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Importance des tests EVSE
Les équipements d'alimentation des véhicules électriques (EVSE), plus communément appelés stations de recharge, sont un élément essentiel du passage des véhicules thermiques aux véhicules électriques. La disponibilité (temps de disponibilité et fiabilité) des stations et leur vitesse de recharge sont des facteurs importants pour l'adoption des véhicules électriques.
Les bornes de recharge doivent également être conformes à des normes importantes comme les normes IEC 61851 et SAE J1772.
Au niveau des appareils, des modules et des systèmes, les ingénieurs s'efforcent de réduire les temps de charge grâce à une augmentation des tensions de charge, tout en améliorant la fiabilité et en préservant la sécurité. Des solutions de test intelligentes et flexibles permettent aux concepteurs de résoudre rapidement les problèmes et de valider leurs modèles.
Les solutions comprennent un oscilloscope haute performance avec un logiciel sophistiqué d'analyse de l'énergie et un multimètre de haute précision pour mesurer les performances de l'EVSE et une alimentation bidirectionnelle agissant comme une charge qui simule une batterie déchargée à haute tension et à haute capacité.
Découvrez la configuration complète du bancDécouvrez comment :
- Technologie des bornes de recharge
- Correction du facteur de puissance (PFC) et tests des convertisseurs AC/DC
- Analyse des convertisseurs DC/DC et pilotes de grille
- Analyse des systèmes de contrôle et de gestion de l'alimentation
- Mesures et débogage de l'interface du véhicule
- Analyse de l'interface utilisateur et des communications réseau
- Simulation de la batterie du VE
Équipement et techniques de test des équipements électriques et électroniques
Schéma fonctionnel des bornes de recharge rapide en courant continu
Système EVSE - Blocs fonctionnels
Les chargeurs DC rapides avancés convertissent le courant alternatif triphasé du réseau électrique en courant continu haute tension. Les systèmes sont composés des éléments suivants :
- Correction du facteur de puissance et convertisseur AC/DC
- Convertisseur DC/DC
- Systèmes de contrôle et gestion de l'alimentation
- Interfaces utilisateur
- Communications LAN / cellulaires
- Port de charge haute tension et port de communication pour véhicule
Chacun de ces blocs nécessite des tests. Explorez les solutions ci-dessous pour en savoir plus.
Tests de correction du facteur de puissance (PFC) et de la conversion AC/DC
Les chargeurs conçus pour se connecter aux infrastructures électriques publiques doivent limiter l'impact sur le réseau local, faute de quoi les opérateurs seront soumis à des tarifs énergétiques plus élevés ou à des pénalités. La plupart des infrastructures publiques facturent pour un facteur de puissance inférieur à 90 à 95 % et nombre d'entre elles exigent une conformité aux normes en matière d'harmoniques.
Les étages d'entrée des équipements de charge rapide en courant continu doivent non seulement convertir le courant alternatif triphasé en courant continu, mais également garantir un facteur de puissance élevé et une faible distorsion harmonique, tout en assurant une efficacité et une fiabilité élevées.
Les systèmes sur oscilloscope dotés d'un logiciel d'analyse électrique avancé permettent d'effectuer des mesures précises et répétables, notamment :
- Qualité de l'alimentation côté ligne
- Facteur de puissance
- Harmoniques
- Protection contre les surtensions et les sous-tensions
- Caractéristiques de commutation
- Synchronisation (p. ex. temps mort)
- Perte de commutation dynamique
- Test à double impulsion
- Ondulation de sortie
- Rendement
La correction du facteur de puissance à l'avant des bornes de recharge recourt à la commutation pour harmoniser la tension et l'intensité en fonction du facteur de puissance à l'unité. Elle atténue également l'appel de courant afin de réduire la charge harmonique sur l'utilitaire.
Des mesures détaillées des pertes de commutation quantifient les pertes des transistors à effet de champ et des IGBT dans les circuits de conversion électriques.
Analyse du convertisseur DC/DC et de la commande de grille
Les convertisseurs DC/DC haute puissance assurent l'isolation entre le bloc PFC et la régulation de tension pour le port de charge du véhicule. Les transformateurs haute fréquence sont souvent utilisés pour l'isolement et le stockage d'énergie. Les nouveaux modèles peuvent utiliser des MOSFET SiC rapides pour améliorer le rendement et la densité de puissance.
