基于LabVIEW 的電動汽車供電設備接觸電流的測試方案設計

任高全，李宗原，郭寅遠

（許昌開普檢測研究院股份有限公司，河南許昌 461000）

近年來電動汽車技術高速發展，電動汽車普及率越來越高，電動汽車供電設施電氣安全[1]就顯得尤為重要，接觸電流[2]是影響電動汽車供電設備電氣安全的重要因素，如果在使用電動汽車供電設備時因接觸電流造成人員電擊危險，就會危害人的生命和健康。

一直以來，因不同人員對接觸電流的測試方法、標準要求[3-6]的理解及測試設備的使用方法差異，使得接觸電流的實際測量經常出現不同的測試結果，因此確定接觸電流測試方案具有重要的安全意義，文中結合自身的測試經驗介紹了接觸電流的影響因素及測試方法，提出了基于LabVIEW 的電動汽車供電設備接觸電流的測試方案，并對方案設計進行了驗證。

1 接觸電流定義及相關影響因子

1.1 定義

國際標準IEC60990:2016《接觸電流和保護導體電流的測量方法》將接觸電流定義為人體或動物接觸一個或多個裝置或設備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流。

1.2 相關影響因子

接觸電流測試受到測試場地環境、測試電源、接地中線及測試網絡選擇等影響[7-8]。

測試場地環境要求應按照相應設備標準中的規定，如果規定的接觸電流限值小于70 μA 有效值或100 μA 峰值，或者設備具有可能被高頻信號激勵的較大屏蔽層時，在這種情況下，被試設備的表面與被放置在正下方或對面的導電板的表面形成電容耦合，則將設備放置在導電板上，該導電板本身放置在絕緣平面上[8]。

測試電源的任何容性漏電流都必須考慮在內，TT 或TN 配電系統中的設備應充分考慮中性線與地之間的電位差，測試網絡的選擇應充分考慮被試設備的特點及接觸電流的類型。

2 接觸電流測試設備要求

檢測試驗室應配置可編程電網模擬電源、電動汽車充電樁自動測試系統、接觸電流測試儀及可編程直流電源，可實現自動記錄和分析相關數據的功能。

2.1 電源設備

被試設備安裝在絕緣臺架上，并采取安全保護措施，防止設備本身帶來的危險電壓。

被試設備用的保護導體和接地中線之間的電位差應小于1%線電壓，如果電壓差為1%或更高，則采取以下方法消除由該電壓帶來的測量誤差:

1）將測量儀器的B 端電極連接到被試設備的中性端子上而不是電源的保護接地導體上。

2）將被試設備的接地端子連接到電源的中線上而不是保護接地導體上。

2.2 測量設備

測量設備具備國際標準IEC60990:2016《接觸電流和保護導體電流的測量方法》中規定的三種接觸電流測量網絡可供選擇。

1）未加權的接觸電流的測量網絡，具體電路圖如圖1 所示。

圖1 未加權的接觸電流的測量網絡電路圖

圖1 中，RS=1 500 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，接觸電流為（有效值），網絡可測量流過人體的電流值，RB模擬人體內部阻抗，RS和CS模擬兩接觸點間總的皮膚阻抗，CS的值由皮膚接觸的面積決定，對于較大的接觸面積，可以使用較大的值（0.33 μF）。

2）加權接觸電流（感知電流或反應電流）的測量網絡，具體電路圖如圖2 所示。

圖2 加權接觸電流(感知電流或反應電流)的測量網絡電路圖

圖2 中，RS=1 500 Ω，R1=10 000 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，C1=0.022 μF，接觸電流為（峰值）。為了準確測量人體對電流的感知和反應，對反應電流隨頻率變化進行研究和補償，加權接觸電流(感知電流或反應電流)的測量網絡模擬了人體阻抗，并且給出隨人體頻率特性的加權值，其適用于50、60 Hz 頻率，或更高頻率下電流限值高達擺脫電流限值，以及加權等效于50 Hz 和60 Hz 頻率，電流限值為2 mA 有效值的情況。

