时快速充电,充电时间约20分钟~2小时。属于高压直流充电,需进行交-直整流,充电电流是常规的十倍至几十倍,对动力电池耐压和保护功能要求更高要求,一般不达到满充状态。
换电直接用满电电池组更换能量已耗尽电池组,所需时间约10分钟,电能补充耗时较短。电池租用可降低EV初次购置成本,空电电池组可在低谷时段充电降低成本,提高车辆运行经济性及电池循环寿命。同时标准化电池,及简易/专业化更换程序是该模式基础。
目前电动汽车的充电方式以“快充为主,慢充为辅,鼓励换电”为主要方式。电动汽车充电关键技术趋势首先在为实现更长续航里程性能,电池容量更大电池及充电更快。其次即插即充电EV将比依赖加油站的传统汽车更便利。还有通过智能化分配及双向充电实现智能充电,即从手动有线充电向无线充电、太阳能充电、机器人充电等多元化发展。
基于以上,EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment,电动汽车充电设备)充电测试核心挑战体现在以下三大方面:
一、各国发展和采用本地标准,EVSE全球标准未完全确定。如直流快速充电标准美国为CCS Type 1,欧洲为CCS Type 2,日本为CHAdeMO,中国为GB/T。各标准使用不同通信方法,CCS标准使用PLC(PowerLine Communication,电力线通信 ),CHAdeMO和GB/T使用CAN(Controller Area Network,控制器局域网)通信,同时这些标准正不断迭代演变并增加新功能。相应元器件(如充电连接器)物理形状也有差异。
二、为满足长距离行驶要求,电池容量提高,相应充电功率向更高等级提升。目前直流快充CS(Charging station,充电桩)典型功率有30kw、60kw、120kw、240kw等。主流电池容量>40kwh,30分钟从30%充到80%,可计算充电功率P=(80%-30%)×40/0.5=40kw。
三、未来市场仍然变化迅速,技术突破可能层出不穷,应对此发展趋势,测试方案模块化可扩展性和性能可升级化配置非常关键。
实现EVSE互操作性重点之一是EV可使用任意CS充电,且可使用任意制造商CS充电。当前主流检验方案是配对使用真实EV和CS执行外场测试,但这种方法很难真正验证互操作性。尽管外场测试能判断充电功能有效性,却无法定量评测组合高于合格标准程度。 如果临界达标,与其他CS或EV配对使用时可能无法充电。如果无法充电,EV或CS显示错误消息很难被提取并详细分析原因。同时外场测试很难开展故障测试,且阈值测试危险等级非常高。随着EV和CS类型不断增加导致组合数量庞大难以处理。此外,对使用海外标准车辆的外场测试难度很大。
为克服外场测试以上缺陷,近年来业内仿真评测方案逐渐增多,使用充电分析仪作为参考测量仪器。优势在可量化测定充电状态,而非只判断测量结果是否合格。错误发生时可开展原因分析,因此可快速调试,缩短开发周期。允许准确模拟阈值极限、边界值和故障测试,建立测试例,有助于提高研发可靠性。
面向该领域应用主推热租测试工具:
一、KEYSIGHT SL1040A 系列Scienlab Charging Discovery充电再生测试系统作为参考测量仪配合使用电源和电子负载,可验证新车型是否兼容各种类型充电器,及是否符合全球各地标准。进一步,研发者可定量确定充电状态,不仅仅只是确定是否合格,可对EV和EVSE所有交流和直流充电接口进行整体测试,一个测试解决方案可代替多个真实的 EV/EVSE,性价比更加出众。强大FPGA、实时操纵系统及高性能同步接口满足实时测试要求。支持三个大使用场景:中间人测试、EV测试和 EVSE测试。采用模块化创新设计,可以根据特定需求灵活选择配置。
核心参数:
- 支持主流标准:IEC 61851/SAE J1772、DIN SPEC 70121 和 ISO 15118 、CHAdeMO V0.9、V1.x 和 V2.0;GB/T 18487 和 27930-2011/2015 标准
- 支持所有标准的自动合规性测试
- 充电功率:最高40kw(400A ×1000 V) 直流
KEYSIGHT SL1040A系列 Scienlab充电再生测试仪
二、KEYSIGHT SL1200A 系列 Scienlab 再生三相交流仿真器可满足高达1200 VAC,30 kVA到630 kVA各种三相交流测试需求,无需使用变压器。 该系列有600 和1200 VAC两个电压范围。 600 VAC 型号适用低压逆变器测试及EV和EVSE充电测试应用。1200 VAC型号允许IEC LV-AC限值(HVRT)测试,无需复杂大型测试设置。凭借 100% 再生(双向)电源解决方案实现超过85% 能效,同时直观软件前面板(SFP)可立即启动运行。
核心参数:
- 交流输出电压:三相,46 VL-N / 600 VL-L 或 692 VL-N / 1200 VL-L,无需变压器
- 交流输出功率:30 kVA、45 kVA、90 kVA,通过并联可达到 630 kVA
- 直流输出电压: ±500 V 或 ±1000 V
- 直流输出功率:40 kW、60 kW 或 120 kW