阅读说明：本技术 直流充电桩智能程控测试装置及其测试方法 (Intelligent program-controlled testing device and testing method for direct-current charging pile ) 是由 陆峰 于 2018-06-22 设计创作，主要内容包括：直流充电桩智能程控测试装置,箱体内设置的控制线路包括火线L1端口、火线L2端口、火线L3端口、零线N1端口、接地PE端口,火线L1、火线L2端口、火线L3端口依次通过空气开关、相序保护器、接触器KMDY触头、变频器的输入端、控制区散热模块,最后与变压器的输入端连接；变压器的输出端上串联有电源开关、开关电源A,开关电源A上分别并联有仪表电源模块、PLC、开关电源B、开关电源C；开关电源A与霍尔传感器串接,开关电源B与触摸屏串接,开关电源C与模式转换模块串接。本发明满足了充电桩的宽电压测试需求,实现了设备自动实现调节负载电阻,实现了自动加减负载操作,提高了测试人员的工作效率。(The intelligent program-controlled testing device for the direct-current charging pile comprises a control circuit, a power line and a control circuit, wherein the control circuit is arranged in a box body and comprises a power line L1 port, a power line L2 port, a power line L3 port, a zero line N1 port and a grounding PE port, and the power line L1, the power line L2 port and the power line L3 port sequentially pass through an air switch, a phase sequence protector, a contactor KMDY contact, the input end of a frequency converter and a control area heat dissipation module and are finally connected with the input end; the output end of the transformer is connected in series with a power switch and a switching power supply A, and the switching power supply A is respectively connected in parallel with an instrument power supply module, a PLC, a switching power supply B and a switching power supply C; the switching power supply A is connected with the Hall sensor in series, the switching power supply B is connected with the touch screen in series, and the switching power supply C is connected with the mode conversion module in series. The invention meets the requirement of wide voltage test of the charging pile, realizes automatic adjustment of load resistance by equipment, realizes automatic load addition and subtraction operation, and improves the working efficiency of testers.)

直流充电桩智能程控测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于新能源电动汽车直流充电桩测试技术领域，特别涉及一种直流充电桩智能程控测试装置及其测试方法，适用于新能源电动汽车直流充电桩(充电机模块)出厂检测、负载测试、老化测试。

背景技术

充电桩测试负载箱主要针对直流充电桩(充电机模块)产品的研发测试，生产测试，老化测试设计制造，直流充电桩通过负载测试可以模拟充电桩给电动大巴充电过程种的不同电流和功率，测试产品的可靠性，稳定性，功能性是否符合国标要求和设计要求。

负载箱主要功能介绍：

工作原理：直流充电桩工作原理为交流市电AC380V三相电转换为直流电压给电动大巴的电池组充电，不同的电池组规格决定了不同的充电电压和充电电流大小，因此直流充电桩的测试通过负载箱来模拟不同电压和不同容量的测试工况提供了很好的测试平台。负载箱的工作原理通过调节电阻值，根据欧姆定律，额定测试电压(即充电桩输出电压)不变的情况下，电阻值的改变可以实现充电桩的输出电流和功率变化：I＝U/R(电流I＝输出电压U/电阻R)P＝U²/R(功率P＝电压U的平方除以电阻)；

控制方式：目前绝大多数的负载箱采用手动开关方式控制(断路器直接控制或接触器控制)，一个负载箱一般设置多个固定的档位，通过不同挡位的组合可以模拟不同的电阻值，从而实现测试电流和功率的调节(电阻并联实现电阻值调节，并联数量越多，电阻值越小)；

