用于 EV 充电应用的测试设备应运而生

电源管理和电池技术正在通过针对不断增长的电动汽车行业的更高效和灵活的设计而发展。因此，相关的测试和测量系统必须满足更严格的技术要求。

考虑到这一点，是德科技最近推出了SL1200A系列 Scienlab 再生三相交流仿真器，适用于电动汽车和供电设备 (EVSE) 充电和电网应用。该系统由硬件、软件和支持服务组成。

是德科技高管强调了用于验证日益复杂的电动汽车动力系统可靠性的电动汽车测试系统的重要性。重点包括充电接口和电动汽车供电设备以及电网边缘电源转换器。

SL1200A 系列的便携式和大功率版本旨在满足用户不断增长的 EV 测试和测量需求。目的是模拟现实世界的充电场景以及满足全球电动汽车充电标准的能力。

是德科技高管强调了能够证明 EV 动力总成可靠性的测试系统的重要性。

预计电动汽车充电将对电网产生巨大需求。与此同时，通过车辆到电网的电力应用，储能机会正在出现。可再生能源将推动这一转变，导致电网复杂性增加。这在推出充电应用程序时带来了新的测试挑战。

性能、设计指标

电动汽车设计中的关键性能指标侧重于电池和推进系统。设计参数包括功率水平、转换效率、车辆动力系统的工作温度以及散热能力和系统封装。

EV 系统必须适应高压测量（1,000 V 及更高），以确保安全、可靠的运行。现实世界的驾驶条件对系统测试人员提出了最大的挑战。恶劣环境范围为 -30 °C 至 +60°C。

是德科技汽车和能源解决方案业务部“双脉冲测试设备”的 Kevin Cavell 表示： “在组件层面，宽禁带半导体用于 EV 内部的不同电源转换器，以及 EVSE”和并网逆变器这里需要。WBG 建模和电路仿真也是一种有价值的工具。”

电池测试从电池分级开始。是德科技营销专家 Julian Tomczyk 表示：“需要大批量生产才能为电动汽车提供大量电池。”

“需要这种制造设备来对电池进行初始充电/放电[或电池形成]，然后根据质量对电池进行分级。虽然大多数分级可以在几分钟内完成，但在电池老化过程中测量自放电是一项耗时的测试，需要很多天，会在老化过程中产生大量的在制品库存，”Tomczyk 补充道。

为了帮助降低库存成本，是德科技声称其工具有助于将自放电测量时间从几天缩短到几小时，从而在加快电池分级的同时减少老化。

一旦电池被制造、老化和分级，它们就会被组装成一个电池。根据电压和功率要求，单个电池可能包含数千个电池。“电池管理系统已经到位，以监控电池中每个电池的健康状况。在这个阶段也需要测试和测量设备，以测试[管理系统]和整个电池组，”Tomczyk 说。

变频驱动器 (VFD) 将来自电池的直流电转换为用于驱动电机的变频交流电。模拟直流侧需要能够提供数百千瓦功率的大型电源；需要机器仿真器来重现电机以包围被测设备。这些仪器可以在多种情况下运行 VFD，同时测量输入和输出功率以计算功率转换效率。

宽带隙器件

是德科技声称，使用 WBG 半导体可产生超过 95% 的潜在效率，大大扩展范围。

功率转换器是利用可再生能源进行运输和工业应用的关键组件。为了促进功率转换器设计所需的进步，可以选择基于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 的新型 WBG 半导体技术。

与硅和 GaAs 半导体相比，更宽的带隙转化为更高的击穿电压和在高温下工作的可能性，同时降低辐射敏感性而不损失电气特性。

随着温度的升高，价带中电子的热能也会增加，直到它们达到必要的能量（在一定温度下）以跃迁到导带。在硅的情况下，这个温度约为 150°C。对于 WBG 设备，这些值要高得多。

