一、技術(shù)背景：電動汽車與電網(wǎng)間的互動連接

       隨著全球電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車充電系統(tǒng)技術(shù)正面臨多重挑戰(zhàn)與機(jī)遇。電動汽車（簡稱EV）已不只是交通工具，它還可以在災(zāi)害或其他特殊情況下充當(dāng)應(yīng)急電源，并且隨著可再生能源比例的增加，EV的電源系統(tǒng)可作為分布式儲能單元，消納光伏、風(fēng)電的間歇性電能，與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)供需調(diào)節(jié)，提升能源系統(tǒng)韌性。

（一）OBC的工作原理與核心功能

          OBC，全稱On Board Charge，指的是安裝在電動汽車中的充電系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將電網(wǎng)的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC），為汽車動力電池充電。雙向OBC需要進(jìn)一步集成逆變功能，支持V2G（車輛到電網(wǎng)）和V2L（車輛到負(fù)載），將電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娀仞侂娋W(wǎng)或供外部設(shè)備使用。

（二）快速充電的技術(shù)挑戰(zhàn)

          電動汽車OBC與電網(wǎng)間的互動與供需調(diào)節(jié)，需要實(shí)現(xiàn)高速充電才有可行性，同時(shí)雙向逆變器的開發(fā)也是前提。

（三）普通充電vs.快速充電

          普通充電使用的是傳統(tǒng)單相AC電源充電機(jī)，通過電動汽車內(nèi)部AC/DC轉(zhuǎn)換器(車載充電機(jī))，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再給車輛電池充電，充電時(shí)間通常需要10個(gè)小時(shí)以上。

快速充電是通過連接至電網(wǎng)的充電站（Off Board Charger）支持大電流輸出，從而能在短時(shí)間內(nèi)完成充電。

（四）高壓電池系統(tǒng)和OBC內(nèi)部升壓需求

          相比于傳統(tǒng)單相交流充電機(jī)采用100-240V低壓電網(wǎng)輸入，車載充電機(jī)要實(shí)現(xiàn)快速充電，必須通過內(nèi)部多級升壓，輸出高壓直流，并且能兼容800V以上的電池，以降低充電電流，減少線路損耗和發(fā)熱，從而支持更快的充電速度。

（五）逆變器、PFC與符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

          為了讓EV的電池充當(dāng)交流電源，必須做好雙向逆變器電路設(shè)計(jì)。

          為顯著提升供電效能，還需要提高功率因數(shù)，因此新一代充電機(jī)開始配備功率因數(shù)校正電路(PFC)。

          同時(shí)由于車載電源要反向輸出連接到低壓電網(wǎng)，不能有諧波電流流出或引起電壓波動，它必須滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)。

二、面對如此復(fù)雜的要求，橫河高精度功率分析儀WT5000是當(dāng)仁不讓的研發(fā)利器！

圖3　顯示電壓、電流、功率因數(shù)、THD等示例

3、能量裁判，AC/DC?DC/AC轉(zhuǎn)換的高精度測量

     電動汽車充電機(jī)雖然在內(nèi)部設(shè)置了多個(gè)轉(zhuǎn)換電路以實(shí)現(xiàn)高效傳輸，但由于該充電系統(tǒng)要直接接入市電電網(wǎng)，因此必須抑制諧波干擾以免對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成威脅。電動汽車OBC要配備PFC電路，還要內(nèi)置DC/AC轉(zhuǎn)換器，用于控制直流電壓大小，同時(shí)設(shè)計(jì)這些電路要盡可能減少功率損耗。

      如圖4所示在轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)評價(jià)中，WT5000具有多通道輸入，可以高精度測量各電路的轉(zhuǎn)換效率。

圖4　車載充電機(jī) PFC電路和DC/AC轉(zhuǎn)換器效率評價(jià)

4、電力精算師，拿捏累計(jì)功率和累計(jì)電流

     如圖5所示，WT5000所配備的累計(jì)功能還可長時(shí)間測量功耗(Wh)和電流消耗(Ah)，其中累計(jì)功能包括有功功率累計(jì)(功率量)、電流累計(jì)(電流量)、視在功率累計(jì)(視在功率量)和無功功率累計(jì)(無功功率量)。

     此外累計(jì)功能還為用戶提供了兩種模式，即測量電池等充放電的模式以及測量交流電買電和賣電的模式。

圖5　累計(jì)功率和累計(jì)電流的測量畫面示例

累計(jì)功能說明：

（1）充放電模式(Charge/Discharge)：

（2）按極性測量直流功率量(對每個(gè)采樣數(shù)據(jù))。

（3）買賣電模式(Sold/Bought)：

（4）按極性測量交流功率消耗(每個(gè)數(shù)據(jù)更新周期)。

與累計(jì)功能有關(guān)的測量項(xiàng)目:

ITime  累計(jì)時(shí)間

WP      正、負(fù)兩個(gè)方向的功率量之和

WP+   正方向功率量之和(消耗功率量）

WP-    負(fù)方向功率量之和(返回電源側(cè)的功率量）

q         正、負(fù)兩個(gè)方向的電流量之和

q+      正方向I之和(電流量）

q-       負(fù)方向I之和(電流量）

WS      視在功率量

WQ     無功功率量

（二）PC直連，啟動大師模式

1、符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的諧波/閃變測量

     將WT5000與軟件集成平臺IS8010一同使用，即可進(jìn)行符合IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的諧波測量或符合IEC61000-3-3標(biāo)準(zhǔn)的電壓波動和閃變測試。

     如圖6所示用戶還可通過使用特殊型號的AC/DC電流傳感器CT200，獲取IEC 61000-3-11和IEC 61000-3-12所規(guī)定的每相超過16A的諧波和電壓波動/閃變測試。普通電動汽車充電機(jī)所使用的家用插座必須符合上述標(biāo)準(zhǔn)。

圖6　符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的諧波/閃變測試系統(tǒng)

2、波形“福爾摩斯”：通過連續(xù)測量確認(rèn)異常

     如圖7所示，當(dāng)用戶需要長時(shí)間連續(xù)測量電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)時(shí)，可使用IS8000實(shí)時(shí)查看并保存功率參數(shù)趨勢。

     如圖8所示在連接一臺WT5000的情況下用戶即可在PC端上通過放大功率值的異常位置點(diǎn)檢查對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)；如若用戶需在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步保存波形數(shù)據(jù)，則可通過配置/DS (數(shù)據(jù)流)選件加以實(shí)現(xiàn)。

圖7　使用IS8000顯示電壓/電流/功率趨勢

圖8　通過放大功率值下降的部分來確認(rèn)異常波形

（三）聯(lián)合示波器進(jìn)行OBC研發(fā)

1、長期數(shù)據(jù)記錄和信號異常下的高速測量

      示波記錄儀是一款多通道絕緣波形觀測儀，如圖9所示，其雙捕獲功能可以用不同的采樣率捕獲波形。設(shè)備還可在使用低速采樣收集數(shù)據(jù)總結(jié)長期趨勢的同時(shí)，開啟高速采樣功能，捕獲波形中的突發(fā)瞬態(tài)。

      此外通過IS8000，可以將示波記錄儀所捕獲的波形數(shù)據(jù)與使用IEEE1588的WT5000功率數(shù)據(jù)同步顯示，便于用戶在功率波動期間進(jìn)行更詳細(xì)的波形觀測。

圖9 雙捕獲功能測量示例

2、觀測PFC電路波形

      對于PFC電路和雙向逆變器電路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行檢查，混合信號示波器和8通道輸入是好助手，升級至12位的波形觀測分辨率，為工程師們提供更為精準(zhǔn)的測試。