数据显示：负载箱工作时可以通过设备面板仪表观察实时充电桩的输出电压和测试电流值；

冷却方式：风扇强制冷却，负载箱工作时，电阻管将电能转化为热能，因此必须要求工作时有冷却风扇对电阻发热区域吹，进行空气热交换，达到散热的效果；

接线方式：母线铜排或接线柱引出，用于连接直流充电桩的正负极输出母线；

在使用中存在以下技术缺陷：1)、手动开关控制方式，加载数值需要人工计算如何选择合适的电阻档位，断路器等控制为直接强电切换，存在安全隐患，开关数量多故障率高，维护不方便；2)、单电压回路设计，设备兼容性差，当实际测试电压低于额定电压测试时，输出的最大功率下降明显；P＝U²/R(功率和电压比的平方成正比关系)；如额定电压800V 100KW的设备，当实际接入电压为400V时，最大测试功率为100/4＝25KW(实际测试电压是额定值的1/2、功率计算为1/4)，显然100KW的负载箱当在低电压测试时，功率会大打折扣，无法满足低电压的大功率测试需求；P＝U²/R(功率和电压比的平方成正比关系)；3)、无法满足设备联网，自动化集成控制程度差；4)、保护功能不全面；5)、传统的设计，用户做小功率负载测试试验时(小功率测试时对散热能力不要求很高情况下)风扇始终在额定的高转速下工作，和满负载工作时一样，噪音很大；6)、测试过程中需要测试人员一直盯着测试设备并记录数据，传统的负载箱设计还停留在测试数据需要人工记录阶段，测试效率低下。

如何设计一种满足宽电压测试需求的充电桩，如何实现设备自动实现调节负载电阻，如何实现自动加减负载操作，如何提高测试人员的工作效率，如何使测试过程中的测试数据全程自动记录，成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决上述技术问题。

直流充电桩智能程控测试装置，包括箱体，箱体底部的四个角上均设置有支脚，其特征在于：所述的箱体前面板上部设置有触摸屏，触摸屏的右侧从上到下依次设置有电源开关、本地/远程灯、故障报警灯、急停开关；触摸屏与箱体内的PLC连接；箱体的两侧面下部均设置有散热口；箱体的顶部均设置有出风口；箱体的后端面下部从右到左依次设置有负载正极端口、负载负极端口、电压信号组件端口、工作电源端口、远程控制端口、接地端口；箱体内设置有控制线路，工作电源端口为五芯插座，远程控制端口为三芯插座；远程控制端口为RS485通讯远程控制端口；所述的电压信号组件端口由电压信号U+端口和电压信号U-端口组成；电压信号U+端口和电压信号U-端口在同一个垂直面上；

所述的控制线路包括火线L1端口、火线L2端口、火线L3端口、零线N1端口、接地PE端口，火线L1端口、火线L2端口、火线L3端口、零线N1端口、接地PE端口均与工作电源端口连接，火线L1、火线L2端口、火线L3端口依次通过空气开关、相序保护器、接触器KMDY触头、变频器的输入端、控制区散热模块，最后与变压器的输入端连接，变压器为220V转24V变压器；

变频器的输出端分别与负载散热模块、风机开关模块、模拟量模块连接；

相序保护器与接触器KMDY触头之间的火线L3段与零线N1端口之间设置有相序保护模块，相序保护模块由相序保护器触头和接触器KMDY串联；

负载散热模块为风扇FAN；

控制区散热模块包括风扇FAN1和风扇FAN2，风扇FAN1和风扇FAN2并联；

变压器的输出端上串联有电源开关、开关电源A，开关电源A上分别并联有仪表电源模块、PLC、开关电源B、开关电源C；开关电源A与霍尔传感器串接，开关电源B与触摸屏串接，开关电源C与模式转换模块串接；

所述的模式转换模块由九组继电器与接触器组成，第一组为继电器A的KA1000V常开触点依次与KA500V常闭触点、接触器KM1000V串联；第二组为继电器B的KA500V常开触点依次与KA1000V常闭触点、接触器KM500V串联；第三组为中间继电器A的KAB1常开触点与接触器KMB11串联，接触器KMB11上并联有接触器KMB12；第四组为中间继电器B的KAB2常开触点与接触器KMB13串联，接触器KMB13上并联有接触器KMB14；第五组为中间继电器C的KAB3常开触点与接触器KMB15串联，接触器KMB15上并联有接触器KMB16；第六组为中间继电器D的KAB4常开触点与接触器KMB17串联，接触器KMB17上并联有接触器KMB18；第七组为中间继电器E的KAB5常开触点与接触器KMB19串联，接触器KMB19上并联有接触器KMB20；第八组为中间继电器F的KAB6常开触点与接触器KMB21串联，接触器KMB21上并联有接触器KMB22；第九组为中间继电器G的KAB7常开触点与接触器KMB23串联，接触器KMB23上并联有接触器KMB24。

直流充电桩智能程控测试装置的测试方法，包括PLC主处理器，PLC主处理器分别与HMI人机界面触摸器、开关量信号输入模块、变频器、扩展远程通讯接口、电参数采集模块、负载切换继电器组连接，负载切换继电器组与负载元件连接，变频器与风扇连接，其特征在于：包括以下操作步骤：