WBG 半导体提供比传统设计快 100 倍的性能提升以及更高的电压和热操作。这些属性转化为提高效率、减小尺寸和成本。“然而，事实证明，由于在表征 WBG 半导体时存在许多新挑战，因此产生的高性能电源转换器难以设计，”卡维尔说。

这些障碍减缓了新转换器的设计。是德科技表示，由于商用系统供不应求，因此使用本土测试系统来表征 WBG 半导体。

“不幸的是，使用一次性的国产测试仪很难产生可重复且可靠的测量结果，”Tomczyk 补充道。“在将测量结果与半导体数据表关联起来时，不可靠的结果会给电源转换器设计人员带来额外的障碍。”

是德科技将其 PD1500A 动态功率器件分析仪编程为可靠表征 WBG 半导体的平台。该公司表示，其分析仪是与芯片制造商以及电动汽车和电源管理设计师合作开发的。

动力系统的电气化改变了测试要求，不仅仅需要燃烧过程分析。电动和混合动力汽车可能有多个电机、逆变器和电池组。因此，必须考虑所有能源和负载。

电动汽车制造商及其供应商面临的挑战因专业而异，无论是动力系统、自动驾驶还是车载网络。

“一位专注于电池和电池测试的工程师将解决电池问题，因为它是驱动动力系统所需的燃料，”卡维尔说。“一位专注于电源转换的工程师将解决电源转换器 [和] 变频驱动问题。每一项对于电动汽车的正确、高效、远程运行都至关重要。每个都提出了自己独特的测试挑战。”

充电规格，不断发展的电网

与此同时，电动汽车充电标准继续激增。是德科技笔记

几个规范，例如美国和欧洲联合充电标准、中国 GB/T 规范、日本 CHAdeMO 框架，以及很快被称为 ChaoJi 的新亚洲标准。

区域标准涵盖 EV-EVSE 通信、物理插头设计、功率流和测试场景。“每个地区都有许多取决于充电类型的一致性标准——交流、直流、大功率直流，”卡维尔补充道。

面向全球市场的电动汽车和设备制造商需要测试区域标准，以应对多样化的市场。因此，是德科技推出了一种自动化测试框架，以应对不同的充电标准，包括功率流和通信。 

电动汽车的采用也在重塑电网基础设施。“在汽车行业，汽车电气化预计将对电网产生巨大的充电需求，同时通过车辆到电网的电力应用扩大储能机会，”Tomczyk 说。“随着能源结构的加剧，管理我们生产、分配和消费电力方式的挑战也随之增加。”

具有电网支持的智能逆变器已成为克服此类挑战的关键推动力。因此，逆变器制造商需要遵守一组特定的电网合规性和互连规范，需要进行广泛的测试。

例如，电网仿真设备测试是强制性的。分布式能源正在转向更高的输出电压以减少损耗，最高可达 1,000 伏交流 (VAC)。“更高电压的目标与提供电网支持功能的要求相结合，例如高压穿越，这就需要测试甚至高于 1,000 VAC 的限制，”Tomczyk 说。

是德科技表示：“为了达到测试新逆变器 [和] 控制设计所需的高电压，逆变器工程师通常必须串联多个电源或使用外部变压器。这导致成本高昂、复杂的测试设置无法轻松扩展，同时性能降低……”

因此，供应商的自动化测试方法可以配置为区域充电标准并适应不同的物理插头。然后测试人员必须选择适当的测试标准；自动化软件从那里获取它。

随着双向电力流的兴起，包括车辆到电网 (V2G) 和电动汽车本身成为储能系统，标准组织必须指定所需的测试和测试配置。因此，V2G 实施“将增加更多复杂性，并且需要测试网格代码和互操作性标准，”Cavell 说。

汽车电气化和电网基础设施的转型正在重塑测试和测量要求。仪器必须适应高压信号的存在，并且必须能够承受恶劣的环境条件。在软件方面，同步采集电气和机械数据以及大量标准需要从根本上重新思考优化电动汽车测试和测量。