電動自行車集中充電控制器檢測探析

邵禮琳

（天津市產品質量監督檢測技術研究院， 天津 300384）

0 引言

如今， 電動自行車數量倍增， 集中充電成為主流趨勢，而集中充電控制器的安全性、穩定性成為研究熱點。為了能夠保障充電器的充電安全以及充電效能，從而保障人們的人身安全， 就非常有必要研究一種電動自行車集中充電控制器檢測裝置，主要針對充滿自停功能、安全電流自動保護功能等方面進行檢測。基于此，研究電動自行車集中充電控制器檢測具有一定的理論意義以及現實意義。

1 關于檢測系統的設計思路分析

對于電動自行車而言， 蓄電池是非常重要的組成部分， 主要有錳酸鋰電池、 磷酸鐵鋰電池以及鉛酸電池之分，電池類型不同，其充電性能也存在差異性。 對于充電裝置而言， 其充電性能對于蓄電池蓄電有著非常密切的關系， 如果充電裝置不合格， 那么就可能出現充電不均衡、充電不足、過充等問題，甚至會影響到電池的質量，從而影響到整個電動自行車的使用壽命。

對于充電控制器而言，就充電類型來看，主要有直流與交流之分，具體來講：①交流充電控制器，主要是利用車配充電器為電動自行車進行充電；②直流充電器，通常具有充電安全控制、 直流輸出電源通斷控制以及計量計費等工鞥，可為充電對象提供與之匹配的直流充電電源。針對交流充電控制器而言，需要滿足電能計量精準性、輸出電壓與過載保護安全性、電源適應性等要求。 針對直流充電控制器而言，則要滿足電量計量、電池適應、輸出極性切換、充滿自停、斷電記憶、電源適應性等要求。

結合常見充電器的技術參數， 設計適用于常見充電器的自動檢測裝置，檢測系統的電壓量程范圍主要為30～90V，而電流量的范圍則為0～3A。 通過檢測充電器空氣的性能以及安全，然后生成對應的測試報告[1]。

2 測試項目

2.1 與安全性有關的測試項目

通過檢測系統進行安全性測試項目見表1，包括直流以及交流充電控制器的通用安全性檢測所需要的檢測項目。

表1 與安全性有關的測試項目

2.1.1 對過載保護性能進行測試

在充電控制器的插座，接入超過額定功率，利用檢測系統軟件，對插座輸出電壓電流值進行讀取，充電控制器不對這條線路的供電進行報警。在實際檢測過程中，軟件對控制器所輸出的電壓電流值進行讀取， 然后判斷充電器是否存在輸出[2]。

2.1.2 對充滿自停性能進行測試

對于充電控制器而言，如果電池充滿，應具有輸出延時關斷功能。在具體檢測的過程中，會將電池模擬器設置成為滿電狀態， 然后依托軟件對控制器輸出電壓電流值進行讀取，然后對充電控制器是否存在輸出進行判斷。

2.1.3 對空載保護性能進行測試

充電器控制器沒有連接負載時， 輸端口不能帶電以及控制器不能啟動供電。在充電過程中，控制器與負載的連接斷開之后，控制器應該將對應輸出端的輸出關斷，而在將充電中斷這個過程中，并沒有明確報警信息。在具體檢測時，依托軟件對控制器輸出電壓電流值進行讀取，對控制器是否存在輸出進行判斷。