Les vitesses de commutation rapides et les niveaux de tension des MOSFET SiC posent des problèmes de mesure en raison de la bande passante élevée et des tensions de mode commun. Les solutions d'équipement de test pour les bornes de recharge des véhicules électriques, y compris les oscilloscopes avec sondes à isolation optique et logiciel d'analyse, fournissent des mesures précises, même sur des signaux de tension de mode commun à vitesse de balayage élevée. Celles-ci incluent :
- Courant d'appel maximal
- Protection contre les surtensions et les sous-tensions
- Analyse de commutation
- Durée et capacité de Miller
- Paramètres de charge et de résistance de la grille
- Temps mort
- Perte de commutation
- Mesures des transformateurs et inducteurs intégrés au circuit
- Performance de la boucle de régulation (par ex. TRMC et marge de gain/phase)
- Ondulation et bruit
- Analyse EMI/CEM
Analyse du système de contrôle et de la gestion de l'énergie
Les contrôleurs intégrés sont des composants intelligents qui pilotent le processus de recharge. Pendant la charge, ils gèrent la communication avec le véhicule, régulent le débit électrique et surveillent les conditions de sécurité. Ils communiquent également avec l'interface utilisateur et les réseaux numériques.
Ces sous-systèmes comprennent généralement des processeurs ou des matrices FPGA, des horloges, des rails d'alimentation, des systèmes de mémoire et des circuits intégrés de communication, fonctionnant souvent sur des signaux GHz de faible amplitude. Étant donné que ces systèmes doivent fonctionner dans des environnements physiques et électriques éprouvants, il faut qu'ils aient une immunité au bruit et une intégrité énergétique élevées.
Les mesures clés qui permettent de valider et de déboguer ces systèmes sont les suivantes :
- Analyse de l'ondulation et du bruit des rails électriques
- Mesures d'impédance
- Séquencement de l'alimentation
- Convertisseurs AC-DC
- Analyse de la commutation et de la synchronisation
- Analyse du temps mort entre les commutateurs côté bas et côté haut
- Analyse magnétique pour transformateurs et inducteurs
- Analyse de la boucle de contrôle
- Intégrité du signal de communication
- Analyse EMI/CEM
Les mesures d'ondulation permettent de quantifier le bruit sur les rails d'alimentation.
Les interfaces des véhicules électriques utilisent au moins deux grandes fiches pour l'alimentation et la masse. Des fiches plus petites sont utilisées pour la communication. Ces dernières peuvent inclure un pilote de contrôle (PC), un pilote de proximité (PP) ou un réseau local de communication (CAN).
Mesures et débogage de l'interface de véhicules
Une communication fiable entre la borne de recharge et le système de gestion de la batterie du véhicule est essentielle pour gérer le processus de recharge et garantir la sécurité.
Les bornes de recharge conformes à la norme IEC 61851 intègrent un signal de pilote de commande (PC). Le cycle de service du signal PC transmet le courant maximal disponible de la borne de recharge au véhicule électrique. Ce signal peut être vérifié au moyen d'un oscilloscope. Des communications par courant porteur peuvent également être superposées sur cette ligne pendant le processus de charge. Certaines interfaces utilisent des données sérielles transmises par bus CAN pour assurer la communication entre la borne de recharge et le véhicule électrique.
Dans les deux cas, les oscilloscopes s'avèrent extrêmement utiles pour vérifier la qualité du signal sur l'ensemble du système, en prêtant attention à une atténuation du signal, un bruit ou une terminaison incorrecte. La plupart des oscilloscopes Tektronix peuvent être équipés d'un décodage et d'un déclencheur par bus CAN pour afficher les transactions synchronisées avec d'autres activités au niveau du système.
En plus de la communication de données, l'interface de charge doit veiller à garder l'intensité et la tension dans les limites spécifiées. Par exemple, la borne de recharge doit limiter l'impact des transitoires, des surtensions et des baisses de tension secteur sur la sortie en courant continu du véhicule en respectant des niveaux et des durées spécifiés.
