充電器測試方法

常時運作充電器通常會提供固定輸出。舉例來說，鉛酸涓流充電器只能輸出少量的穩定電流 (CC)。只要使用電負載加上恆定電壓 (CV) 或恆定電阻 (CR)，就能驗證這類充電器。

在極少數情況下，這類充電器可能會在充電曲線期間提供 CC 或 CV。在此情況下，使用恆定電阻 (CR) 負載即可繼續使用電負載。NI 負載提供 CC、CV 和 CR，能在評估常時運作充電器時發揮最大的彈性。 

電池充電器第一次偵測到電池電壓和/或外部聯鎖關閉之前，未必能夠輸出電壓或電流。充電器甚至會使用這些電池偵測條件判斷如何開始電池充電比較安全。舉例來說，充電曲線可能會等溫度達到可以接受的程度，或者會另外納入預充電步驟，以利復原深度放電的電池。 

在這些情況下，測試設備可能會包含小型電源供應器，或是「喚醒」充電器所需的繼電器。NI 氣冷負載提供數位 I/O，能支援負載管理額外的測試設備裝置。 

NI 提供的連線功能支援充電器或小型電源供應器使用開機訊號，或者，您可以控制繼電器/交換器，將電源供應器連接至充電器將其開機，之後再拔除電源供應器。

^{圖 1： 開機訊號連線範例}

充電器可以在充電期間減少甚或汲取電池電力，用於「測試」電池。某些類型的電池必須經過這類「測試」才能正確接受電荷、降低內部壓力，或是重新吸收電池內部的化學物質。此外，有些充電器會執行這些「測試」，在安全的前提下進行電池充電、判斷電池狀態，或是進行充電器校準。充電器「測試」電池的方式，以及充電器測試正常電池的預期結果，決定驗證所使用的方法。

^{圖 2： 以控制 PC 結合電源與負載}

以 PC 結合 NI 負載與電源供應器和控制應用程式，用於低功率充電器 (<6 kW)，是一種相當具經濟效益的解決方案，當充電器不要求模擬電池迅速回應時尤其如此。在此情況下，PC 會調整電源供應器和負載，用於模擬充電時不斷增加的電池電壓。

在此情境下，只要設定控制電源供應器和負載的 PC 程式，在充電器每次執行電池「測試」時模擬電池實際行為即可。此時，PC 會連續量測充電器所傳輸的電壓和電流，並且調整電源供應器與負載，以利模擬電池回應。整個模擬充電曲線階段，會不斷重複這個流程。

^{圖 3： 電池電壓與充電電流之間的關係}

要採行更直接的方法，可以先了解電池為何會因為充電電流的變化而改變電壓。當充電器降低甚或逆轉充電電流時，電池端子的電壓會稍微降低。同樣地，當充電器額外供應電流，電池端子的電壓也會稍微提高。這兩種效應都是電池化學內部電阻與接線造成的。

NI 中、高功率電池充放電循環機/模擬器提供一種電池模式。這個模式讓您能夠設定串聯電阻 (RS) 與空載開電路電壓 (VOCV)。設定好程式之後，系統會根據流入/流出充電器的電流方向與強度自動調整輸出端子電壓。

調整作業會在硬體中，因此能改善模擬速度、降低整合複雜度，並且讓 PC 能夠專注進行測試。此外，即使在 CC、CP 或 CV 之間切換，充電器仍然可以控制端子電壓與電流。

^{圖 4：等效電池模型}

^{圖 5：電池模型的公式}

充電器會根據製造商需求而適度改變其輸出。時下許多充電器能與電池和/或公用事業公司通訊。充電站能穩定頻率、減少需求尖峰或提供臨時備用電力，有助於供電。

與電池管理系統 (BMS) 通訊的充電器會根據回傳的電池資料資訊調整其輸出。這種方法適用於各種尺寸的充電器，包括筆記型電腦、車用充電器與無線電力傳輸系統。

^{圖 6：電動車快速充電系統範例}

測試站必須模擬電池並提供 I2C、SMBUSS 或 CAN 等通訊介面，以利與受測充電器通訊。

充電器輸出也會因為目前的電網使用率而變化。這些電網感知充電器能調整其輸出、減少、暫停甚至延後充電。這類充電器能透過智慧能源規範 (Smart Energy Profile, SEP) 等標準協定與智慧型電網通訊。

