基于μC/OS-II系統(tǒng)的直流充電樁整流模塊老化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 軍，向 玲

基于μC/OS-II系統(tǒng)的直流充電樁整流模塊老化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 軍，向 玲

（杭州快電新能源科技有限公司，杭州 310052）

整流模塊的質(zhì)量是直流充電樁的關(guān)鍵，本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是為了通過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試來(lái)刷選出合格的產(chǎn)品，確保整機(jī)出廠的質(zhì)量。

μC/OS-II；直流充電樁；整流模塊；老化測(cè)試系統(tǒng)

1 引言

目前，國(guó)家正在大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，直流充電樁作為電動(dòng)汽車(chē)的基礎(chǔ)性設(shè)施，在其中起到重要的地位。充電樁的電源整流模塊是充電樁的核心部件，其性能占有舉足輕重的地位。整流模塊的生產(chǎn)廠家眾多，而且質(zhì)量參差不齊，電源整流模塊的穩(wěn)定性需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行測(cè)試，進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量合格的帥選，才能確保整機(jī)長(zhǎng)期的可靠性。

μC/OS-II是一種源碼開(kāi)放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，適合小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。它是一種多任務(wù)的完全可剝奪型的可ROM化的實(shí)時(shí)內(nèi)核，可以支持64個(gè)任務(wù)和64個(gè)優(yōu)先級(jí)（最新的版本可以支持255個(gè)任務(wù)）的管理，能提供給用戶(hù)很多的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、事件標(biāo)志、消息郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、時(shí)間管理等，其絕大多數(shù)的函數(shù)調(diào)用和服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間都是具有可確定性。

2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架圖設(shè)計(jì)

在大型充電站，為了實(shí)現(xiàn)快充，一般都采用高壓直流電壓對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電電池進(jìn)行充電。對(duì)輸出直流高壓的整流電源模塊進(jìn)行測(cè)試，整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)分為電氣部分和控制部分，這里主要討論的是控制部分?？刂撇糠謱?shí)現(xiàn)測(cè)試的控制和測(cè)試數(shù)據(jù)采集、處理、保存，這些工作主要是由控制器來(lái)完成，測(cè)試系統(tǒng)的框架圖如圖1所示?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)是采用LPC1700系列（ARM）微控制器芯片，植入μC/ OS-II實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核，在基于μC/OS-II平臺(tái)上采用多任務(wù)的模塊化處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)部分功能模塊的實(shí)時(shí)響應(yīng)和處理。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)框架圖

測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)控整流模塊的輸入輸出性能參數(shù)，才能判定模塊的整體性能。主要監(jiān)控采集的電參數(shù)如表1所示。

表1 主要監(jiān)控采集的電參數(shù)

通過(guò)這些參數(shù)的采集，可以得出模塊輸出電壓精度、輸出電流精度等性能參數(shù)，以及獲得這些參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線圖。從而獲得模塊的長(zhǎng)期運(yùn)行性能。

2.2 任務(wù)功能模塊設(shè)計(jì)

μC/OS-II是一種多任務(wù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，響應(yīng)快，內(nèi)核消耗少。一般會(huì)根據(jù)模塊的功能來(lái)劃分任務(wù)，用任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來(lái)控制響應(yīng)任務(wù)的先后次序。整流模塊測(cè)試系統(tǒng)的任務(wù)劃分為如下幾個(gè)主要部分：2.2.1 整流模塊控制任務(wù)

控制功能主要?jiǎng)澐譃椋?/p>

（1）對(duì)電源模塊的智能控制，目前的充電樁整流模塊都是采用CAN總線協(xié)議，通過(guò)CAN總線的通訊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊的輸出進(jìn)行控制、實(shí)現(xiàn)模塊狀態(tài)的采集。