A)、系统启动：

B)、对加载计时进行清零；

C)、启动负载加载：

根据触摸屏设定的电压模式，双电压设计分为低电压档和高电压档，负载模式，触摸屏界面用户可以选择恒功率模式或恒电流模式，用户预设的时间和加载数值进行加载；

D)、启动自动补偿程序及设定负载判断模块：

①启动自动补偿程序，PLC会实时读取电参数模块采集的电压电流数值和用户设定值进行比较，直至实际电压和电流值误差在设定精度范围内，结束补偿，实现了高精度的调整；

②启动设定负载判断模块，设定负载判断模块判断负载是否改变，当负载改变，加载新的设定负载后，重新启动设定负载判断模块；

E)、整个测试过程中，系统进行系统故障检测，如检测到故障，激活故障提示，故障报警器鸣响，进入风机故障判断模块；

①当判断风机故障，风机停止，系统自动断开负载；

②当判断风机没有故障，系统自动断开负载；

F)、整个测试过程中，卸载按钮判断模块进行检测，当卸载按钮按下，系统自动断开负载；

G)、当卸载按钮没有按下，进入加载负荷时间计时，进入设定加载时间判断模块，

①当设定加载时间大于0，加载时间达到设定值，系统自动断开负载；

②当设定加载时间不大于0，进入卸载按钮判断模块重新检测；

H)、系统检测当前为加载过程中，启动风机，PLC根据电参数采集模块实际的电压电流值，即负载率调节风机的转速；

I)、断开负载后，系统检测到当前没有负载，自动启动风机延时停机程序，进入延时判断模块：

①当延时判断模块判断延时时间到达，风机停止；

②当延时判断模块判断延时时间未到，重新进入延时判断模块；

J)、完成。

所述的步骤D)的①中，自动补偿为时间计时，当补偿时间到达，系统数值判断模块判断系统误差是否大于设定阀值，当系统误差大于设定阀值，补偿误差负载后，重新启动自动补偿程序。

本发明结构合理，满足了充电桩的宽电压测试需求，实现了设备自动实现调节负载电阻，实现了自动加减负载操作，测试过程中的测试数据能全程自动记录，提高了测试人员的工作效率，推广应用具有良好的经济效益和社会效益，推广应用具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的右视图。

图3是本发明的后视图。

图4是本发明的工作电源端口与变压器之间的控制电路图。

图5是本发明的变压器与开关电源C之间的控制电路图。

图6是本发明的开关电源C与模式转换模块连接的控制电路图。

图7是本发明的系统结构图。

图8是本发明的工序流程图。

图中：1.箱体；2.触摸屏；3.电源开关；4.本地/远程灯；5.故障报警灯；6.急停开关；7.负载正极端口；8.负载负极端口；9.电压信号组件端口；10.工作电源端口；11.远程控制端口；12.接地端口；13.空气开关；14.接触器KMDY触头；15.相序保护器触头；16.变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制。

直流充电桩智能程控测试装置，包括箱体1，箱体1底部的四个角上均设置有支脚，所述的箱体1前面板上部设置有触摸屏2，触摸屏2的右侧从上到下依次设置有电源开关3、本地/远程灯4、故障报警灯5、急停开关6；触摸屏2与箱体1内的PLC连接；箱体1的两侧面下部均设置有散热口；箱体1的顶部均设置有出风口；箱体1的后端面下部从右到左依次设置有负载正极端口7、负载负极端口8、电压信号组件端口9、工作电源端口10、远程控制端口11、接地端口12；箱体1内设置有控制线路，工作电源端口10为五芯插座，远程控制端口11为三芯插座；远程控制端口11为RS485通讯远程控制端口；所述的电压信号组件端口9由电压信号U+端口和电压信号U-端口组成；电压信号U+端口和电压信号U-端口在同一个垂直面上；

所述的控制线路包括火线L1端口、火线L2端口、火线L3端口、零线N1端口、接地PE端口，火线L1端口、火线L2端口、火线L3端口、零线N1端口、接地PE端口均与工作电源端口10连接，火线L1、火线L2端口、火线L3端口依次通过空气开关13、相序保护器、接触器KMDY触头14、变频器的输入端、控制区散热模块，最后与变压器16的输入端连接，变压器16为220V转24V变压器；