2.2 與性能要求有關的測試項目

通過系統對性能要求有關的測試項目進行檢測，見表2，包括直流以及交流充電控制器通用性能要求檢測所需要進行的檢測項目。

表2 與性能要求有關的測試項目

第一，對電源適應性進行測試。 使用0.2 級電壓表、分辨率≤0.1V 的可調式電源，針對控制器施加電壓低點-20%，電壓高點為±10%，然后分別開展試驗，試驗運行時間為2h，集中充電器需要保持正常工作的狀態；第二，對充電效率以及輸出電流進行測試。 要求控制器在正常的工作溫度下，其電流與額定電流的偏差必須符合GB 4706.1-2005 的要求；同時，在額定負載狀態下，控制器的效率，即：交流輸入功率與直流輸出功率之比，應該≥85%；第三，測試輸出極性切換功能。主要通過電池模擬器的極性切換模式，并按照正反兩種模式，將其與直流充電控制器的輸出接口進行連接，確保電源接通，由控制器向電池正常充電；第四，測試電池的適用性。 蓄電池由電池模擬器替代，然后進行負載檢測。 因為蓄電池類型不同，所以需要結合其參數指標設置對應的模擬器， 模擬狀態包括控制器所適用的所有電池類型規格以及一些典型的不適用的電池類型。 將設置好的電池模擬器與控制器輸出接口進行連接，針對設置成為適用電池狀態的，控制器應該能夠正常充電， 其電壓以及電流與模擬器設置參數指標保持對應；針對設置成為不適用電池狀態的，應該是不啟動充電并提示報警[3]；第五，測試斷電記憶。讓控制器保持正常的充電狀態，5min 之后，當電池負載在沒有充滿的狀態中，將輸入電源關斷，對關斷點的相關信息及性能記錄；將其斷電5min 之后，再將電源接通，對控制器狀態進行檢查，停電之后再進行來電，此時應該可以自動恢復斷電之前的狀態；第六，測試計時的準確性。 由檢測系統對工控機的系統時間進行讀取， 然后與控制器的計時結果進行對比分析，然后判斷計時的準確性；第七，測試電量計量的準確性。采用單相電能表進行進行檢測（單相電能表的準確等級≤0.3 級）， 將檢測結果與控制器電量計量結果進行對比與分析。

3 硬件設計

電動自行車集中充電控制器檢測系統硬件結構設計，見圖1，硬件結構包括模擬負載、電池模擬器、電能表、RS485 串口服務器、 工控機等組成。 對于電池模擬器而言，主要由功率電阻、負載驅動模塊、數字可調電源、參數測量模塊、極性模塊等組成。 對于整個檢測系統來講，核心部分是工控機，結合其軟件功能，對負載各模塊通信、信號采集、負載調節等方面進行控制。

圖1 控制器檢測系統硬件結構框圖

4 軟件設計

對于充電控制器檢測系統而言， 其穩定工作的關鍵在于控制軟件， 需要對檢測過程中控制器與電池模擬器之間的實施通信交互操作、參數測量等工作進行負責。利用電池模擬器通過控制軟件對電動自行車蓄電池電壓、等效電阻等進行模擬，確?？刂破髂軌驅ω撦d進行檢測，這樣才能將充電輸出充電電流啟動。對于控制軟件來講，需要能夠對電池模擬器當中的電能表電量參數讀取、參數測量、控制負載、數字可調電源進行管理與控制，對電池模擬器運行狀態進行檢測， 進而達到統一管理測試綜合信息、測試報告、測試數據、測試流程[4]。 關于檢測系統軟件設計流程，見圖2。

圖2 程序設計流程圖

5 試驗結果分析

對于檢測系統而言，能夠檢測的參數比較多，所以進行舉例說明，即：對充電控制器輸出電壓以及輸出電流進行檢測。試驗采用的是小綠人Z5型直流充電控制器，具體選擇60V/20AH、48V/20AH 鹽 酸 模式進行測試，將電動自行車充電控制器的輸出端與電池模擬器進行連接，利用上位機將命令發送到電池模擬器，再用模擬器輸出所需要的電壓，對程控負載的大小進行改變，在這樣的狀態下， 由直流充電控制器對電池模擬器進行充電。在整個充電的過程中，對模擬器輸出電壓以及程控負載進行調節，這樣就能夠對蓄電池的充電過程進行模擬，而直流充電控制器的輸出電流以及電壓將會發生對應的變化[5]。 關于試驗數據，見表3、表4。

表3 60V/20AH 鉛酸電池輸出電壓電流

表4 48V/20AH 鉛酸電池輸出電壓電流

6 結束語

綜上所述， 為了最大限度保障電動自行車集中充電控制器能夠穩定、安全的運行，文章提出一種檢測系統設計方案，對設計思路、硬件、軟件以及部分試驗數據進行了參數。該檢測系統具有移動性以及靈活性強的特點，能夠自動化生產檢測報告，不僅具有一定的經濟效益，而且能夠促進該控制器行業健康發展， 未來具有一定的發展前景。