Les mesures clés pour la validation et le débogage des bornes de recharge des véhicules électriques sont les suivantes :
- Intégrité du signal de communication/bruit
- Cycle de service du signal DP
- Synchronisation du système
- Bruit sur la sortie DC
- Régulation de sortie
Analyse de l'interface utilisateur et des communications réseau
Les périphériques d'interface utilisateur se connectent souvent au système de contrôle via des bus série standard tels que RS-232, SPI ou USB. La communication réseau fournit des informations essentielles aux exploitants et aux utilisateurs des bornes de recharge. Les oscilloscopes et les sondes actives sont parfaitement adaptés à l'évaluation du signal et de la synchronisation pour les connexions à l'interface utilisateur, pour le réseau local et pour les communications sans fil. Les oscilloscopes Tektronix prennent en charge le décodage sur plus de 25 bus série, du RS-232 aux NFC sans fil.
Les principales mesures incluent :
- Intégrité du signal/bruit
- Synchronisation du système
- Décodage de bus CAN
- LAN
- Décodage NFC
- RF en bande de base
- Analyse EMI/CEM
Un décodage de bus CAN peut être utilisé pour afficher les communications entre la borne de recharge et le véhicule électrique.
Cycle de charge de la batterie d'un véhicule électrique qu'une alimentation bidirectionnelle doit simuler.
Simulation de la batterie du VE
Tester un EVSE nécessite une charge qui peut agir comme une batterie déchargée. Les alimentations bidirectionnelles peuvent absorber du courant à différents niveaux de tension ainsi que générer du courant pour simuler une batterie. L'alimentation bidirectionnelle doit utiliser une large plage de courant pour simuler un courant de charge élevé délivré à une batterie déchargée et un courant faible délivré à proximité de l'état complètement chargé. L'alimentation doit également avoir une tension nominale supérieure à 800 V pour pouvoir charger les batteries des véhicules électriques dont la tension augmente. Étant donné que les chargeurs de véhicules électriques permettent une charge plus rapide, les charges électroniques utilisées pour les tester doivent être capables de gérer plus de puissance.
La précision et la stabilité élevées permettent des niveaux de tension et de courant stables et reproductibles pour garantir que tous les EVSE sont soumis aux mêmes conditions de charge. Les charges avec des temps de montée et de descente rapides permettent de tester rigoureusement la régulation de la charge des chargeurs.
L'EVSE fournissant une puissance élevée, l'alimentation doit être surveillée en cas de surtension, de surintensité et de surchauffe afin de garantir la protection de l'EVSE en cours de test et de l'alimentation elle-même. Les tests EVSE sont souvent effectués sous contrôle informatique, nécessitant une interface de programmation robuste : les interfaces USB, Ethernet, CAN, RS-232 et EtherCAT en sont quelques exemples.
Solution de référence pour les tests des bornes de recharge
Pour vous aider à créer une configuration de test efficace, comprenant un simulateur de batterie EA adapté à vos besoins, nous avons inclus le tableau ci-dessous. Vous y trouverez les principaux instruments, sondes et options, ainsi que leurs quantités et descriptions, chacun pouvant être adapté à vos besoins individuels.
| Instrument/sonde/option | Quantité | Description |
| Série EA 10000 | 1 | Alimentation DC bidirectionnelle et simulateur de batterie |
| MSO56B | 1 | 5 MSO série B avec 6 canaux d'entrée |
| Option 5-BW-500 | 1 | Bande passante de 500 MHz |
| Option 5-SRAUTO | 1 | Décodage et déclenchement des bus CAN, CAN-FD, LIN, FlexRay |
| Option 5-PWR | 1 | Mesure et analyse de la puissance |
| Option 5-SV-RFVT | 1 | Affichage du spectre RF par rapport aux tracés temporels et déclencheurs pour le dépannage des interférences EMI/CEM |
| TCP0030A | 2 | Deux sondes de courant |
| TMDP0200 ou THDP0200 | 2 | Deux sondes différentielles haute tension |
| TLP58 | 1 | Sonde logique à 8 canaux pour l'analyse des protocoles et des signaux mixtes |
| TPP0500B | 1 | Six sondes de tension passives pour la tension (incluses avec l'oscilloscope) |
| Keithley DMM6500 | 1 | Multimètre 6,5 digits pour les mesures de précision |
Questions fréquentes
Pourquoi les tests de communication entre les systèmes des véhicules électriques et les bornes de recharge sont-ils importants ?
