电动自行车集中充电控制器检测探析

邵礼琳

（天津市产品质量监督检测技术研究院， 天津 300384）

0 引言

如今， 电动自行车数量倍增， 集中充电成为主流趋势，而集中充电控制器的安全性、稳定性成为研究热点。为了能够保障充电器的充电安全以及充电效能，从而保障人们的人身安全， 就非常有必要研究一种电动自行车集中充电控制器检测装置，主要针对充满自停功能、安全电流自动保护功能等方面进行检测。基于此，研究电动自行车集中充电控制器检测具有一定的理论意义以及现实意义。

1 关于检测系统的设计思路分析

对于电动自行车而言， 蓄电池是非常重要的组成部分， 主要有锰酸锂电池、 磷酸铁锂电池以及铅酸电池之分，电池类型不同，其充电性能也存在差异性。 对于充电装置而言， 其充电性能对于蓄电池蓄电有着非常密切的关系， 如果充电装置不合格， 那么就可能出现充电不均衡、充电不足、过充等问题，甚至会影响到电池的质量，从而影响到整个电动自行车的使用寿命。

对于充电控制器而言，就充电类型来看，主要有直流与交流之分，具体来讲：①交流充电控制器，主要是利用车配充电器为电动自行车进行充电；②直流充电器，通常具有充电安全控制、 直流输出电源通断控制以及计量计费等工鞥，可为充电对象提供与之匹配的直流充电电源。针对交流充电控制器而言，需要满足电能计量精准性、输出电压与过载保护安全性、电源适应性等要求。 针对直流充电控制器而言，则要满足电量计量、电池适应、输出极性切换、充满自停、断电记忆、电源适应性等要求。

结合常见充电器的技术参数， 设计适用于常见充电器的自动检测装置，检测系统的电压量程范围主要为30～90V，而电流量的范围则为0～3A。 通过检测充电器空气的性能以及安全，然后生成对应的测试报告[1]。

2 测试项目

2.1 与安全性有关的测试项目

通过检测系统进行安全性测试项目见表1，包括直流以及交流充电控制器的通用安全性检测所需要的检测项目。

表1 与安全性有关的测试项目

2.1.1 对过载保护性能进行测试

在充电控制器的插座，接入超过额定功率，利用检测系统软件，对插座输出电压电流值进行读取，充电控制器不对这条线路的供电进行报警。在实际检测过程中，软件对控制器所输出的电压电流值进行读取， 然后判断充电器是否存在输出[2]。

2.1.2 对充满自停性能进行测试

对于充电控制器而言，如果电池充满，应具有输出延时关断功能。在具体检测的过程中，会将电池模拟器设置成为满电状态， 然后依托软件对控制器输出电压电流值进行读取，然后对充电控制器是否存在输出进行判断。

2.1.3 对空载保护性能进行测试

充电器控制器没有连接负载时， 输端口不能带电以及控制器不能启动供电。在充电过程中，控制器与负载的连接断开之后，控制器应该将对应输出端的输出关断，而在将充电中断这个过程中，并没有明确报警信息。在具体检测时，依托软件对控制器输出电压电流值进行读取，对控制器是否存在输出进行判断。