变频器的输出端分别与负载散热模块、风机开关模块、模拟量模块连接；

相序保护器与接触器KMDY触头14之间的火线L3段与零线N1端口之间设置有相序保护模块，相序保护模块由相序保护器触头15和接触器KMDY串联；

负载散热模块为风扇FAN；

控制区散热模块包括风扇FAN1和风扇FAN2，风扇FAN1和风扇FAN2并联；

变压器16的输出端上串联有电源开关3、开关电源A，开关电源A上分别并联有仪表电源模块、PLC、开关电源B、开关电源C；开关电源A与霍尔传感器串接，开关电源B与触摸屏2串接，开关电源C与模式转换模块串接；

所述的模式转换模块由九组继电器与接触器组成，第一组为继电器A的KA1000V常开触点依次与KA500V常闭触点、接触器KM1000V串联；第二组为继电器B的KA500V常开触点依次与KA1000V常闭触点、接触器KM500V串联；第三组为中间继电器A的KAB1常开触点与接触器KMB11串联，接触器KMB11上并联有接触器KMB12；第四组为中间继电器B的KAB2常开触点与接触器KMB13串联，接触器KMB13上并联有接触器KMB14；第五组为中间继电器C的KAB3常开触点与接触器KMB15串联，接触器KMB15上并联有接触器KMB16；第六组为中间继电器D的KAB4常开触点与接触器KMB17串联，接触器KMB17上并联有接触器KMB18；第七组为中间继电器E的KAB5常开触点与接触器KMB19串联，接触器KMB19上并联有接触器KMB20；第八组为中间继电器F的KAB6常开触点与接触器KMB21串联，接触器KMB21上并联有接触器KMB22；第九组为中间继电器G的KAB7常开触点与接触器KMB23串联，接触器KMB23上并联有接触器KMB24。

直流充电桩智能程控测试装置的测试方法，包括PLC主处理器，PLC主处理器分别与HMI人机界面触摸器、开关量信号输入模块、变频器、扩展远程通讯接口、电参数采集模块、负载切换继电器组连接，负载切换继电器组与负载元件连接，变频器与风扇连接，其特征在于：包括以下操作步骤：

A)、系统启动：

B)、对加载计时进行清零；

C)、启动负载加载：

根据触摸屏设定的电压模式，双电压设计分为低电压档和高电压档，负载模式，触摸屏界面用户可以选择恒功率模式或恒电流模式，用户预设的时间和加载数值进行加载；

D)、启动自动补偿程序及设定负载判断模块：

①启动自动补偿程序，PLC会实时读取电参数模块采集的电压电流数值和用户设定值进行比较，直至实际电压和电流值误差在设定精度范围内，结束补偿，实现了高精度的调整；

②启动设定负载判断模块，设定负载判断模块判断负载是否改变，当负载改变，加载新的设定负载后，重新启动设定负载判断模块；

E)、整个测试过程中，系统进行系统故障检测，如检测到故障，激活故障提示，故障报警器鸣响，进入风机故障判断模块；

①当判断风机故障，风机停止，系统自动断开负载；

②当判断风机没有故障，系统自动断开负载；

F)、整个测试过程中，卸载按钮判断模块进行检测，当卸载按钮按下，系统自动断开负载；

G)、当卸载按钮没有按下，进入加载负荷时间计时，进入设定加载时间判断模块，

①当设定加载时间大于0，加载时间达到设定值，系统自动断开负载；

②当设定加载时间不大于0，进入卸载按钮判断模块重新检测；

H)、系统检测当前为加载过程中，启动风机，PLC根据电参数采集模块实际的电压电流值，即负载率调节风机的转速；

I)、断开负载后，系统检测到当前没有负载，自动启动风机延时停机程序，进入延时判断模块：

①当延时判断模块判断延时时间到达，风机停止；

②当延时判断模块判断延时时间未到，重新进入延时判断模块；

J)、完成；

所述的步骤D)的①中，自动补偿为时间计时，当补偿时间到达，系统数值判断模块判断系统误差是否大于设定阀值，当系统误差大于设定阀值，补偿误差负载后，重新启动自动补偿程序。

