充电器测试方法

常开型充电器通常提供固定输出。例如，铅酸涓流充电器仅提供较小的恒流(Constant Current, CC)输出。验证此类充电器可使用具有恒定电压(Constant Voltage, CV)或恒定电阻(Constant Resistance, CR)的电子负载。

在极少数情况下，此类充电器可能会在充电过程中提供CC或CV。这时仍可通过使用恒定电阻(CR)负载来使用电子负载。NI负载提供CC、CV和CR，旨在最大限度地灵活评估常开型充电器。 

此类电池充电器只有在先检测到电池电压、外部联锁装置关闭或同时检测到两者时，才会提供输出电压或电流。充电器甚至可通过这些电池检测条件确定如何安全地开始为电池充电。例如，充电过程会在达到可接受温度后才开始，或者包含额外的预充电步骤，以恢复深度放电的电池。 

在这些情况下，测试连接件可能包含一个小型电源，或“唤醒”充电器所需的继电器。NI风冷负载提供数字I/O，可支持受管于负载的其他测试连接件设备。 

NI提供的连接支持向充电器或小型电源应用开启信号，或控制继电器/开关将电源连接至充电器，以启动充电器后再断开连接。

^{图1： 开启信号连接示例}

充电器可以通过减少甚至消耗电池电量来在充电期间“测试”电池。某些类型的电池需要进行这些“测试”后才可正确接受充电、降低内部压力或重新吸收电池内部的化学物质。还有一些充电器也会执行这些“测试”，以实现电池安全充电、确定电池的健康状况或对充电器进行自校准。充电器“测试”电池的方式以及充电器对正常电池的预期结果决定了验证中使用的方法。

^{图2： 将源和负载与控制PC相结合}

将NI负载与电源以及PC上的控制应用程序相结合，对于低功耗（小于6 kW）充电器而言是一种经济高效的解决方案，尤其适用于充电器无需仿真电池快速响应的情况。该情况下，PC会调整电源和负载，以仿真充电过程中不断增加的电池电压。

此时，可以通过对PC编程控制电源和负载，以在充电器执行电池“测试”时仿真电池的实际行为。在这种情况下，PC会连续测量充电器输出的电压和电流，并调整电源和负载以仿真电池响应。随后，PC在整个仿真充电曲线中重复该过程。

^{图3： 电池电压与充电电流的关系}

一种更为直接的执行方法是首先了解电池电压为何会因充电电流而异。在充电器降低甚至反转充电电流时，电池接线端上的电压会略有下降。同样，当充电器提供额外的电流时，电池输出端上的电压也会略有增加。这两种影响均由电池化学成分和电线连接的内阻引起。

NI中高功率电池充放电测试系统/仿真器提供了电池模式。该模式可对串联电阻(RS)和空载开路电压(VOCV)进行编程。编程后，系统会根据流入或流出充电器的电流方向和电平自动调整输出端电压。

在硬件上进行调整，可提高仿真速度、消除集成复杂性，并使PC能专注于测试。此外，即使在CC、CP或CV之间切换，充电器仍可控制接线端电压和电流。

^{图4：等效电池模型}

^{图5：电池模型公式}

充电器会适当地改变其输出以满足制造商的要求。如今，许多充电器都能与电池和/或公用事业公司进行通信。充电站可通过稳定频率、减少高峰需求峰值或提供临时备份来实现电力供应。

与电池管理系统(Battery Management System, BMS)通信的充电器则根据返回的电池数据信息调整其输出。该方法适用于各种尺寸的充电器，包括笔记本电脑、车载充电器和无线电力传输系统。

^{图6：EV快速充电系统示例}

测试站需要仿真电池并提供I2C、SMBUSS或CAN等通信接口，以与被测充电器通信。

充电器输出也可能随当前电网利用率而发生变化。此类电网感知充电器可能会调整其输出，从而减少、暂停甚至延迟充电。这些充电器可使用智能能源协议(SEP)等基于标准的协议与智能电网进行通信。