2.2 与性能要求有关的测试项目

通过系统对性能要求有关的测试项目进行检测，见表2，包括直流以及交流充电控制器通用性能要求检测所需要进行的检测项目。

表2 与性能要求有关的测试项目

第一，对电源适应性进行测试。 使用0.2 级电压表、分辨率≤0.1V 的可调式电源，针对控制器施加电压低点-20%，电压高点为±10%，然后分别开展试验，试验运行时间为2h，集中充电器需要保持正常工作的状态；第二，对充电效率以及输出电流进行测试。 要求控制器在正常的工作温度下，其电流与额定电流的偏差必须符合GB 4706.1-2005 的要求；同时，在额定负载状态下，控制器的效率，即：交流输入功率与直流输出功率之比，应该≥85%；第三，测试输出极性切换功能。主要通过电池模拟器的极性切换模式，并按照正反两种模式，将其与直流充电控制器的输出接口进行连接，确保电源接通，由控制器向电池正常充电；第四，测试电池的适用性。 蓄电池由电池模拟器替代，然后进行负载检测。 因为蓄电池类型不同，所以需要结合其参数指标设置对应的模拟器， 模拟状态包括控制器所适用的所有电池类型规格以及一些典型的不适用的电池类型。 将设置好的电池模拟器与控制器输出接口进行连接，针对设置成为适用电池状态的，控制器应该能够正常充电， 其电压以及电流与模拟器设置参数指标保持对应；针对设置成为不适用电池状态的，应该是不启动充电并提示报警[3]；第五，测试断电记忆。让控制器保持正常的充电状态，5min 之后，当电池负载在没有充满的状态中，将输入电源关断，对关断点的相关信息及性能记录；将其断电5min 之后，再将电源接通，对控制器状态进行检查，停电之后再进行来电，此时应该可以自动恢复断电之前的状态；第六，测试计时的准确性。 由检测系统对工控机的系统时间进行读取， 然后与控制器的计时结果进行对比分析，然后判断计时的准确性；第七，测试电量计量的准确性。采用单相电能表进行进行检测（单相电能表的准确等级≤0.3 级）， 将检测结果与控制器电量计量结果进行对比与分析。

3 硬件设计

电动自行车集中充电控制器检测系统硬件结构设计，见图1，硬件结构包括模拟负载、电池模拟器、电能表、RS485 串口服务器、 工控机等组成。 对于电池模拟器而言，主要由功率电阻、负载驱动模块、数字可调电源、参数测量模块、极性模块等组成。 对于整个检测系统来讲，核心部分是工控机，结合其软件功能，对负载各模块通信、信号采集、负载调节等方面进行控制。

图1 控制器检测系统硬件结构框图

4 软件设计

对于充电控制器检测系统而言， 其稳定工作的关键在于控制软件， 需要对检测过程中控制器与电池模拟器之间的实施通信交互操作、参数测量等工作进行负责。利用电池模拟器通过控制软件对电动自行车蓄电池电压、等效电阻等进行模拟，确保控制器能够对负载进行检测，这样才能将充电输出充电电流启动。对于控制软件来讲，需要能够对电池模拟器当中的电能表电量参数读取、参数测量、控制负载、数字可调电源进行管理与控制，对电池模拟器运行状态进行检测， 进而达到统一管理测试综合信息、测试报告、测试数据、测试流程[4]。 关于检测系统软件设计流程，见图2。

图2 程序设计流程图

5 试验结果分析

对于检测系统而言，能够检测的参数比较多，所以进行举例说明，即：对充电控制器输出电压以及输出电流进行检测。试验采用的是小绿人Z5型直流充电控制器，具体选择60V/20AH、48V/20AH 盐 酸 模式进行测试，将电动自行车充电控制器的输出端与电池模拟器进行连接，利用上位机将命令发送到电池模拟器，再用模拟器输出所需要的电压，对程控负载的大小进行改变，在这样的状态下， 由直流充电控制器对电池模拟器进行充电。在整个充电的过程中，对模拟器输出电压以及程控负载进行调节，这样就能够对蓄电池的充电过程进行模拟，而直流充电控制器的输出电流以及电压将会发生对应的变化[5]。 关于试验数据，见表3、表4。

表3 60V/20AH 铅酸电池输出电压电流

表4 48V/20AH 铅酸电池输出电压电流

6 结束语

综上所述， 为了最大限度保障电动自行车集中充电控制器能够稳定、安全的运行，文章提出一种检测系统设计方案，对设计思路、硬件、软件以及部分试验数据进行了参数。该检测系统具有移动性以及灵活性强的特点，能够自动化生产检测报告，不仅具有一定的经济效益，而且能够促进该控制器行业健康发展， 未来具有一定的发展前景。