CN109270383A - 一种非侵入式充电桩自动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非侵入式充电桩自动检测方法，包括以下方面：所述方法对充电桩内部K1、K2、K3、K4继电器开关触电及充电状态过程进行检测时，线路上出现的特征信号进行特征量的提取归纳，之后，通过特征算法，对其发生的特征信号，进行自动获取判断，实现免接线检测的过程；通过将绝缘检测电路做成模块，放入现场检测仪内部，通过充电桩枪头进行检测；对原本要利用示波器开桩检测的充电时序及电流缓降测试项目进行时间序列上检测记录，并由检测仪对其自动判断是否合格，实现了现场不再带示波器的检测方式，本发明可对新老国标的充电桩进行测试，同时无需从充电设施内部进行接线，造成侵入式的破坏，大大的提高现场的检测效率以及安全性。

Description

一种非侵入式充电桩自动检测方法

技术领域

本发明涉及充电桩检测技术领域，具体为一种非侵入式充电桩自动检测方法。

背景技术

充电桩在政策鼓励背景下，数量迅猛增长。

由于涉及电能贸易结算公平及安全问题，公司及计量行业急需提高对充电桩检定检测能力。

目前，对于充电桩检测，现场及实验室均存在的一类问题是普遍需要开桩。这带来两个问题：一方面计量部门反对开桩，希望充电桩作为整体检定单元，在不打开桩体的情形下对所有充电桩系列进行现场测试(包括互操作检测标准及绝缘检测)，认为开桩将影响充电桩作为一个整体计量器具的完整性，开桩这一行为将受到法定授权计量机构的强烈反对。另一方面：新标准旧标准充电桩接线方式不一样，开桩需要充电桩供应商现场配合接线，而这种小而分散的现场技术支持成本很高，这对国家大力推进的互联互通的测试带来很大的成本等难度。

利用分散的通用设备搭配进行现场检测。当前很多充电桩检测设备供应商设计时是参考chroma实验室设备，当时处于充电桩检测初期，检测设备主要通用设备搭建而成的方法，所以在其现场检测设备中也存在分立通用设备，比如说绝缘检测仪与示波器，而操作分立设备对操作设备人员提出了更细节更难的技能要求，增加了成本，也降低了工作效率。在后面的技术进步中开始使用专门设计的接口模拟器，但是由于部分互操作项目，现场还是需要同样的示波器完成现场测试项目。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非侵入式充电桩自动检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题，测试过程无须打开充电桩机柜即可完成所有测试，屏蔽充电桩内部细节，对所有新老国标的充电桩来说，只对充电设施的枪口进行检测，检测方法和过程都一样，同时也可以免除携带示波器等通用工具，提高现场检测效率，降低现场操作复杂度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非侵入式充电桩自动检测方法，包括以下方面：

所述方法对充电桩内部K1、K2、K3、K4继电器开关触电及充电状态过程进行检测时，线路上出现的特征信号进行特征量的提取归纳，之后，通过特征算法，对其发生的特征信号，进行自动获取判断，实现免接线检测的过程；

通过将绝缘检测电路做成模块，放入现场检测仪内部，通过充电桩枪头进行检测；

对原本要利用示波器开桩检测的充电时序及电流缓降测试项目进行时间序列上检测记录，并由检测仪对其自动判断是否合格，实现了现场不再带示波器的检测方式。

进一步的，所述继电器开关特征判断识别检测为：

对于非车载充电机的母线电压的特征量检测，可根据充电机输出的电压调节特点以及充电机输出继电器跳变时的特点进行特征提取分析；对继电器动作频谱上的提取，特征信号进行分析；

通过长期现场检测工作，总结充电桩涉及K1、K2继电器断开时的特征情况为以下几种：

模式1：充电桩电源突然断开情况下：电压由原来幅值降为0，电流由原来幅值降为0，功率也由原来幅值降为0；

模式2：充电桩正常工作状态下短路保护、过压情况主动断开情况如下：电压由原来幅度减小至0，短路引起的电流则由原来幅度先增大后减小至0；

判断步骤如下：

步骤1：预判：通过电压电流为零进行预先判断事件已发生；

步骤2：存储逼近电压电流的0点时的多个周波信息进行时序频谱转换运算，得到频谱；

步骤3：辨别：根据继电器的频谱特性，其在触点接触时，在频谱4k-10k有个波峰，在计算得到的频谱中，如果在这个频率段范围含有这个波峰，我们认为模式2发生，即继电器主动进行了开关动作。

进一步的，所述步骤2中选择的多个周波信息为5个周波信息。

进一步的，所述绝缘性能检测为：

采用非侵入的方式对非车载充电机进行绝缘性能检测，设计绝缘检测电路连接DC+与PE、DC-与PE之间，启动绝缘监测后，调用高压发生模块，对充电枪引入的母线与PE之间分别加载高压，并通过检测DC+与PE、DC-与PE之间的电流来得到其绝缘阻值。

