直流充電樁產(chǎn)線測(cè)試面臨的技術(shù)議題與建議

隨著電動(dòng)車的電池容量增加來(lái)提高續(xù)航里程，并要降低開車的里程焦慮，市場(chǎng)有更多安裝直流快充充電樁的需求。隨著安裝地點(diǎn)不同，充電樁會(huì)有不同充電界面與功率范圍的規(guī)劃。現(xiàn)行的直流充電標(biāo)準(zhǔn)包括歐美的CCS或NACS、日本的CHAdeMO、中國(guó)的GB/T，除了充電槍頭外觀有差異，采用的通訊協(xié)議也有所不同。內(nèi)部組成包括AC-DC電源模塊、充電控制器、通訊模塊、人機(jī)接口、DC電表、斷路器、漏電監(jiān)控器、安全保護(hù)線路等。充電樁的妥善率也常被提出討論，充電樁制造商要考慮在生產(chǎn)端提升產(chǎn)品質(zhì)量，也要兼顧測(cè)試效率，就成為重要議題。

針對(duì)直流充電樁的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(Automatic Test System, ATS)應(yīng)用在產(chǎn)線EOL(End Of Line)測(cè)試，Chroma基于多年協(xié)助產(chǎn)業(yè)界的經(jīng)驗(yàn)，歸納出五大重點(diǎn)針對(duì)生產(chǎn)端會(huì)遇到的技術(shù)議題與解決建議。

01充電介面與通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)充電槍插上電動(dòng)車的充電座之后，雙邊的接觸偵測(cè)與通訊協(xié)議就開始運(yùn)作。當(dāng)在充電預(yù)備、開始和結(jié)束的各狀態(tài)中，若充電設(shè)備通訊控制器(SECC)和電動(dòng)車通訊控制器(EVCC)交握有任何異常(包含超時(shí)、資料格式辨識(shí)、異常處理、時(shí)序等)，充電運(yùn)行就將會(huì)被迫中斷。所以自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)(ATS)必須具備模擬電動(dòng)車通訊的功能，甚至可以故意設(shè)定異常動(dòng)作，以驗(yàn)證充電樁的中斷保護(hù)功能。另外ATS還需模擬電動(dòng)車的充電座，規(guī)格必須能符合電氣測(cè)試之要求，且具備電子鎖、溫度監(jiān)控、大功率斷路器以及散熱功能，可確保測(cè)試過(guò)程的安全性。測(cè)試系統(tǒng)建議采用模組化且可更換的EV模擬器與充電座，可快速更換避免產(chǎn)線因異常問(wèn)題造成長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試中斷。另外好處是可彈性調(diào)整測(cè)試不同標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，或未來(lái)需求而升級(jí)。

測(cè)試情境示意圖

除此之外，建議EV模擬器搭配合適的電池模擬器與測(cè)試軟體，具有可載入充電功率曲線(如：圖二)的功能。可用來(lái)模擬實(shí)際對(duì)DC EVSE的即時(shí)充電電流變化要求，以驗(yàn)證其響應(yīng)速度與精準(zhǔn)度。

充電功率曲線示意圖

02提升對(duì)多槍充電樁的快速檢測(cè)能力

為適應(yīng)不同電動(dòng)車采用的直流充電標(biāo)準(zhǔn)不同，目前充電樁廠商紛紛推出具有多個(gè)不同介面的直流充電槍的產(chǎn)品，例如適用CCS與CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)，甚至包括交流充電槍。這樣的充電樁產(chǎn)品在測(cè)試系統(tǒng)的配置上，就需多個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)的充電模擬器，使測(cè)試流程更加復(fù)雜。且若多槍產(chǎn)品采用輪流測(cè)試的方式，所需時(shí)間便會(huì)被拉長(zhǎng)，也與實(shí)際同時(shí)多槍使用的情況不同。因此產(chǎn)線的自測(cè)試系統(tǒng)(ATS)需能多工模擬不同介面，并模擬多臺(tái)電動(dòng)車在同時(shí)間充電之情境。如此，可測(cè)試充電樁于不同協(xié)議之電動(dòng)車同步進(jìn)行通訊交握，并檢測(cè)其輸出狀態(tài)。尤其可驗(yàn)證驗(yàn)證充電樁在多臺(tái)電動(dòng)車同時(shí)發(fā)出充電電流需求下，內(nèi)部的智能輸出功率分配功能，不致發(fā)生誤動(dòng)作或保護(hù)。各槍的輸出也能同步檢測(cè)輸出電壓/電流/Wh的精準(zhǔn)度規(guī)格，如此可縮短產(chǎn)線測(cè)試時(shí)間。