具体实施时，本发明的有益效果如下：

1)、双电压回路设计，设备内部配置2组相同电压等级的电阻堆，2组电阻堆可以根据测试需求进行串联或者并联组合，串联时可以满足高电压测试，并联式满足低电压测试；无论串联或者并联2组电阻堆组合后的功率都可以达到最大功率；这样的设计恰恰针对了直流充电桩宽电压输出的特性，满足更宽测试电压的接入使用，在低电压测试时同样具备大电流大功率的输出能力，设备兼容性能更强，用户可以通过一台设备测试更多规格的产品，不需要不同电压测试点采购不同的测试为何不，实现一机多用；

举例：双电压设计800V100KW：

采用2组400V 50KW电阻堆设计，2组串联可以实现800V 100KW测试需求，2组并联能实现400V 100KW测试需求；

通过以上实例很明显看到可双电压设计的兼容性更好，更适合充电桩的宽电压测试需求；

2)、触摸屏智能控制：采用触摸屏控制，人机交互更友好，控制区域原来手动开关按钮繁多的界面变得简洁美观；

3)、加减负载操作：触摸屏集成了手动控制同类功能外，还支持自动加减负载功能，用户只需要输出测试电流或功率值大小，设备自动实现调节负载电阻，实现自动加减负载操作；

4)、能实现负载的恒电流或恒功率控制：即当测试电压变化的情况下，设备会自动识别当前测试电压，并自动调节到客户设定的功率值或电流值；该设计大大提高的设备的整体精度和提高了用户体验，用户再也不需要在不同电压下去换算应该投入多大的功率，全部由设备自动计算，并且能非常精确的调整到设定值精度区间内(PLC中央处理器通过用户设定的测试电流值或功率值和实际电压电流采样的数值进行实时比对，并调节负载档位继电器实现电阻值的调整，直至电压电流采样数值和设定数值在设备精度误差范围内)；

5)、测试时间可设定：用户可以预设测试时间，测试结束后自动卸载并做散热风扇的延时自动关闭，测试过程中无需一直有测试人员在边上留守，为测试人员提高工作效率和质量，为用户企业提高工作效率；

6)、更新设设计风扇根据测试功率或电流的大小实现智能变频控制，该方案实现了在小功率测试时的设备的低噪音工作，人性化的设计提高用户体验(PLC对设备的当前测试功率或电流实时采集跟踪，并根据比例控制变频器输出，实现风扇的转速根据负载电流和功率线性同步变化)；

7)、多重系统保护：仪表通讯/PLC通讯/风扇故障/超温/极性反接/过电压/过电流全面的系统保护，所有保护实时由PLC监控，发生故障时，切断负载，报警提示；

设备的保护功能较传统的负载箱而言更为全面，更直接；

8)、数据自动存储记录：测试过程中的测试数据无需人为记录，全程数据自动记录，数据并可以导出为Excel表格形式；

9)、扩展通讯能力：除了本地触摸屏控制外还提供扩展的通讯口，可以实现远程的智能控制，丰富了自动化集成测试或是工业4.0平台的测试接口。

实施例一、本发明是一款针对于直流充电桩负载测试，基于PLC控制的智能程控负载，设备主要包括了PLC、触摸屏、变频器、负载元件、负载切换继电器组、电参数采集模块、风扇、输入开关量(风压信号，急停开关信号等)、远程控制接口组成；

负载的主体由负载切换继电器组和负载元件构成，通过不同的继电器组合切断固定的电阻档位可以调节不同的电阻值，从而改变测试回路的电流和功率值；

用户通过触摸屏界面输入测试功率值或电流值，由触摸屏将指令发送给PLC中央处理器，并经过换算后驱动满足设定值应该对应动作的负载切换继电器；

继电器组切换电阻档位后，负载加载，电参数采集模块将实际的电压和电流值发送给PLC中央处理器；

PLC中央处理接收到实际电压和电流值后：

1)、先和用户触摸屏的设定数值或者远程控制接口发送的数值进行比对，如没有满足误差要求，设备自动调节功率和电流值直到精度达到为止；

2)、控制变频器的输出，自动调节风扇的转数，实现风扇基于实际功率和电流的智能变频控制；

开关量输入信息主要用于风扇的状态采集，温度开关量信息的状态采集，当设备发生风扇故障和超温故障时，PLC可以第一时间获取故障信号实现保护设备的目的，同时可以按下急停开关信息给PLC，系统触发急停停机功能。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。