进一步的，所述充电时序检测为：

本方法所提出非侵入式的检测方式不再使用示波器配合检测，该方法主要通过工控机检测非车载充电机检测点DC+、DC-、CCS1、CCS2、A+、A-的时序序列变化来判断充电机的交互过程是否处于正常时序状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提出的方法给现场安装后的充电桩的互操作性检测、计量检测。提供了一种兼容性极强检测方法，可对新老国标的充电桩进行测试，同时无需从充电设施内部进行接线，造成侵入式的破坏，因此也无需充电桩厂家人员的配合。另外，也大大的提高现场的检测效率以及安全性。其测试方法大力推广之后，也将大大的为检测人员减少大量的测试时间，且提供了可测试的可行性，避免了测试时，需要充电桩厂家的配合，大大加大社会成本。据初步测算，对于现场测试，其安装后的充电桩都需要进行周期检查，其社会上充电桩的数量极大，预测到2020年，将达到50万个。由以上数据可知，假如每台桩节省检测的时间为1小时，同时根据正在编写的标准《充电设备现场检测规程》，充电桩的周期检查为3年，则平均每年检测的充电桩为17万台，此时一年可节省时间为17万小时，同时节省购买设备一百多套。另外，据本发明实测效果，该方法同样可以较大的提高实验室内的检测效率。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

图示说明：1-直流充电桩；2-直流充电桩现场检测仪；3-负载。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

如图1所示，三个框内代表电动汽车现场检测系统，所述电动汽车现场检测仪至少包含有一个现场校验仪，一个负载单元。

本发明提供一种技术方案：一种非侵入式充电桩自动检测方法，包括以下方面：

所述方法对充电桩内部K1、K2、K3、K4继电器开关触电及充电状态过程进行检测时，线路上出现的特征信号进行特征量的提取归纳，之后，通过特征算法，对其发生的特征信号，进行自动获取判断，实现免接线检测的过程；

通过将绝缘检测电路做成模块，放入现场检测仪内部，通过充电桩枪头进行检测；

对原本要利用示波器开桩检测的充电时序及电流缓降测试项目进行时间序列上检测记录，并由检测仪对其自动判断是否合格，实现了现场不再带示波器的检测方式。

进一步的，所述继电器开关特征判断识别检测为：

对于非车载充电机的母线电压的特征量检测，可根据充电机输出的电压调节特点以及充电机输出继电器跳变时的特点进行特征提取分析；对继电器动作频谱上的提取，特征信号进行分析；

通过长期现场检测工作，总结充电桩涉及K1、K2继电器断开时的特征情况为以下几种：

模式1：充电桩电源突然断开情况下：电压由原来幅值降为0，电流由原来幅值降为0，功率也由原来幅值降为0；

模式2：充电桩正常工作状态下短路保护、过压情况主动断开情况如下：电压由原来幅度减小至0，短路引起的电流则由原来幅度先增大后减小至0；

判断步骤如下：

步骤1：预判：通过电压电流为零进行预先判断事件已发生；

步骤2：存储逼近电压电流的0点时的多个周波信息进行时序频谱转换运算，得到频谱；

步骤3：辨别：根据继电器的频谱特性，其在触点接触时，在频谱4k-10k有个波峰，在计算得到的频谱中，如果在这个频率段范围含有这个波峰，我们认为模式2发生，即继电器主动进行了开关动作。

需要说明的几点如下：

①时频转换计算量巨大，使用实时检测将极大的耗费处理器的资源，现场在线计算资源有限可能导致检测系统工作紊乱，不能正常进行，加入步骤1预判断的方式，可在预判条件发生后进行判断，可以避免FFT计算扰乱检测系统的正常运行；

②AD转换高精度与高转换速率较难兼顾，本方法最后要用于高精度的现场校验工作，所以必须选择高精度转换AD，这里选择24位470Hz的AD转换器(市场上24位200kHz已有，但是价格昂贵)，根据奈奎斯特采样定理，采集到的有效信息只在940Hz以内，频域非常窄，超过了继电器频域特性范围4k-10k；

针对此问题，设计使用双AD转换器的方式进行设计，一种高精度中频的AD转换器用于完成上述的高精度测量以及特征预判，另一个AD则为高频AD转换器，其采样率为1MHz，其中，由于继电器作用断开和闭合时间最大的一般不超过100ms，而其触点分合时间一般不超过5ms，此处预留足够余量，将取10.24ms的数据量进行傅里叶转换变换；

③傅里叶变换在离散域中一般称为DFT，这类算法在微处理器处理时运算量巨大，为提高运算速度，普遍使用快速傅里叶变换-FFT；

同时，为进一步加快算法处理，此处我们还将进一步对计算需要用到的旋转因子进行预处理，处理后过程则直接使用，无需再重复计算，实现短时的实时运算需求，也解决了微处理器性能跟不上的情况。

进一步的，所述步骤2中选择的多个周波信息为5个周波信息。

进一步的，所述绝缘性能检测为：

采用非侵入的方式对非车载充电机进行绝缘性能检测，设计绝缘检测电路连接DC+与PE、DC-与PE之间，启动绝缘监测后，调用高压发生模块，对充电枪引入的母线与PE之间分别加载高压，并通过检测DC+与PE、DC-与PE之间的电流来得到其绝缘阻值。