3）加權接觸電流（擺脫電流）的測量網絡，具體電路圖如圖3 所示。

圖3 加權接觸電流（擺脫電流）的測量網絡電路圖

4）測量網絡的選擇：測量網絡的選擇如表1所示。

表1 測量網絡的選擇

3 供電設備接觸電流平臺設計

3.1 測試系統的搭建

為準確模擬交流充電樁的實際工況，選用61860電網模擬電源作為電動汽車交流充電樁的電源，該電網模擬電源具有高精度、高可靠性，具備單相或三相輸出，可控制電壓和頻率，能夠較為真實地模擬實際電網，Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統可模擬電動汽車，7630 接觸電流測試儀可提供多種測試網絡，可編程直流電源62020H 可滿足測量網絡自校準需求的直流電壓，滿足UL544NP、IEC60601/UL2601、IEC60990、IEC62477-1 標準要求。

測試系統利用GPIB接口卡將儀器設備連接起來，每個設備均有一個0～20之間的GPIB地址，用計算機通過GPIB-USB 接口卡連接到61860 電網模擬電源、Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統、7630 接觸電流測試儀，測試平臺[9-12]系統結構圖如圖4 所示。

圖4 接觸電流自動測試平臺系統結構圖

3.2 測試系統軟件結構

測試系統基于LabVIEW[13-15]開發，采用模塊化的編程，軟件用戶UI 接收用戶輸入，通過流程管理模塊控制硬件，管理模塊根據IEC62477-1：2011 預設測試流程，通過GPIB 接口控制7630 接觸電流測試儀、62020H 可編程直流電源、61860 電網模擬電源和Chroma8000 電動汽車充電樁自動測試系統的輸出電壓、頻率和數據的記錄。數據存儲模塊從流程管理模塊讀取測量數據，存儲到數據文件中。測試完成后，將讀取的數據通過Office COM 組件[16]寫入Word原始試驗記錄中；用戶UI 利用DSOframer.ocx 插件顯示原始記錄文檔。軟件結構如圖5 所示。

圖5 測試系統軟件結構圖

3.3 測試實現流程

依據IEC60990：2016，測試流程由測量系統的自校準和多頻率范圍接觸電流測試組成，首先進行測量系統的自校準，通過軟件下發自校準命令給62020H可編程直流電源和7630 接觸電流測試儀[17-18]，以完成直流輸入電阻的測量校準，輸入電阻校準完成后進行電源參數校準，程序控制61860電網模擬電源和7630接觸電流測試儀完成測試需求頻率范圍內輸入電壓和輸出電壓的比值校準。完成測試系統校準后，自動讀取測試程序執行測試，每完成一組測試后，從7630接觸電流測試儀中讀取結果保存到Excel 表格中。

測試流程如圖6 所示。

圖6 測試流程

4 測試平臺能力驗證

4.1 能力驗證方案要求

按照CNCA-18-B09 交流充電樁接觸電流試驗能力驗證計劃作業指導書和GB/T18487.1-2015（IEC60990）電動汽車傳導充電系統 第1 部分：通用要求中規定試驗電壓應為額定電壓的1.1 倍，測量任一交流相線和彼此相連的可觸及金屬部分之間，以及和覆蓋在絕緣外部材料上的金屬箔之間的接觸電流。

4.2 測試平臺自校準測試結果

交流電壓測量結果如表2 所示。

表2 交流電壓測量

接觸電流測量如表3 所示。

表3 接觸電流測量

測量網絡參數要求如表4 所示。

表4 測量網絡參數要求

輸入阻抗和傳輸阻抗如表5 所示。

表5 輸入阻抗和傳輸阻抗

通過平臺校準數據可得出，測試平臺設計滿足標準國際標準IEC60990:2016《接觸電流和保護導體電流的測量方法》要求，該平臺可以用于交流充電樁接觸電流的測試。

4.3 測試平臺能力驗證結果

測試平臺參與CNCA-18-B09 交流充電樁的接觸電流試驗，測試結果滿意，測試平臺能力驗證測試結果報告單如圖7 所示。

圖7 測試平臺能力驗證測試結果報告單

5 結論

文中介紹了接觸電流測試要求，設計了一種基于LabVIEW 電動汽車供電設備接觸電流的測試平臺，自動化程度高，測量數據自動保存在Excel 表格中。介紹了測試平臺具備自校準功能，通過實驗室間的電動汽車接觸電流能力驗證試驗，驗證了測試平臺測量精度符合計量規定，滿足電動汽車供電設備接觸電流標準要求，完成了測試方案設計的目標，可以應用于實際的電動汽車供電設備接觸電流測試中。