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富瑞博德國Scienlab新能源電動(dòng)汽車充電樁自動(dòng)測試方案

Scienlab Charging Discovery System

SL1040A SL1093A

測試充電功能和互操作性

電動(dòng)和插電式混合動(dòng)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(dòng)車輛供電設(shè)備，EVSE）的擴(kuò)展和無干擾利用。由于相對較新的標(biāo)準(zhǔn)以及由此產(chǎn)生的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)不足，電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備之間的相互作用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障。

Scienlab設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：

l符合所有可用通信方法的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)時(shí)能力測試程序

由于其強(qiáng)大的fpgas和帶有實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)功能而設(shè)計(jì)的。

l開放系統(tǒng)

通過公開可訪問的狀態(tài)機(jī)（參數(shù)和測量值）模擬任何電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備。

l**測量和控制精度

高分辨率，差分測量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。

充電發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)Charging Discovery System作為一個(gè)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(dòng)使用到實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用

富瑞博Scienlab解決方案

富瑞博Scienlab為電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備充電系統(tǒng)提供了一個(gè)模塊化測試環(huán)境，從移動(dòng)使用到實(shí)驗(yàn)室的綜合應(yīng)用。CDS將電動(dòng)汽車或電動(dòng)車輛供電設(shè)備的充電通信模擬為一個(gè)中心元件。同時(shí)，對電氣參數(shù)進(jìn)行測量，并檢查其是否符合標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)要求的客戶特定要求或修改可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

可能的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

l電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備充電接口的功能測試，驗(yàn)證是否符合規(guī)范一致性

l互操作性測試

l通過模擬國際充電通信標(biāo)準(zhǔn)和低壓電網(wǎng)，驗(yàn)證國際市場的充電組件

l電動(dòng)汽車和電動(dòng)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(dòng)耐久性測試，包括多通道測試

CDS支持以下用例：

?電動(dòng)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(fù)載和電網(wǎng)仿真進(jìn)行擴(kuò)展。這允許獨(dú)立于電動(dòng)汽車進(jìn)行測試。

?電動(dòng)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(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備之間的通信和電力流。負(fù)載線和信號線通過CDS連接，并使用測量設(shè)備進(jìn)行記錄。

充電發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)CDS設(shè)計(jì)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(dòng)執(zhí)行測試序列的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)。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(jìn)行控制。CDS提供兩個(gè)可操作的PWM通信接口和記錄、存儲(chǔ)、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(biāo)準(zhǔn)DC charging standards的附加通信模塊擴(kuò)展此基本配置?？梢约梢韵履K：

l用于電動(dòng)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(hù)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(gè)測試要求的**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(dòng)和主動(dòng)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(shí)際仿真需要對每個(gè)仿真端的行為進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)兼容的仿真。CDS提供了一個(gè)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(cuò)誤，以檢查DUT在所有用例和故障中的響應(yīng)。

實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)

CDS是為實(shí)時(shí)性能而設(shè)計(jì)的。這是通過在電子的級別使用功能強(qiáng)大的FPGA和微控制器、在高級IPC中使用可擴(kuò)展的x86多核處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來確保的。時(shí)間敏感測試可以在事件控制的基礎(chǔ)上處理。內(nèi)部計(jì)時(shí)器和同步機(jī)制確保運(yùn)行時(shí)控制，從而導(dǎo)致高系統(tǒng)性能和低死區(qū)時(shí)間。

國際標(biāo)準(zhǔn)

由于采用了IEC 61851和ISO 15118標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)汽車的充電已在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)IEC 62196-3規(guī)定的組合式車輛插孔中。電動(dòng)汽車和電動(dòng)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(jìn)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(shí)間。集成的脈寬調(diào)制發(fā)電機(jī)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(jìn)行分析和驗(yàn)證。這里也使用了一個(gè)可參數(shù)化的狀態(tài)機(jī)。CDS通過接收和處理V2G消息并以明文顯示內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了車輛和充電基礎(chǔ)設(shè)施的一致性測試。模擬遠(yuǎn)程站的響應(yīng)時(shí)間和超時(shí)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)和先進(jìn)的電磁兼容設(shè)計(jì)EMC

