CN109782097B - 一种充电设施远程计量系统及其计量方法 - Google Patents
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Abstract
一种充电设施远程计量系统及其计量方法属于充电计量领域；包括法定计量机构和充电站；所述法定计量机构包括电动汽车标准装置、充电桩标准装置和充电设施大数据分析平台；所述充电站包括充电桩和直流充电机远程在线检定装置；所述充电桩数量为若干；所述电动汽车标准装置通过标准车连接直流充电机远程在线检定装置，所述直流充电机远程在线检定装置分别连接充电桩标准装置和充电桩，所述充电桩与充电设施大数据分析平台连接；实现对充电设施计费准确性与运行可靠性的实时评价，从而完成对充电设施实时在线的远程计量。
Description
技术领域
本发明属于充电计量领域，尤其涉及一种充电设施远程计量系统及其计量方法。
背景技术
远程计量(Remote Calibration或Tele-Calibration)是指借助计算机网络技术，使检测人员可以远程控制被测设备，异地完成仪器的校准。远程计量能够显著降低检测成本、缩短量值溯源和传递时间、将固化的周期检测转化为实时在线检测。如何通过远程计量手段实现对电动汽车充电设施的远程计量是一个亟待的技术问题。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种充电设施远程计量系统及其计量方法，利用充电桩与电动汽车多对多的网状关系，实现多对多的网状参数比对与量值传递，根据电动汽车在充电状态下参数的短期稳定性，评估参数比对和量值传递过程的计量精度，通过不确定度评估保障计量准确性，实现对充电设施计费准确性与运行可靠性的实时评价，从而完成对充电设施实时在线的远程计量。
本发明的技术方案：
一种充电设施远程计量系统，包括法定计量机构和充电站；所述法定计量机构包括电动汽车标准装置、充电桩标准装置和充电设施大数据分析平台；所述充电站包括充电桩和直流充电机远程在线检定装置；所述充电桩数量为若干；所述电动汽车标准装置通过标准车连接直流充电机远程在线检定装置，所述直流充电机远程在线检定装置分别连接充电桩标准装置和充电桩，所述充电桩与充电设施大数据分析平台连接；
所述直流充电机远程在线检定装置包括电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块和远程通讯模块；所述远程通讯模块分别连接电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块；所述电压电流采集模块包括电压电流传感器，所述电压电流传感器包括A/D采样模块、分流器和分压器；所述电压电流采集模块用于实时采集充电设施输出的电压和电流；
所述远程通讯模块包括CAN接口和485接口，装有通信天线，能够使用4G手机网络进行数据传输。
进一步地，所述直流充电机远程在线检定装置接入充电桩与充电枪之间，具有监听和测量功能，通过监听数据线上的传输信息获得充电桩、电动汽车的参数值和仪表测量值；通过测量功能得到充电桩和电动汽车的参数实际值，形成两组数据发回后台的数据挖掘平台。
一种基于所述一种充电设施远程计量系统实现的计量方法，包括下列步骤：
步骤a、法定计量机构对某一台电动汽车进行校准，该车辆为“标准车”；
步骤b、法定计量机构使用标准车和直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量，并将结果通过无线网络传回充电设施大数据分析平台，所述充电桩为“标准桩”；
步骤c、车辆在标准桩进行充电，充电设施大数据分析平台记录充电过程数据，根据标准桩的参数对车辆数据进行校准，记录参数误差；
步骤d、车辆在标准桩充电后又在其他充电桩充电，充电设施大数据分析平台根据校准过的车辆数据，对其他充电桩进行校准；
步骤e、重复步骤d，当某一充电桩的充电数据累积到一定量后，充电设施大数据分析平台执行误差分析模型，修正多次量值传递后的误差，过滤异常值，综合评价所述充电桩的参数偏离区间，并判断所述充电桩是否在合理范围内，如不在，则标为异常充电桩，并提醒工程师进行现场计量；
步骤f、工程师对异常充电桩进行现场计量，并上传所述异常充电桩的新计量数据，所述异常充电桩成为新的标准桩。
进一步地，所述标准桩的数量为若干，避免多次量值传递会导致累积误差。
