一、技術背景：電動汽車與電網間的互動連接

       隨著全球電動汽車產業的快速發展，汽車充電系統技術正面臨多重挑戰與機遇。電動汽車（簡稱EV）已不只是交通工具，它還可以在災害或其他特殊情況下充當應急電源，并且隨著可再生能源比例的增加，EV的電源系統可作為分布式儲能單元，消納光伏、風電的間歇性電能，與電網之間實現供需調節，提升能源系統韌性。

（一）OBC的工作原理與核心功能

          OBC，全稱On Board Charge，指的是安裝在電動汽車中的充電系統，負責將電網的交流電（AC）轉換為直流電（DC），為汽車動力電池充電。雙向OBC需要進一步集成逆變功能，支持V2G（車輛到電網）和V2L（車輛到負載），將電池的直流電逆變為交流電回饋電網或供外部設備使用。

（二）快速充電的技術挑戰

          電動汽車OBC與電網間的互動與供需調節，需要實現高速充電才有可行性，同時雙向逆變器的開發也是前提。

（三）普通充電vs.快速充電

          普通充電使用的是傳統單相AC電源充電機，通過電動汽車內部AC/DC轉換器(車載充電機)，將交流電轉換為直流電，再給車輛電池充電，充電時間通常需要10個小時以上。

快速充電是通過連接至電網的充電站（Off Board Charger）支持大電流輸出，從而能在短時間內完成充電。

（四）高壓電池系統和OBC內部升壓需求

          相比于傳統單相交流充電機采用100-240V低壓電網輸入，車載充電機要實現快速充電，必須通過內部多級升壓，輸出高壓直流，并且能兼容800V以上的電池，以降低充電電流，減少線路損耗和發熱，從而支持更快的充電速度。

（五）逆變器、PFC與符合IEC標準的設計

          為了讓EV的電池充當交流電源，必須做好雙向逆變器電路設計。

          為顯著提升供電效能，還需要提高功率因數，因此新一代充電機開始配備功率因數校正電路(PFC)。

          同時由于車載電源要反向輸出連接到低壓電網，不能有諧波電流流出或引起電壓波動，它必須滿足IEC標準。

二、面對如此復雜的要求，橫河高精度功率分析儀WT5000是當仁不讓的研發利器！

圖3　顯示電壓、電流、功率因數、THD等示例

3、能量裁判，AC/DC?DC/AC轉換的高精度測量

     電動汽車充電機雖然在內部設置了多個轉換電路以實現高效傳輸，但由于該充電系統要直接接入市電電網，因此必須抑制諧波干擾以免對電網穩定性造成威脅。電動汽車OBC要配備PFC電路，還要內置DC/AC轉換器，用于控制直流電壓大小，同時設計這些電路要盡可能減少功率損耗。

      如圖4所示在轉換環節評價中，WT5000具有多通道輸入，可以高精度測量各電路的轉換效率。

圖4　車載充電機 PFC電路和DC/AC轉換器效率評價

4、電力精算師，拿捏累計功率和累計電流

     如圖5所示，WT5000所配備的累計功能還可長時間測量功耗(Wh)和電流消耗(Ah)，其中累計功能包括有功功率累計(功率量)、電流累計(電流量)、視在功率累計(視在功率量)和無功功率累計(無功功率量)。

     此外累計功能還為用戶提供了兩種模式，即測量電池等充放電的模式以及測量交流電買電和賣電的模式。

圖5　累計功率和累計電流的測量畫面示例

累計功能說明：

（1）充放電模式(Charge/Discharge)：

（2）按極性測量直流功率量(對每個采樣數據)。

（3）買賣電模式(Sold/Bought)：

（4）按極性測量交流功率消耗(每個數據更新周期)。

與累計功能有關的測量項目:

ITime  累計時間

WP      正、負兩個方向的功率量之和

WP+   正方向功率量之和(消耗功率量）

WP-    負方向功率量之和(返回電源側的功率量）

q         正、負兩個方向的電流量之和

q+      正方向I之和(電流量）

q-       負方向I之和(電流量）

WS      視在功率量

WQ     無功功率量

（二）PC直連，啟動大師模式

1、符合IEC標準的諧波/閃變測量

     將WT5000與軟件集成平臺IS8010一同使用，即可進行符合IEC61000-3-2標準的諧波測量或符合IEC61000-3-3標準的電壓波動和閃變測試。

     如圖6所示用戶還可通過使用特殊型號的AC/DC電流傳感器CT200，獲取IEC 61000-3-11和IEC 61000-3-12所規定的每相超過16A的諧波和電壓波動/閃變測試。普通電動汽車充電機所使用的家用插座必須符合上述標準。

圖6　符合IEC標準的諧波/閃變測試系統

2、波形“福爾摩斯”：通過連續測量確認異常

     如圖7所示，當用戶需要長時間連續測量電壓、電流、功率等數據時，可使用IS8000實時查看并保存功率參數趨勢。

     如圖8所示在連接一臺WT5000的情況下用戶即可在PC端上通過放大功率值的異常位置點檢查對應的波形數據；如若用戶需在此基礎上進一步保存波形數據，則可通過配置/DS (數據流)選件加以實現。

圖7　使用IS8000顯示電壓/電流/功率趨勢

圖8　通過放大功率值下降的部分來確認異常波形

（三）聯合示波器進行OBC研發

1、長期數據記錄和信號異常下的高速測量

      示波記錄儀是一款多通道絕緣波形觀測儀，如圖9所示，其雙捕獲功能可以用不同的采樣率捕獲波形。設備還可在使用低速采樣收集數據總結長期趨勢的同時，開啟高速采樣功能，捕獲波形中的突發瞬態。

      此外通過IS8000，可以將示波記錄儀所捕獲的波形數據與使用IEEE1588的WT5000功率數據同步顯示，便于用戶在功率波動期間進行更詳細的波形觀測。

圖9 雙捕獲功能測量示例

2、觀測PFC電路波形

      對于PFC電路和雙向逆變器電路的設計和運行檢查，混合信號示波器和8通道輸入是好助手，升級至12位的波形觀測分辨率，為工程師們提供更為精準的測試。