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)與機遇。電動汽車（簡稱EV）已不只是交通工具，它還可以在災害或其他特殊情況下充當應急電源，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、風電的間歇性電能，與電網(wǎng)之間實現(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)，負責將電網(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需要進一步集成逆變功能，支持V2G（車輛到電網(wǎng)）和V2L（車輛到負載），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)，需要實現(xiàn)高速充電才有可行性，同時雙向逆變器的開發(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，通過電動汽車內(nèi)部AC/DC轉(zhuǎn)換器(車載充電機)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再給車輛電池充電，充電時間通常需要10個小時以上。
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)單相交流充電機采用100-240V低壓電網(wǎng)輸入，車載充電機要實現(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標準的設計
為了讓EV的電池充當交流電源，必須做好雙向逆變器電路設計。
為顯著提升供電效能，還需要提高功率因數(shù)，因此新一代充電機開始配備功率因數(shù)校正電路(PFC)。
同時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標準。
二、面對如此復雜的要求，橫河高精度功率分析儀WT5000是當仁不讓的研發(fā)利器！
1、功率基本精度±0.03%的高精度功率測量
2、高達1500Vdc、2000Arms的高電壓和大電流測量
3、功率因數(shù)和其他功率參數(shù)的高精度測量
4、AC/DC轉(zhuǎn)換、DC/AC轉(zhuǎn)換的高精度效率測量
5、累計功率和累計電流的測量
6、符合IEC標準的諧波和閃變測量
7、通過連續(xù)測量功率值和波形數(shù)據(jù)來確認異常
8、支持使用其他測量儀器進行充電機開發(fā)
橫河WT5000的測量精度，顯著提升了電動汽車充電機轉(zhuǎn)換效率的測量標準。它采用模塊化功率輸入設計，支持7通道輸入，在保證精度的同時大幅提升了測試效率。用戶還可根據(jù)自身需求自由選擇包含30A標準輸入模塊、5A高精度輸入模塊及專用電流傳感器接口模塊。
那么如何利用WT5000賦能充電系統(tǒng)升級呢？雙向電動汽車OBC測試方案，以下三大測試方案值得收藏。
（一）體驗WT5000的單機戰(zhàn)神模式
1、雙buff疊加，擺脫高電壓、大電流測量焦慮
普通電動汽車100V-240VAC的充電機輸入電壓范圍、2kW的起始輸出功率早已無法滿足持續(xù)攀升的系統(tǒng)需求，為此WT5000不僅配備了高達1500Vdc的高壓測量通道，還可在AC/DC電流傳感器的支持下將大電流精準測量的閾值提升至2000Arms（3000Apeak）（如圖1、圖2）。
普通電動汽車100V-240VAC的充電機輸入電壓范圍、2kW的起始輸出功率早已無法滿足持續(xù)攀升的系統(tǒng)需求，為此WT5000不僅配備了高達1500Vdc的高壓測量通道，還可在AC/DC電流傳感器的支持下將大電流精準測量的閾值提升至2000Arms（3000Apeak）（如圖1、圖2）。
圖1 AC/DC 電流傳感器 CT1000A (左)、CT2000A (中)、CT1000S (右)
圖2 WT5000和AC/DC 電流傳感器CT1000A
2、參數(shù)顯微鏡，讓功率因數(shù)無處遁形
電動汽車車載充電機一般是將50Hz/60Hz的家用插座交流電轉(zhuǎn)換為電動汽車內(nèi)部所需的直流電，以此向電池供電。為增加供電量，工程師們絞盡腦汁消除相位差并抑制測試中的諧波，費盡心機使功率因數(shù)接近1，那么如何才能實時讀取功率因數(shù)，及時將測試異常扼殺在搖籃中呢？
橫河WT5000的解決方案超乎你的想象，如圖3所示，它不僅可通過PFC電路測量功率值計算出功率因數(shù)，還可同時獲取電壓、電流、有功功率、視在功率、無功功率等項目，便于用戶實時監(jiān)控各種變化。
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
電動汽車充電機雖然在內(nèi)部設置了多個轉(zhuǎn)換電路以實現(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，同時設計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 PFC電路和DC/AC轉(zhuǎn)換器效率評價
4、電力精算師，拿捏累計功率和累計電流
如圖5所示，WT5000所配備的累計功能還可長時間測量功耗(Wh)和電流消耗(Ah)，其中累計功能包括有功功率累計(功率量)、電流累計(電流量)、視在功率累計(視在功率量)和無功功率累計(無功功率量)。
此外累計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 累計功率和累計電流的測量畫面示例
累計功能說明：
（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(每個數(shù)據(jù)更新周期)。
與累計功能有關(guān)的測量項目:
ITime 累計時間
WP 正、負兩個方向的功率量之和
WP+ 正方向功率量之和(消耗功率量）
WP- 負方向功率量之和(返回電源側(cè)的功率量）
q 正、負兩個方向的電流量之和
q+ 正方向I之和(電流量）
q- 負方向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標準的諧波/閃變測量
將WT5000與軟件集成平臺IS8010一同使用，即可進行符合IEC61000-3-2標準的諧波測量或符合IEC61000-3-3標準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所使用的家用插座必須符合上述標準。
圖6 符合IEC標準的諧波/閃變測試系統(tǒng)
2、波形“福爾摩斯”：通過連續(xù)測量確認異常
如圖7所示，當用戶需要長時間連續(xù)測量電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)時，可使用IS8000實時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檢查對應的波形數(shù)據(jù)；如若用戶需在此基礎上進一步保存波形數(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異常波形
（三）聯(lián)合示波器進行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，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行更詳細的波形觀測。
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計和運行檢查，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的測試。
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