- Expérience utilisateur améliorée : des tests de communication efficaces s'assurent que les véhicules électriques (VE) et les bornes de recharge sont capables d'interagir de manière transparente, faisant ainsi profiter aux conducteurs de véhicules électriques d'une expérience de recharge fiable, en toute simplicité. Cela s'avère indispensable pour assurer la satisfaction des utilisateurs et la confiance dans l'infrastructure de recharge électrique.
- Sécurité et fiabilité : les tests de communication permettent de détecter et de résoudre les éventuels problèmes de sécurité et les vulnérabilités potentielles du système de recharge. En identifiant et en atténuant les risques, ils contribuent à la sécurité et à la fiabilité globales de la recharge des véhicules électriques.
- Interopérabilité : les tests d'interopérabilité servent à s'assurer que différents modèles de véhicules électriques et bornes de recharge puissent communiquer efficacement. Cela est indispensable pour créer un écosystème de recharge pour véhicules électriques qui soit ouvert et accessible, permettant ainsi aux utilisateurs de choisir parmi différentes options de recharge.
- Conformité aux normes : de nombreux pays et régions du monde disposent de normes spécifiques pour les protocoles de communication utilisés pour la recharge des véhicules électriques. En vérifiant le bon respect de ces normes grâce à une procédure de test, les systèmes de recharge peuvent satisfaire aux exigences réglementaires auxquelles ils sont soumis.
Quels sont les tests couramment effectués pour contrôler les convertisseurs de puissance ?
- Tests d'efficacité : les convertisseurs de puissance et les onduleurs photovoltaïques sont testés afin d'évaluer leur rendement, ce qui permet d'évaluer l'efficacité avec laquelle ils convertissent l'énergie électrique. Un rendement élevé est essentiel pour réduire les pertes d'énergie et garantir des performances optimales pour le système.
- Contrôles de sécurité : les tests de sécurité évaluent les blocs d'alimentation pour détecter les risques potentiels tels que la surchauffe, les courts-circuits ou les défauts électriques. Il est indispensable de garantir la sécurité de ces composants pour prévenir les accidents et les défaillances du système.
- Validation des performances : les tests de performance évaluent la capacité des blocs d'alimentation à fonctionner dans diverses conditions, y compris avec des variations de charge et différents facteurs environnementaux. Cela permet de garantir des performances fiables et constantes.
- Tests de compatibilité électromagnétique (CEM) : les tests CEM vérifient que les blocs d'alimentation n'émettent pas d'interférences électromagnétiques et sont insensibles aux interférences externes. La conformité aux normes CEM est cruciale pour assurer le bon fonctionnement en présence d'autres appareils électroniques.
- Profilage de température : la surveillance de la température est essentielle pour éviter la surchauffe, qui pourrait endommager les composants. Le profilage de température permet d'identifier les éventuels problèmes thermiques et contribue à la sécurité du fonctionnement.
Quelles sont les applications des équipements de test de bornes de recharge ?
- Vérification de la conformité : les équipements de test sont utilisés pour valider rigoureusement la conformité des équipements d'alimentation des véhicules électriques (EVSE) avec les normes internationales de chargeur. Il s'agit d'évaluer l'interaction avec le réseau, les protocoles de communication, les niveaux de tension et de courant, ainsi que la conformité aux normes de sécurité.
- Evaluation de l'interopérabilité : l'équipement de test est également utilisé pour évaluer la compatibilité entre les différents modèles de véhicules électriques (VE) et les stations de recharge. Les tests d'interopérabilité sont cruciaux pour garantir une communication transparente et des expériences de recharge fiables pour tous les utilisateurs.
- Assurance de la sécurité : les tests de sécurité sont réalisés pour tester les systèmes qui protègent les utilisateurs et les équipements contre les chocs ou les dommages, notamment l'isolation, la mise à la terre et les disjoncteurs de fuite à la terre tels que les DDR ou les DDFT.
- Optimisation des performances : les équipements de test de bornes de recharge permettent d'optimiser les performances des stations de recharge. Les ingénieurs utilisent ces outils pour améliorer l'efficacité et réduire les temps de charge, tout en garantissant la sécurité et la fiabilité des bornes.
Comment l'équipement de test de bornes de recharge est-il utilisé dans la recherche et le développement ?