^{图7：EV公用事业管理充电系统示例}

许多方案会利用车辆作为本地备用电源或在高峰需求时期为电力公司提供帮助。在这种情况下，充电器会反向运行以充当分布式发电机，从电池获取电力并补充电网，以解决短期电力短缺、频率移位或其他电网问题。

^{图8：车辆到电网系统的示例，其中EV充电器反过来用作分布式发电机。}

NI提供软件包和具有完整文档说明的驱动程序，用户可将其添加到任何此类应用程序的测试设置中。 

电动汽车传导充电系统国际标准(IEC 61851-1)定义了4种EV充电模式¹。NI直流和交流电源测试解决方案可仿真真实条件，对于测试和验证电动汽车组件和系统至关重要。测试解决方案选择会因充电模式而异。

^{图9： 从上到下分别为EV充电模式1至4}

交流充电

模式1：极慢交流充电模式

模式1是极慢交流充电模式，通常使用最高16 A的标准住宅交流电源插座。直接通过车载充电器(Onboard Charger, OBC)进行充电，无需通信。

模式2/模式3：慢速至半快速交流充电

模式2为慢速交流充电，最大电流为32 A，而模式3为半快速交流充电，最大电流为80 A。这些模式使用电动汽车供电设备(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)协议，将车载充电器(OBC)作为电池充电器，并向其提供交流电(AC)。模式2的充电范围为6 kW至22 kW，用于住宅充电；模式3的充电范围为44 kW，用于公共充电站。两种模式均可通过通信功能控制充电；模式2由线缆信号提供控制，而模式3会同时用到线缆信号和通信协议。上述模式与模式4相比，基础设施成本更低且可用性更高。但由于使用了OBC会降低最大充电速率，这与未使用OBC的模式4有所不同。

^{图10： 慢速至半快速交流充电组件}

在交流充电方面，NI提供以下设备：

• NHR-9410再生电网仿真系统可仿真公用电网。
• NHR-9430再生交流负载系统可仿真交流负载。

^{图11： 交流充电设备}

直流充电

模式4：直流快速充电

模式4是快速直流充电，通常用于公共充电器。在模式4下，直流电源可直接为电池充电。由于该模式不使用OBC，因此可实现非常高的充电功率，从50 kW到300 kW甚至更高。这种快速、大功率的充电方式需要的基础设施成本更高也更复杂，包括使用线缆信号和通信协议。

^{图12： 直流快速充电组件}

在直流充电方面，NI提供以下设备：

• NHR-9410再生电网仿真系统可仿真公用电网。
• NHR-9200中压直流电池模组充放电测试系统和仿真器以及NHR-9300高压直流电池包充放电测试系统和仿真器可仿真电池或直流快速充电器。

^{图13：直流充电设备}

电网仿真与模拟（车载充电器和车辆到电网）

EV充电应用中，测试工程师依赖于使用电池仿真器来测试OBC等组件。通过模拟将实际电池连接到此类组件，工程师可以在更快、更安全且可重复的环境中进行测试。NI提供灵活的模块化电池测试解决方案，可用于仿真或模拟具有快速瞬态能力、再生电源、内置安全隔离继电器、接触器等功能的不同EV充电模式。

^{图14： 车载充电器设备}

• NHR-9410再生电网仿真系统可仿真公用电网。
• NHR-9200中压直流电池模组充放电测试系统和仿真器以及NHR-9300高压直流电池包充放电测试系统和仿真器可仿真电池或直流快速充电器。

^{图15： 车辆到电网(V2G)充电设备}

• NHR-9410再生电网仿真系统可仿真公用电网。
  
• NHR-9430再生交流系统可仿真交流负载。

^{1.SAE将这些充电模式定义为以下级别：1级=模式1，2级=模式2和3，3级=模式4}

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