03 驗(yàn)證安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)與保護(hù)機(jī)制

各種保護(hù)機(jī)制是直流充電樁的重要功能，包含：輸出過(guò)電壓/過(guò)電流、接地與絕緣異常、緊急停止、過(guò)溫度以及入電異常等。測(cè)試系統(tǒng)需要具備各種情境模擬，確實(shí)測(cè)試每一臺(tái)充電樁的保護(hù)機(jī)制能正常動(dòng)作。例如當(dāng)進(jìn)行充電樁絕緣監(jiān)控測(cè)試時(shí)，可透過(guò)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)定絕緣電阻箱，來(lái)模擬電池與車體間的阻抗變化。甚至于不同的通訊交握階段，將其搭接在輸出DC+或DC-到接地端回路上，檢測(cè)充電樁絕緣偵測(cè)功能是否正常。系統(tǒng)集成時(shí)必需選用合適的繼電器及電阻的耐電壓及耐電流規(guī)格，才不會(huì)容易損壞。另外若電池模擬器的內(nèi)部Y電容過(guò)大，可能會(huì)影響到絕緣監(jiān)測(cè)的功能測(cè)試，甚至誤報(bào)導(dǎo)致測(cè)試中斷，必須特別留意。

絕緣阻抗測(cè)試示意圖

04 驗(yàn)證電源模組

充電樁接受電動(dòng)車的電流及電壓命令，由內(nèi)部電源模組將電網(wǎng)的交流電做轉(zhuǎn)換來(lái)對(duì)電池充電。測(cè)試系統(tǒng)需整合電池模擬器，可設(shè)定在定電壓或定電流模式，來(lái)驗(yàn)證充電樁的充電輸出參數(shù)的規(guī)格精準(zhǔn)度。因?yàn)槠漭敵龉β史秶鷱?0kW到400kW，會(huì)建議使用具有能源回收功能的設(shè)備。將充電能量回饋到電網(wǎng)循環(huán)使用，這樣可以節(jié)省充電測(cè)試時(shí)的電能消耗，同時(shí)有利于控制工廠環(huán)境溫度。另外，建議選擇雙向的電池模擬器，可以被充電及放電，以因應(yīng)未來(lái)充電樁必須具備V-to-G的功能。充電樁輸入由電網(wǎng)模擬電源來(lái)供電，需驗(yàn)證在電壓及頻率的規(guī)格范圍內(nèi)，仍能正常運(yùn)作。更重要的是模擬電網(wǎng)的異常變動(dòng)，舉例SAE-J1772和UL2231-2要求，建議進(jìn)行電壓驟降(Voltage Dip)、電壓中斷(Voltage Interruption)、變動(dòng)測(cè)試(Voltage Variation Test)與諧波失真波形免疫力測(cè)試(Harmonic Distortion Immunity Test)，來(lái)測(cè)試充電樁不會(huì)損壞，或能順利進(jìn)入保護(hù)模式。

可程控電網(wǎng)模擬器產(chǎn)生的各式波形示意圖

充電樁還需測(cè)試待機(jī)耗電、功率因素以及充電效率的規(guī)格，測(cè)試系統(tǒng)(ATS)的功率表要符合高量測(cè)精度(<0.2%)外，甚至mW等級(jí)的功率解析度。同時(shí)建議要具備不同的量測(cè)模式(功率積分模式-Power Integration)與智慧檔位(Smart Range)功能，才能更彈性的應(yīng)用。隨著充電樁功率有增大的趨勢(shì)，測(cè)試系統(tǒng)建議需具備功率設(shè)備的可擴(kuò)充性。并也需考量到未來(lái)通訊協(xié)議的升級(jí)需求，便可降低后續(xù)產(chǎn)線測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)增的建置成本。

DC充電椿測(cè)試系統(tǒng)可擴(kuò)充性示意圖

05 跨領(lǐng)域的整合工作

充電樁產(chǎn)線EOL測(cè)試站也需要與自動(dòng)線的PLC(Programmable Logic Controller)交握, 以確定待測(cè)物是否已到站定位，并能透過(guò)PLC交握確認(rèn)工廠運(yùn)作安全狀況與消防等級(jí)。并需與MES(Manufacturing Execution System)確認(rèn)前一站的測(cè)試狀況與結(jié)果，來(lái)決定是否開始進(jìn)行測(cè)試。為了提升生產(chǎn)效率與測(cè)試報(bào)告匯整，透過(guò)產(chǎn)品序號(hào)上傳MES做控管，產(chǎn)生生產(chǎn)履歷所需要的測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)做分析。甚至能自動(dòng)下載對(duì)應(yīng)的測(cè)項(xiàng)程序(TP)，做產(chǎn)線彈性生產(chǎn)不同型號(hào)的測(cè)試控管，避免可能的人為錯(cuò)誤。最后須注意PLC、MES和ATS之間的程序交握，并清楚定義分責(zé)表，明確不同單位的責(zé)任歸屬。

在產(chǎn)線EOL的測(cè)試系統(tǒng)需要整合各領(lǐng)域不同的技術(shù)，還要累積相關(guān)經(jīng)驗(yàn)才能順利開發(fā)出來(lái)。希望此篇文章中提到5點(diǎn)技術(shù)議題及建議，可提供充電樁業(yè)者在產(chǎn)線測(cè)試規(guī)畫時(shí)參考。能有助提高測(cè)試覆蓋率，確保產(chǎn)品的安全與品質(zhì)，也提升使用者滿意度。并能運(yùn)用多工的技術(shù)加速自動(dòng)測(cè)試流程，提高工廠的產(chǎn)出。Chroma已提供電動(dòng)車充電樁、車載充電器、驅(qū)動(dòng)器及電池包的測(cè)試方案。