Au cours du processus de conception des bornes de recharge, les ingénieurs utilisent des équipements de test pour mettre au point et valider les sous-systèmes et le système dans son ensemble :
- Simuler divers scénarios de charge : l'ingénieur utilise l'équipement de test de bornes de recharge pour simuler divers scénarios de charge, en reproduisant différents types de véhicules et conditions de charge.
- Contrôler la communication : il surveille la communication entre les bornes de recharge et le véhicule simulé, afin de détecter toute irrégularité dans l'intégrité ou la synchronisation du signal.
- Mesurer la puissance de sortie : l'ingénieur mesurera également la puissance de sortie dans différentes conditions de charge, afin de s'assurer que les bornes de recharge peuvent fournir la puissance requise de manière sûre et efficace.
- Débogage et validation : les concepteurs utilisent des équipements de test au cours du processus de conception pour créer des prototypes et valider les performances des nouveaux produits.
- Vérifier la fiabilité : enfin, les ingénieurs vérifient que la borne de recharge peut desservir de manière fiable une large gamme de véhicules électriques dans diverses conditions environnementales.
Quelles sont les mesures typiques effectuées dans le domaine de l'électronique de puissance et des systèmes pour véhicules électriques ?
- Mesures de tension : les mesures de tension sont essentielles pour évaluer le potentiel électrique dans l'électronique de puissance et les systèmes des véhicules électriques. Elles fournissent des informations sur le comportement des circuits électriques et garantissent leur bon fonctionnement dans des limites de tension sûres.
- Mesures d'intensité : les mesures d'intensité (aussi appelée courant) mesurent le débit de charge électrique dans l'électronique de puissance et les systèmes des véhicules électriques. Des mesures d'intensité précises sont essentielles pour surveiller la consommation d'énergie et garantir la sécurité des composants électriques.
- Surveillance de la température : la surveillance de la température est essentielle pour prévenir la surchauffe et garantir la longévité de l'électronique de puissance et des systèmes de batterie dans les véhicules électriques. Elle contribue à préserver le rendement et la sécurité du fonctionnement.
- Analyse du facteur de puissance (FP) : les mesures du facteur de puissance évaluent le rendement de la conversion de puissance électrique au sein de l'électronique de puissance. Un facteur de puissance élevé indique une utilisation efficace de l'énergie, ce qui réduit les pertes et les coûts énergétiques.
- Analyse des harmoniques : les harmoniques sont des distorsions indésirables des ondes électriques susceptibles d'avoir un impact sur les performances du système. L'analyse des harmoniques permet d'identifier et d'atténuer ces distorsions afin de préserver la qualité de l'alimentation.
- Mesures de rendement : les mesures de rendement évaluent l'efficacité de la conversion et de la consommation de l'énergie dans les systèmes électroniques de puissance et les systèmes des véhicules électriques. Un rendement élevé est essentiel pour réduire les pertes énergétiques et assurer un fonctionnement rentable.
- Ondulation de tension : l'ondulation ou les fluctuations de tension peuvent affecter le fonctionnement des composants électroniques sensibles. Il est important de contrôler et de minimiser les ondulations pour garantir des performances stables et fiables au système.
- Mesures de l'état de charge : les mesures de l'état de charge sont particulièrement pertinentes pour la gestion de la batterie des véhicules électriques. Elles déterminent l'énergie disponible présente dans la batterie, ce qui permet d'estimer l'autonomie avec précision et d'éviter les décharges excessives.
- Mesures de la tension du bus DC : la surveillance de la tension du bus DC garantit la stabilité du système et protège les composants critiques, tels que les onduleurs et les convertisseurs de puissance. Cela est essentiel pour un fonctionnement sûr et fiable.
- Surveillance de la consommation d'énergie : la mesure de la consommation d'énergie fournit des informations sur l'efficacité de l'utilisation de l'énergie, ce qui permet d'optimiser et de réduire les coûts dans les applications de l'électronique de puissance et celles des véhicules électriques. Elle permet de gérer efficacement la consommation d'énergie et d'identifier les domaines à améliorer.
- Tests d'isolement : les tests d'isolement contrôlent la sécurité électrique et aident à prévenir les risques électriques. Ils confirment que les circuits et les composants sont correctement isolés et exempts de défauts potentiels, garantissant ainsi un fonctionnement en toute sécurité.