為了重現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和正確解釋控制試驗(yàn)，測量技術(shù)必須明顯超過標(biāo)準(zhǔn)要求的精度。因此，CDS以**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(shí)間序列進(jìn)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**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(shí)驗(yàn)室測試組件，還是在現(xiàn)場測試系統(tǒng)，CDS都為每個(gè)應(yīng)用程序提供了解決方案。對于移動(dòng)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(jìn)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(jì)用于獨(dú)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(jìn)行通信。在**種情況下，Charging Discover PC軟件支持用戶進(jìn)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(dāng)?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(gè)編輯器，用于創(chuàng)建客戶特定的測試。然后將整個(gè)測試項(xiàng)目轉(zhuǎn)移到CDS，并在那里自動(dòng)執(zhí)行。該軟件包括可視化和評估單個(gè)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(shí)時(shí)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(yùn)行時(shí)進(jìn)行評估，并可以使用適當(dāng)?shù)囊曈X提示一目了然地顯示出來。當(dāng)使用富瑞博Scienlab測量和控制模塊（MCM）時(shí)，*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)?？梢酝ㄟ^導(dǎo)入一個(gè)DBC數(shù)據(jù)庫文件來解釋這些數(shù)據(jù)，并在帶有時(shí)間戳的圖形中與其他測量數(shù)據(jù)一起顯示。

報(bào)告

一旦測試被執(zhí)行，日志數(shù)據(jù)就可以隨時(shí)離線存儲(chǔ)和加載。測試結(jié)果也可以保存為一個(gè)簡短的PDF報(bào)告。

交流試驗(yàn)后的圖譜

直流試驗(yàn)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(xì)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(gè)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(chǔ)和維護(hù)特定于客戶的測試用例。每個(gè)單獨(dú)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(shí)間來定義。直觀的圖形用戶界面在輸入時(shí)向用戶推薦合適的語言元素和命令。例如，可自由配置的I/O可以主動(dòng)包含在一個(gè)例行程序中，以便在指定的時(shí)間注入錯(cuò)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(kuò)展為綜合充電技術(shù)試驗(yàn)室。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，高壓模擬器允許模擬國際低壓電網(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(jìn)行仿真或集成為實(shí)際部件。這提供了廣泛的測試能力，從車輛中單個(gè)部件和子系統(tǒng)的分析到電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備整個(gè)充電功能的自動(dòng)釋放測試。

HIL解決方案在電氣和電子（E/E）部件驗(yàn)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)通常僅限于用于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(gè)封閉系統(tǒng)進(jìn)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(shí)驗(yàn)室的后續(xù)擴(kuò)展和升級，也可以考慮客戶規(guī)范，如**操作或自動(dòng)化工具。

在每個(gè)HIL測試環(huán)境的核心是一臺實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)計(jì)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)和所包含的狀態(tài)機(jī)直接在CDS中實(shí)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(chǔ)在CDS中的測試用例，因?yàn)榭梢酝ㄟ^HIL接口選擇和啟動(dòng)它們。

高壓模塊確保與電動(dòng)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(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境，如ControlDesk（制造商DSpace GmbH），提供定制項(xiàng)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(dòng)化軟件的直接設(shè)置能夠很快地實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的耐久性測試和隔夜測試。

試驗(yàn)臺防護(hù)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(shí)強(qiáng)制快速安全關(guān)閉所有系統(tǒng)，**限度地提高實(shí)驗(yàn)室的安全性。

測試臺防護(hù)裝置通常作為啟用SIL3-enabled soft PLC實(shí)現(xiàn)，并且完全獨(dú)立于其余的測試環(huán)境運(yùn)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(gè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹挥性谶\(yùn)行時(shí)需要的設(shè)置點(diǎn)和實(shí)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(dòng)態(tài)電源。該系統(tǒng)具有測量和控制精度**、效率高的特點(diǎn)。由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，通過并行連接多個(gè)仿真器，隨后的功率增強(qiáng)也是可能的。來自富瑞博的所有Scienlab仿真器都使用主動(dòng)前端，默認(rèn)情況下都是能量再生的，雙向且高效。根據(jù)性能等級和客戶要求提供冷卻。

Sciellab動(dòng)態(tài)交流模擬器Scienlab Dynamic AC Emulator

Scienlab動(dòng)態(tài)交流模擬器可以作為可編程交流電源來模擬全球低壓電網(wǎng)。由于其固有的雙向再生功率級，電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛供電設(shè)備的車網(wǎng)方案測試是可能的。還可以進(jìn)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(dòng)態(tài)交流模擬器還提供一個(gè)直流選項(xiàng)，所有充電模式都可以映射到一個(gè)設(shè)備中。因此，可以配置以下操作模式：

模擬全球低壓電網(wǎng)，如歐盟、美國和日本

調(diào)節(jié)諧波

有源雙向負(fù)載仿真（如充電器）

模擬具有動(dòng)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(dòng)態(tài)直流模擬器Scienlab Dynamic DC Emulator

Scienlab動(dòng)態(tài)直流模擬器包括一個(gè)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(dòng)態(tài)控制器也有助于作為通用直流充電站運(yùn)行?？商峁?/span>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