进一步地，所述对某一充电站的某一充电桩进行计量，包括充电桩的输出电压、输出电流和输出电能。
进一步地，所述直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量的方法，包括电压电流传感器通过A/D采样模块、分流器和分压器实时采集充电设施输出的电压和电流，所述电压和电流与通过CAN总线通讯得到的电压、电流进行比较，再与充电时间计算，求出一次充电中实际消耗的电量，再与通过CAN总线通讯抓取的充电设施统计数据报文中输出能量进行比较，来计量该充电设施计费的准确度。
进一步地，所述“标准车”和“标准桩”，作为后续量值比对的基础。
进一步地，所述车辆与充电桩之间为网状关系，形成“一车对多个桩”、“一桩对多个车”的数据网。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供了一种充电设施远程计量系统及其计量方法，利用充电桩与电动汽车多对多的网状关系，实现多对多的网状参数比对与量值传递，根据电动汽车在充电状态下参数的短期稳定性，评估参数比对和量值传递过程的计量精度，通过不确定度评估保障计量准确性，实现对充电设施计费准确性与运行可靠性的实时评价，从而完成对充电设施实时在线的远程计量。
附图说明
图1是一种充电设施远程计量系统图；
图2是直流充电机远程在线检定装置结构图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一
一种充电设施远程计量系统，如图1所示，包括法定计量机构和充电站；所述法定计量机构包括电动汽车标准装置、充电桩标准装置和充电设施大数据分析平台；所述充电站包括充电桩和直流充电机远程在线检定装置；所述充电桩数量为若干；所述电动汽车标准装置通过标准车连接直流充电机远程在线检定装置，所述直流充电机远程在线检定装置分别连接充电桩标准装置和充电桩，所述充电桩与充电设施大数据分析平台连接；
如图2所示，所述直流充电机远程在线检定装置包括电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块和远程通讯模块；所述远程通讯模块分别连接电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块；所述电压电流采集模块包括电压电流传感器，所述电压电流传感器包括A/D采样模块、分流器和分压器；所述电压电流采集模块用于实时采集充电设施输出的电压和电流；
所述远程通讯模块包括CAN接口和485接口，装有通信天线，能够使用4G手机网络进行数据传输。
具体地，所述直流充电机远程在线检定装置接入充电桩与充电枪之间，具有监听和测量功能，通过监听数据线上的传输信息获得充电桩、电动汽车的参数值和仪表测量值；通过测量功能得到充电桩和电动汽车的参数实际值，形成两组数据发回后台的数据挖掘平台。
通讯完成后数据传输至后台进行存储与操作，鉴于3G网络的连续性和实时性，以及费用相对较低，现在拟用3G网络进行数据最终的传输。
该装置接入充电桩与充电枪之间，具有监听和测量功能，通过监听数据线上的传输信息获得充电桩、电动汽车的参数值和仪表测量值；通过测量功能得到充电桩和电动汽车的参数实际值，形成两组数据发回后台的数据挖掘平台。
直流充电机远程在线检定装置以现有的直流充电机计量装置为基础，加装了通讯模块、服务器与测试软件。
传输模块具备工业can接口和485接口，内嵌TCP/IP协议栈，装有通信天线，可使用4G手机网络进行数据传输。传输过程为全透明的，模块不对数据进行任何更改及处理。为了保障传输过程稳定可靠，数据包顺序正确不发生错乱，避免丢包、延迟，该模块使用电力系统的101通信规约进行数据发送。原有的直流充电机计量检定装置在加装了该模块后可以采集can数据，通过4G网络传回后台服务器端。
测试软件基于美国Borland公司的Delphi可视化程序进行编写。测试人员根据直流充电机采用的通讯协议版本选择模拟BMS的通讯版本，与充电机进行连接。目前深圳市的充电设施中一般有三种充电协议版本，深圳地标版本、旧国标版本和新国标版本，所述测试软件同时覆盖这三种充电协议版本。而且，为了便于获取电动汽车在实际充电过程中的充电数据，所述软件能够通过监听CAN上传输的数据报文实现对充电中的非车载充电机与电动汽车通讯过程的监控，该功能也支持三种充电协议版本。