^{圖 7：公用事業管理的電動車充電系統範例}

現在有許多計畫能以車輛充當區域備用電源，或在需求高峰期協助公用事業公司。在這些情況下，充電器會反向運作並發揮分散式發電機的作用，以電池電力輔助電網，從而因應短期的電力短缺、頻率偏移或其他電網問題。

^{圖 8：車輛對電網系統的範例，其中電動車充電器會反向運作並發揮分散式發電機的作用。}

NI 提供軟體組合與記錄完整的驅動程式，可以納入前述任何用途的測試步驟中。 

電動車傳導式充電系統國際標準 (IEC 61851-1) 定義了四種電動車充電模式¹。NI 的 DC 與 AC 電源測試解決方案會模擬實際條件，在電動車元件和系統測試與驗證方面是相當重要的元素。您應該根據不同的充電模式選擇不同的測試解決方案。

^{圖 9： 從上到下，電動車充電模式 1 到 4}

AC 充電

模式 1：極慢速 AC 充電

模式 1 是極慢速 AC 充電，電源通常是不超過 16A 的標準家用 AC 插座。充電方式是直接充電內建充電器 (OBC)，不進行通訊。

模式 2/模式 3：慢速至半快速 AC 充電

模式 2 是不超過 32 A 的慢速 AC 充電，模式 3 則是不超過 80 A 的半快速 AC 充電。在這些模式中，會使用電動車供電設備 (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) 協定供應交流電 (AC)，讓內建充電器 (OBC，也就是電池充電器) 充電。模式 2 的充電範圍是 6 kW 到 22 kW，適合家用，模式 3 的充電範圍則是 44kW，適合公共充電站。兩種模式皆可透過通訊功能控制充電；在模式 2 中，纜線訊號傳輸功能負責控制，而模式 3 則採用纜線訊號傳輸及通訊協定。相較於模式 4，這些模式的基礎設施成本通常較低，可用性則較高。不過，使用 OBC 可能會降低最大充電速率，這一點不同於不使用 OBC 的模式 4。

^{圖 10： 慢速至半快速 AC 充電元件}

NI 提供下列 AC 充電設備：

• NHR-9410 再生電網模擬系統可模擬公用電網。
• NHR-9430 再生 AC 負載系統可模擬 AC 負載。

^{圖 11： AC 充電設備}

DC 充電

模式 4：DC 快速充電

模式 4 是快速 DC 充電，電源通常是公用充電器。模式 4 通常是以 DC 電源直接進行電池充電。這個模式不使用 OBC，因此，充電功率可能非常高，從 50 kW 到 300 kW 以上不等。這種快速、高功率的充電方式必須付出較高的基礎設施成本，也更加複雜，包括需要使用纜線訊號傳輸和通訊協定。

^{圖 12： DC 快速充電元件}

NI 提供下列 DC 充電設備：

• NHR-9410 再生電網模擬系統可模擬公用電網。
• NHR-9200 中壓 DC 電池模組充放電循環機與模擬器，以及 NHR-9300 高壓 DC 電池組充放電循環機與模擬器能模擬電池或 DC 快速充電器。

^{圖 13：DC 充電設備}

電網模擬與仿真 (內建充電器與車輛對電網)

應用於電動車充電領域時，測試工程師必須使用電池模擬器測試 OBC 之類的元件。只要假裝將電池實際連接到這類元件，工程師就能在更快、更安全且可重複的環境中進行測試。NI 提供靈活的模組化電池測試解決方案，能模擬/仿真不同的電動車充電模式，而且具備快速暫態功能、再生能源、內建安全絕緣繼電器、接觸器等各項功能。

^{圖 14： 內建充電器設備} 

• NHR-9410 再生電網模擬系統可模擬公用電網。
• NHR-9200 中壓 DC 電池模組充放電循環機與模擬器，以及 NHR-9300 高壓 DC 電池組充放電循環機與模擬器能模擬電池或 DC 快速充電器。

^{圖 15： 車輛對電網 (V2G) 充電設備}

• NHR-9410 再生電網模擬系統可模擬公用電網。
  
• NHR-9430 再生 AC 系統可模擬 AC 負載。

^{1.SAE 將這些充電模式定義為不同的等級：第 1 級=模式 1，第 2 級=模式 2 和 3，第 3 級=模式 4}

• 深入了解電池模擬
• 了解所有 NI 高功率測試解決方案
• 深入了解 NI 的電動車充電器測試方法