基于LabVIEW 的电动汽车供电设备接触电流的测试方案设计

任高全，李宗原，郭寅远

（许昌开普检测研究院股份有限公司，河南许昌 461000）

近年来电动汽车技术高速发展，电动汽车普及率越来越高，电动汽车供电设施电气安全[1]就显得尤为重要，接触电流[2]是影响电动汽车供电设备电气安全的重要因素，如果在使用电动汽车供电设备时因接触电流造成人员电击危险，就会危害人的生命和健康。

一直以来，因不同人员对接触电流的测试方法、标准要求[3-6]的理解及测试设备的使用方法差异，使得接触电流的实际测量经常出现不同的测试结果，因此确定接触电流测试方案具有重要的安全意义，文中结合自身的测试经验介绍了接触电流的影响因素及测试方法，提出了基于LabVIEW 的电动汽车供电设备接触电流的测试方案，并对方案设计进行了验证。

1 接触电流定义及相关影响因子

1.1 定义

国际标准IEC60990:2016《接触电流和保护导体电流的测量方法》将接触电流定义为人体或动物接触一个或多个装置或设备的可触及零部件时，流过他们身体的电流。

1.2 相关影响因子

接触电流测试受到测试场地环境、测试电源、接地中线及测试网络选择等影响[7-8]。

测试场地环境要求应按照相应设备标准中的规定，如果规定的接触电流限值小于70 μA 有效值或100 μA 峰值，或者设备具有可能被高频信号激励的较大屏蔽层时，在这种情况下，被试设备的表面与被放置在正下方或对面的导电板的表面形成电容耦合，则将设备放置在导电板上，该导电板本身放置在绝缘平面上[8]。

测试电源的任何容性漏电流都必须考虑在内，TT 或TN 配电系统中的设备应充分考虑中性线与地之间的电位差，测试网络的选择应充分考虑被试设备的特点及接触电流的类型。

2 接触电流测试设备要求

检测试验室应配置可编程电网模拟电源、电动汽车充电桩自动测试系统、接触电流测试仪及可编程直流电源，可实现自动记录和分析相关数据的功能。

2.1 电源设备

被试设备安装在绝缘台架上，并采取安全保护措施，防止设备本身带来的危险电压。

被试设备用的保护导体和接地中线之间的电位差应小于1%线电压，如果电压差为1%或更高，则采取以下方法消除由该电压带来的测量误差:

1）将测量仪器的B 端电极连接到被试设备的中性端子上而不是电源的保护接地导体上。

2）将被试设备的接地端子连接到电源的中线上而不是保护接地导体上。

2.2 测量设备

测量设备具备国际标准IEC60990:2016《接触电流和保护导体电流的测量方法》中规定的三种接触电流测量网络可供选择。

1）未加权的接触电流的测量网络，具体电路图如图1 所示。

图1 未加权的接触电流的测量网络电路图

图1 中，RS=1 500 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，接触电流为（有效值），网络可测量流过人体的电流值，RB模拟人体内部阻抗，RS和CS模拟两接触点间总的皮肤阻抗，CS的值由皮肤接触的面积决定，对于较大的接触面积，可以使用较大的值（0.33 μF）。

2）加权接触电流（感知电流或反应电流）的测量网络，具体电路图如图2 所示。

图2 加权接触电流(感知电流或反应电流)的测量网络电路图

图2 中，RS=1 500 Ω，R1=10 000 Ω，RB=500 Ω，CS=0.22 μF，C1=0.022 μF，接触电流为（峰值）。为了准确测量人体对电流的感知和反应，对反应电流随频率变化进行研究和补偿，加权接触电流(感知电流或反应电流)的测量网络模拟了人体阻抗，并且给出随人体频率特性的加权值，其适用于50、60 Hz 频率，或更高频率下电流限值高达摆脱电流限值，以及加权等效于50 Hz 和60 Hz 频率，电流限值为2 mA 有效值的情况。