充电设施大数据分析平台采用深圳市发改委预备建设的充电设施安全监控大数据平台，具备数据接口，可以接收来自各充电运营企业数据平台的实时运行数据。本发明通过数据挖掘的手段，利用充电桩与电动汽车多对多的网状关系，实现多对多的网状参数比对与量值传递。根据电动汽车在充电状态下参数的短期稳定性，评估参数比对和量值传递过程的计量精度，通过不确定度评估保障计量准确性，实现对充电设施计费准确性与运行可靠性的实时评价，从而完成对充电设施实时在线的远程计量。
本发明既是构建高效可靠的充电服务体系的重要一环，也是推进计量检测技术更新换代的先行切入点，对于电动汽车产业和检测服务产业两大领域都有着重要的研究意义。一方面，将在全国范围内，率先开展基于大数据的充电设施远程计量，建立标准，为各充电桩生产、运营企业提供量值传递。将数以万计的充电桩的定期现场计量转化为实时在线的远程计量，解决了充电设施涉及的参数计量和计费结算问题，保证计费结算公平公正，避免争议，消除纠纷。另一方面，通过大数据监管，分析充电桩的温度、电流、电压、电能量等重要参数的波动与变化趋势，评估各充电桩的实时运行状态，实现故障预测与分级预警，保障充电设施的运行可靠性。此外，通过大数据整合分析，还可以对故障原因举一反三，发现生产企业中存在的共性问题，提供应用数据与测试数据支持，发挥计量的基础保障作用，成为生产企业改进工艺、提升技术的重要助力，具有可观的社会效益和经济效益。
具体实施方式二
一种基于所述一种充电设施远程计量系统实现的计量方法，包括下列步骤：
步骤a、法定计量机构对某一台电动汽车进行校准，该车辆为“标准车”；
步骤b、法定计量机构使用标准车和直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量，并将结果通过无线网络传回充电设施大数据分析平台，所述充电桩为“标准桩”；
步骤c、车辆在标准桩进行充电，充电设施大数据分析平台记录充电过程数据，根据标准桩的参数对车辆数据进行校准，记录参数误差；
步骤d、车辆在标准桩充电后又在其他充电桩充电，充电设施大数据分析平台根据校准过的车辆数据，对其他充电桩进行校准；
步骤e、重复步骤d，当某一充电桩的充电数据累积到一定量后，充电设施大数据分析平台执行误差分析模型，修正多次量值传递后的误差，过滤异常值，综合评价所述充电桩的参数偏离区间，并判断所述充电桩是否在合理范围内，如不在，则标为异常充电桩，并提醒工程师进行现场计量；
步骤f、工程师对异常充电桩进行现场计量，并上传所述异常充电桩的新计量数据，所述异常充电桩成为新的标准桩。
具体地，所述标准桩的数量为若干，避免多次量值传递会导致累积误差。
具体地，所述对某一充电站的某一充电桩进行计量，包括充电桩的输出电压、输出电流和输出电能。
充电桩的输出电压(误差≤0.5％)、输出电流(误差≤1％)、输出电能(误差≤2％)。其中，电压、电流参数通过监听充电过程中充电设施与电动汽车之间的通讯过程采集到，电能参数在充电过程结束后可以通过计算得到。
具体地，所述直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量的方法，包括电压电流传感器通过A/D采样模块、分流器和分压器实时采集充电设施输出的电压和电流，所述电压和电流与通过CAN总线通讯得到的电压、电流进行比较，再与充电时间计算，求出一次充电中实际消耗的电量，再与通过CAN总线通讯抓取的充电设施统计数据报文中输出能量进行比较，来计量该充电设施计费的准确度。
直流充电机远程在线检定装置，其中CAN总线通讯和电压电流采样属于并列关系，两者可以分别进行研究，然后再将两者得到的数据进行比较，最终将数据进行远程传输。
具体地，所述“标准车”和“标准桩”，作为后续量值比对的基础。
具体地，所述车辆与充电桩之间为网状关系，形成“一车对多个桩”、“一桩对多个车”的数据网。
利用充电机与电动汽车之间的数据关系为多对多的网状对应关系。一台充电机可以为多台电动汽车服务，一台电动汽车可以在多台充电机上进行充电，两者之间形成了网状交叉结构。利用充电汽车的移动性，可以实现参数在多台充电机和多辆电动汽车之间的传递。采用基于概率的数据挖掘方法，该方法能够对于数据分类结果给出置信度，对于需要预测的参数，可以给出各参数属于各类别的概率。贝叶斯网络方法是大数据领域处理不确定性问题的重要方法之一，在数据分析、模式识别及建模等方面具有很强的优势。贝叶斯网是一种用来表示联合概率分布的有向无环图。贝叶斯网推理算法可以在给定一组证据节点值时计算查询节点的后验概率分析。利用贝叶斯网算法可以构建电动机与充电汽车的数据关系网络，估计每一步量值传递动作的平均误差，给出参数处于正常或偏差的概率，从而判断设备是否正常工作。