（2）對(duì)電氣件的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫扣開(kāi)關(guān)、高壓直流繼電器、絕緣檢測(cè)模塊開(kāi)關(guān)、泄放電阻，以及防雷保護(hù)器等電氣保護(hù)件的控制。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集任務(wù)

⊙ 實(shí)現(xiàn)對(duì)交流參數(shù)的采集：交流電參數(shù)我們通過(guò)電表的采集來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，交流輸入功率通過(guò)功率計(jì)采集。

⊙ 實(shí)現(xiàn)對(duì)直流參數(shù)的采集：主要是直流電壓和電流兩個(gè)參數(shù)，電壓采用高壓霍爾傳感器，將直流高壓轉(zhuǎn)換成一定比例的低壓，低電壓經(jīng)由線性的光耦HCNR201傳輸，進(jìn)入主控芯片的AD采集端進(jìn)行采集，光耦HCNR201不僅線性度好，還實(shí)現(xiàn)信號(hào)2.5kV隔離傳輸，保護(hù)主電路不受干擾。電流采集通過(guò)0.5級(jí)分流器來(lái)實(shí)現(xiàn)，分流器采集到的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度差分放大器按照一定比例放大，轉(zhuǎn)換成差分電壓，差分電壓也經(jīng)由線性光耦HCNR201傳輸?shù)娇刂浦餍酒牟杉瞬杉?。采集精度可以達(dá)到1%F.S.。

⊙ 實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的采集：環(huán)境溫度采集通過(guò)DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)，采集精度較高，正負(fù)誤差不超過(guò)0.5℃，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只需要1跟I/O線即可。

2.2.3 人機(jī)交互界面

人機(jī)界面采用電容觸控屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，觸控屏需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的顯示控件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、測(cè)試參數(shù)的設(shè)置操作、測(cè)試啟動(dòng)和停止等按鈕的操作，并可以通過(guò)觸控屏查看模塊運(yùn)行過(guò)程中的警告報(bào)警和故障報(bào)警等。觸控屏與主芯片的通訊采用RS485總線，兩者之間根據(jù)規(guī)定的通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。

2.2.4 存儲(chǔ)部分

由于主芯片內(nèi)存放的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是有限的，不能滿(mǎn)足在標(biāo)準(zhǔn)老化測(cè)試時(shí)長(zhǎng)下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存的需求，因此，我們將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都將實(shí)時(shí)保存在U盤(pán)內(nèi)，控制器提供了U盤(pán)的TYPE A型接口，微控制器作為USB主控器能自動(dòng)檢測(cè)U盤(pán)存在，實(shí)現(xiàn)對(duì)U盤(pán)的操作，在μC/OS-II內(nèi)增加FAT32的文件系統(tǒng)，方便對(duì)U盤(pán)文件的讀寫(xiě)操作和文件管理。測(cè)試人員在測(cè)試完成后續(xù)，通過(guò)對(duì)U盤(pán)內(nèi)部保存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來(lái)評(píng)估整流模塊的運(yùn)行穩(wěn)定性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

直流樁充電模塊老化測(cè)試系統(tǒng)能實(shí)時(shí)且自動(dòng)化測(cè)試整流模塊的性能，在直流充電樁的生產(chǎn)過(guò)程中必不可少，對(duì)整機(jī)出廠性能的提高有著重大的意義。

[1] Jean J. Labroosse著．邵貝貝等譯．嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II（第2版）[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003

[2] GB/T 18487.1．電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求[S]，2015

Aging Testing System for Rectifier Module of Electric Vehicle Charger Based on μC/OS-II Embedded System

Liu Jun, Xiang Ling
(Hangzhou Fast Charge New Energy Technology Co., Ltd., Hangzhou, 310052)

Rectifier module are the core of DC charger．This test system is designed for vigorous selection process of rectifier modules，to ensure the quality of whole system．

μC/OS-II; Electric vehicle charger; Rectifier Module; Aging Testing System

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.002

TM910.6，TQ317.6文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）07-0005-02