3）加权接触电流（摆脱电流）的测量网络，具体电路图如图3 所示。

图3 加权接触电流（摆脱电流）的测量网络电路图

4）测量网络的选择：测量网络的选择如表1所示。

表1 测量网络的选择

3 供电设备接触电流平台设计

3.1 测试系统的搭建

为准确模拟交流充电桩的实际工况，选用61860电网模拟电源作为电动汽车交流充电桩的电源，该电网模拟电源具有高精度、高可靠性，具备单相或三相输出，可控制电压和频率，能够较为真实地模拟实际电网，Chroma8000 电动汽车充电桩自动测试系统可模拟电动汽车，7630 接触电流测试仪可提供多种测试网络，可编程直流电源62020H 可满足测量网络自校准需求的直流电压，满足UL544NP、IEC60601/UL2601、IEC60990、IEC62477-1 标准要求。

测试系统利用GPIB接口卡将仪器设备连接起来，每个设备均有一个0～20之间的GPIB地址，用计算机通过GPIB-USB 接口卡连接到61860 电网模拟电源、Chroma8000 电动汽车充电桩自动测试系统、7630 接触电流测试仪，测试平台[9-12]系统结构图如图4 所示。

图4 接触电流自动测试平台系统结构图

3.2 测试系统软件结构

测试系统基于LabVIEW[13-15]开发，采用模块化的编程，软件用户UI 接收用户输入，通过流程管理模块控制硬件，管理模块根据IEC62477-1：2011 预设测试流程，通过GPIB 接口控制7630 接触电流测试仪、62020H 可编程直流电源、61860 电网模拟电源和Chroma8000 电动汽车充电桩自动测试系统的输出电压、频率和数据的记录。数据存储模块从流程管理模块读取测量数据，存储到数据文件中。测试完成后，将读取的数据通过Office COM 组件[16]写入Word原始试验记录中；用户UI 利用DSOframer.ocx 插件显示原始记录文档。软件结构如图5 所示。

图5 测试系统软件结构图

3.3 测试实现流程

依据IEC60990：2016，测试流程由测量系统的自校准和多频率范围接触电流测试组成，首先进行测量系统的自校准，通过软件下发自校准命令给62020H可编程直流电源和7630 接触电流测试仪[17-18]，以完成直流输入电阻的测量校准，输入电阻校准完成后进行电源参数校准，程序控制61860电网模拟电源和7630接触电流测试仪完成测试需求频率范围内输入电压和输出电压的比值校准。完成测试系统校准后，自动读取测试程序执行测试，每完成一组测试后，从7630接触电流测试仪中读取结果保存到Excel 表格中。

测试流程如图6 所示。

图6 测试流程

4 测试平台能力验证

4.1 能力验证方案要求

按照CNCA-18-B09 交流充电桩接触电流试验能力验证计划作业指导书和GB/T18487.1-2015（IEC60990）电动汽车传导充电系统 第1 部分：通用要求中规定试验电压应为额定电压的1.1 倍，测量任一交流相线和彼此相连的可触及金属部分之间，以及和覆盖在绝缘外部材料上的金属箔之间的接触电流。

4.2 测试平台自校准测试结果

交流电压测量结果如表2 所示。

表2 交流电压测量

接触电流测量如表3 所示。

表3 接触电流测量

测量网络参数要求如表4 所示。

表4 测量网络参数要求

输入阻抗和传输阻抗如表5 所示。

表5 输入阻抗和传输阻抗

通过平台校准数据可得出，测试平台设计满足标准国际标准IEC60990:2016《接触电流和保护导体电流的测量方法》要求，该平台可以用于交流充电桩接触电流的测试。

4.3 测试平台能力验证结果

测试平台参与CNCA-18-B09 交流充电桩的接触电流试验，测试结果满意，测试平台能力验证测试结果报告单如图7 所示。

图7 测试平台能力验证测试结果报告单

5 结论

文中介绍了接触电流测试要求，设计了一种基于LabVIEW 电动汽车供电设备接触电流的测试平台，自动化程度高，测量数据自动保存在Excel 表格中。介绍了测试平台具备自校准功能，通过实验室间的电动汽车接触电流能力验证试验，验证了测试平台测量精度符合计量规定，满足电动汽车供电设备接触电流标准要求，完成了测试方案设计的目标，可以应用于实际的电动汽车供电设备接触电流测试中。