检测仪非电气连接的各带电回路之间、各独立带电回路与地(金属外壳)之间按表1规定施加直流电压，绝缘电阻应不小于10MΩ；

需要说明的是高压发生的电压应符合下表要求；

表1绝缘试验的试验电压

单位为伏特

额定输入电压U	绝缘电阻测试仪器的电压
		U≤60	250
60＜U≤300	500
		300＜U≤700	1000
700＜U≤950	1000

进一步的，所述充电时序检测为：

本方法所提出非侵入式的检测方式不再使用示波器配合检测，该方法主要通过工控机检测非车载充电机检测点DC+、DC-、CCS1、CCS2、A+、A-的时序序列变化来判断充电机的交互过程是否处于正常时序状态。

需要说明的是：

同步性：采样板的采样系统分为两套，一套用于高压电参数采集，一套用于低压信息采集，两套系统采用各自的MCU，而时序判断必须是同一时刻进行，针对此同步性的要求，设计每次由低压信息采集系统开始采集发起同步信号，高压收到同步信号即从零时刻开始计时记录；

减少数据量：如果完全按照示波器进行无差别记录，数据量过大，现场检测仪处理器资源不够使用，设计进行关键点触发方式记录，将每个时序信号的变化的关键时刻进行触发记录；举例说明：按标准所述，4V变化到6V是一个状态变化，低压采集MCU认为由4V升到5.2V即认可为已到6V，记录5.2V时刻(标准里认为是上下0.8V)，该时刻认为是关键时刻，记录该时刻并上传信息至工控机记录，同时启动高压电参数系统进行记录；

瞬时脉冲干扰的排除：工作现场是大量电力电子设备集中地，存在大量的瞬时态脉冲干扰，为避免此种干扰，采集过程中采用了滤波工作，在采集到上例中5.2时刻时，需要还采集200个点进行平均计算，平均值达到这一要求时才进行记录；

验证充电时序：通过报文可以接收到目标时刻应该有的时序状态，与工控机记录的时序状态对比可以验证目标充电桩充电时序的正确性，同时也可以与国家标准17487.1-2005标准时序图进行比对判断；

电流电压缓降等使用示波器情况：与上记录时刻方式一致，当电流或电压缓降至标准规定的5％原值时，进行时刻记录，再以该时刻与标准要求的降升时间要求进行比较，以验证是否缓降合格。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种非侵入式充电桩自动检测方法，其特征在于：包括以下方面：

所述方法对充电桩内部K1、K2、K3、K4继电器开关触电及充电状态过程进行检测时，线路上出现的特征信号进行特征量的提取归纳，之后，通过特征算法，对其发生的特征信号，进行自动获取判断，实现免接线检测的过程；

通过将绝缘检测电路做成模块，放入现场检测仪内部，通过充电桩枪头进行检测；

对原本要利用示波器开桩检测的充电时序及电流缓降测试项目进行时间序列上检测记录，并由检测仪对其自动判断是否合格，实现了现场不再带示波器的检测方式。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩自动检测方法，其特征在于：所述继电器开关特征判断识别检测为：

对于非车载充电机的母线电压的特征量检测，可根据充电机输出的电压调节特点以及充电机输出继电器跳变时的特点进行特征提取分析；对继电器动作频谱上的提取，特征信号进行分析；

通过长期现场检测工作，总结充电桩涉及K1、K2继电器断开时的特征情况为以下几种：

模式1：充电桩电源突然断开情况下：电压由原来幅值降为0，电流由原来幅值降为0，功率也由原来幅值降为0；

模式2：充电桩正常工作状态下短路保护、过压情况主动断开情况如下：电压由原来幅度减小至0，短路引起的电流则由原来幅度先增大后减小至0；

判断步骤如下：

步骤1：预判：通过电压电流为零进行预先判断事件已发生；

步骤2：存储逼近电压电流的0点时的多个周波信息进行时序频谱转换运算，得到频谱；

步骤3：辨别：根据继电器的频谱特性，其在触点接触时，在频谱4k-10k有个波峰，在计算得到的频谱中，如果在这个频率段范围含有这个波峰，我们认为模式2发生，即继电器主动进行了开关动作。

3.根据权利要求2所述的一种非侵入式充电桩自动检测方法，其特征在于：所述步骤2中选择的多个周波信息为5个周波信息。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩自动检测方法，其特征在于：所述绝缘性能检测为：

采用非侵入的方式对非车载充电机进行绝缘性能检测，设计绝缘检测电路连接DC+与PE、DC-与PE之间，启动绝缘监测后，调用高压发生模块，对充电枪引入的母线与PE之间分别加载高压，并通过检测DC+与PE、DC-与PE之间的电流来得到其绝缘阻值。

5.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩自动检测方法，其特征在于：所述充电时序检测为：

本方法所提出非侵入式的检测方式不再使用示波器配合检测，该方法主要通过工控机检测非车载充电机检测点DC+、DC-、CCS1、CCS2、A+、A-的时序序列变化来判断充电机的交互过程是否处于正常时序状态。