電動汽車V2L功能電氣性能測試方法概述

盧鵬 樊金娜 李岳 馬歡歡 朱立爽

1. 中國汽車技術研究中心有限公司 天津 300300；

2. 中汽研軟件測評（天津）有限公司 天津 300300

引言

純電動汽車作為新能源汽車中的主推車型，近年來得到了國家的大力支持與鼓勵。國家發改委《智能汽車創新發展戰略》指出[1-2]，未來純電動汽車，將不僅僅是一個交通工具，同時也將成為移動智能終端和分布式的儲能裝置。目前，電動汽車采用的動力電池容量越來越高，在解決用戶續駛里程焦慮的同時，也使得電動汽車對外放電成為可能。基于眾多潛在的用戶需求，許多新能源汽車龍頭企業紛紛推出了V2L（Vehicle to Load）功能，即將電動車（或車載大容量電池）作為移動電源為第三方放電，在野外或特殊場景下，為用戶提供220V交流電，實現一般生活場景中的電力供應。

國內新能源汽車龍頭企業比亞迪[3-4]，憑借其在三電方面得天獨厚的優勢，率先在純電動汽車對外放電技術領域有了突破，并應用到了比亞迪E5之中。各大主機廠隨之跟進，紛紛推出具有V2L功能的車型。目前，行業內對于V2L功能的研究文獻較少。比亞迪、北汽、廣汽、吉利等主機廠在電動汽車對外放電裝置、電動汽車對外供電系統及控制方法等技術領域有較多的專利申請[5-7]。國外研究人員[8]采用線性回歸分析(LRA)法研究了汽車駕駛模式、對負載供電模式(V2L)和對電網供電模式(V2G)三種模式下對電池壽命的影響。

電動汽車在放電過程中，由于人員操作不當、負載過高等因素，可能會產生短路、過熱燃燒等風險，嚴重危害人身安全和車輛安全。目前，國內外尚無電動汽車對外放電技術的相關標準[9]，行業內對于電動汽車V2L功能電氣性能測試方法研究的公開報道較少。本文基于國內某車型V2L功能對標測試，提出了一種V2L功能電氣性能測試方法，可用于不同車型V2L功能電氣性能的對標分析。并對V2L功能的電壓電流輸出特性、RLC負載對電路功率因數、峰值系數的影響和車載用電器對V2L功能的轉換效率的影響進行了分析。本研究可對電動汽車V2L功能電氣性能測試提供技術支撐。

1 試驗及方法

圖1 V2L測試原理圖

本文使用的V2L功能電氣性能測試原理圖如圖1所示。試驗時，將V2L取電槍連接至電動汽車交流電插口。電能質量分析儀連接取電槍的另一端放電插座，測試電路的電能質量。接觸電阻測試儀連接取電槍的另一端放電插座，測試接觸電阻。功率分析儀一端連接取電槍的另一端放電插座，另一端連接電子負載，測試電路的輸出特性、V2L轉換效率。具體測試方案如表1所示。

表1 V2L功能電氣性能測試方案

2 結果與討論

2.1 測試結果

測試結果如表2所示。V2L功能最大功率為3398.05W。

表2 V2L功能電氣性能測試結果

2.2 結果分析

（1）電壓電流輸出特性

設置電子負載為恒流CC模式，設置負載電流分別為0、5、10、16A，測試放電插座的實測電流、電流誤差、實測電壓、電壓誤差、實測頻率。電壓電流輸出特性如表3所示。實測電流、電壓隨負載電流變化如圖2所示。

表3 CC模式下電壓電流輸出特性

圖2 電流、電壓隨負載電流變化

如圖2所示，負載電流設定為16A時，電流誤差最大，電壓誤差最大。負載電流設定為10A時，電壓誤差最小。由表3可知，負載電流設定為0A時，頻率誤差最大。最大電壓誤差為-1.5%，最大電流誤差為-11.6%，最大頻率誤差為0.06%。

設置電子負載為固定電阻CR模式，設置負載電阻值分別為2500、44.4、22.1、15.3、12.7Ω，測試放電插座的實測電流、實測功率、實測電壓、實測頻率。電壓電流輸出特性如表4所示。實測電流、電壓隨負載電阻變化如圖3所示。

表4 CR模式下電壓電流輸出特性

圖3 電流、電壓隨負載電阻變化

如圖2所示，CR模式下負載電阻設定值從2500Ω減小到44.4Ω時，電流逐漸升高，電壓變化不大。負載電阻從44.4Ω減小為12.7Ω時，電流快速增加，電壓快速降低。由表4可知，隨著電阻減小，實測功率始終增加。最高實測功率3398.05W。最大頻率誤差為0.08%。

（2）RLC負載對電路功率因數和峰值系數的影響

為了討論RLC負載對電路功率因數和峰值系數的影響，改變電阻Rs、電感Ls，感性負載RL，電容C參數，設計正交試驗如表5所示。

表5 RLC負載變化對電路功率因數和峰值系數的影響

如表5所示，負載RLC模式，電感范圍設置為0～9999uH； 電容范圍，設置為100～9999uH。在負載電感、電容范圍內V2L均正常工作。

功率因數（Power Factor, PF）反映了交流電路中實際消耗的有用功在整個電源容量中所占的份額，代表了交流電路中電能有效利用的程度。功率因數的高低反映了電路效率的高低。峰值系數（Crest Factor, CF）是電流峰值與有效值的比值。通常用來說明一個交流電源能夠在不失真的情況下輸出峰值負載電流的能力。峰值因數越高，它所能承受的非線性負載能力愈強，電源抗沖擊能力越強。

1）電感對電路功率因數、峰值系數的影響

為了討論電感對電路功率因數、峰值系數的影響，在電阻Rs=8Ω，感性負載RL=50Ω，電容C=100uF時，設置電感Ls分別為0、100、2000、9999uH，測試電路的功率因數、峰值系數。功率因數、峰值系數隨電感變化如圖4所示。

圖4 功率因數、峰值系數隨電感變化

如圖4所示，隨著電感增大，電路有功功率不斷增加，在0～2000uH時，功率因數保持在0.88左右，在9999uH時，功率因數增至0.893。峰值系數同樣隨著電感的增大逐步上升。在0～100uH時，峰值系數保持在1.772左右，在2000uH時，峰值系數增至1.803，在9999uH時，峰值系數增至1.856。

在2000～9999uH時，增大電感能夠顯著增加電路的功率因數和峰值系數。

2）感性負載對電路功率因數、峰值系數的影響

為了討論感性負載對電路功率因數、峰值系數的影響，在電阻Rs=8Ω，電感Ls=9999uH，電容C=100uF時，設置感性負載RL為10、25、50Ω，測試電路的功率因數、峰值系數。功率因數、峰值系數隨感性負載變化如圖5所示。

圖5 功率因數、峰值系數隨感性負載變化

如圖5所示，隨著感性負載增大，功率因數從0.985降至0.708，有功功率不斷降低，峰值系數從1.470升至1.856。改變感性負載，電路功率因數和峰值系數變化趨勢相反。

3）電容對電路功率因數、峰值系數的影響

為了討論電容對電路功率因數、峰值系數的影響，在電阻Rs=8Ω，電感Ls=0uH，阻性負載RL=50Ω時，設置電容C=100-9000uF，測試電路的功率因數、峰值系數。功率因數、峰值系數隨感性負載變化如圖5所示。

圖6 功率因數、峰值系數隨電感變化

如圖6所示，隨著電容增大，電路功率因數波動變化，有功功率同樣波動變化，電路的功率因數變化范圍為0.706-0.715，在電容為3000uF和6000uF時達到最大值0.715。隨著電容的增大，峰值系數先達到峰值后快速降低。在電容為200uF時，電路的峰值因數達到最高值2.424。電容對電路的功率因數的影響不大，對電路峰值系數影響顯著。

（3）車載用電器對V2L轉換效率的影響

為了討論車載用電器對V2L轉換效率的影響，設計了以下4種工況，對比4種工況下V2L的理想化輸出功率。

①電池包加熱和12V小電池同時工作。②空調和12V小電池同時工作。③空調和電池包加熱同時工作。④空調和PTC同時工作。測試點位置如圖7所示。分別測量電池包、電池包加熱、壓縮機、PTC、V2L輸出、12V小電池的電流和電壓。

圖7 測點位置

由于功率分析儀測試通道只有4個，故每次測試時連接通道均有所不同。V2L的理想輸出功率和轉化效率計算公式如下。

式中P總為車輛在該工況下可輸出的理想化總功率（單位W），PBMS為電池包輸出功率（單位W），PCH1、PCH3分別為功率分析儀通道1、3處的功率。

測試得到的4種工況下效率范圍和功率如表6所示。其中工況1-3測試功率為CH1處測試功率，工況4測試功率為CH3處測試功率。

表6 4種工況下效率范圍和功率

如表6所示，工況4得到的V2L轉換效率最高，即空調和PTC同時工作時，V2L轉換效率達到最高值。

3 結束語

本文提供一種V2L功能電氣性能測試方法，并基于某款測試車型進行了驗證。測試車型V2L最大功率3398.05W,可以耐受沖擊性負載，最高放電轉換效率為100%（扣減空調和PTC加熱的功率）。測試方法可用于同類車型V2L功能電氣性能對標測試。