为有效保障充电设施安全监控数据的准确性与数据上传过程的可靠性，本发明应配备至少一套直流充电机远程在线计量检定装置，能通过现场计量检测，发现数据错误、遗漏、篡改等异常情况，对于数据异常的充电设施作出标记并报警。本实施方式在数据准确性和可靠性具有下列优势：
(1)直流充电机远程在线计量检定装置的最大允许误差要求，直流充电机远程在线计量检定装置的技术指标：交流电流采集范围：0～63A，交流电流采集精度≤±0.1％，交流电压采集精度≤±0.1％，交流电能采集精度≤±0.2％。
直流电压测量范围:10V～600V，直流电压测量准确度≤±0.1％，直流电能测量准确度≤±0.2％。
(2)现场测量的不确定度评定,直流电能测量不确定度≤0.3％，交流电能测量不确定度≤0.3％。
(3)直流充电机远程在线计量检定装置具备模拟电池管理系统的功能，保证通信协议一致性测试，测试标准应覆盖原有及现有的通信协议，即覆盖深圳市地方标准、GB/T27930-2011、GB/T 27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》。
(4)充电设施上传数据过程可靠,
直流充电机远程在线计量检定装置能够对充电设施进行模拟故障测试，充电设施应能正确上传报警信息和故障信息报文，无错误、无遗漏、无数据篡改，报文传输一致性应优于99.9％,对于一致性不达标的充电设施，通知充电站停用该充电设施，进行维修或更换。
Claims (8)
1.一种充电设施远程计量系统，其特征在于，包括法定计量机构和充电站；所述法定计量机构包括电动汽车标准装置、充电桩标准装置和充电设施大数据分析平台；所述充电站包括充电桩和直流充电机远程在线检定装置；所述充电桩数量为若干；所述电动汽车标准装置通过标准车连接直流充电机远程在线检定装置，所述直流充电机远程在线检定装置分别连接充电桩标准装置和充电桩，所述充电桩与充电设施大数据分析平台连接；
所述直流充电机远程在线检定装置包括电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块和远程通讯模块；所述远程通讯模块分别连接电压电流采集模块、直流充电桩通讯模块；所述电压电流采集模块包括电压电流传感器，所述电压电流传感器包括A/D采样模块、分流器和分压器；所述电压电流采集模块用于实时采集充电设施输出的电压和电流；
所述远程通讯模块包括CAN接口和485接口，装有通信天线，能够使用4G手机网络进行数据传输。
2.根据权利要求1所述一种充电设施远程计量系统，其特征在于，所述直流充电机远程在线检定装置接入充电桩与充电枪之间，具有监听和测量功能，通过监听数据线上的传输信息获得充电桩、电动汽车的参数值和仪表测量值；通过测量功能得到充电桩和电动汽车的参数实际值，形成两组数据发回后台的数据挖掘平台。
3.一种基于权利要求1或2所述一种充电设施远程计量系统的计量方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤a、法定计量机构对某一台电动汽车进行校准，该车辆为“标准车”；
步骤b、法定计量机构使用标准车和直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量，并将结果通过无线网络传回充电设施大数据分析平台，所述充电桩为“标准桩”；
步骤c、车辆在标准桩进行充电，充电设施大数据分析平台记录充电过程数据，根据标准桩的参数对车辆数据进行校准，记录参数误差；
步骤d、车辆在标准桩充电后又在其他充电桩充电，充电设施大数据分析平台根据校准过的车辆数据，对其他充电桩进行校准；
步骤e、重复步骤d，当某一充电桩的充电数据累积到一定量后，充电设施大数据分析平台执行误差分析模型，修正多次量值传递后的误差，过滤异常值，综合评价所述充电桩的参数偏离区间，并判断所述充电桩是否在合理范围内，如不在，则标为异常充电桩，并提醒工程师进行现场计量；
步骤f、工程师对异常充电桩进行现场计量，并上传所述异常充电桩的新计量数据，所述异常充电桩成为新的标准桩。
4.根据权利要求3所述的计量方法，其特征在于，所述标准桩的数量为若干，避免多次量值传递会导致累积误差。
5.根据权利要求3所述的计量方法，其特征在于，所述对某一充电站的某一充电桩进行计量，包括充电桩的输出电压、输出电流和输出电能。
6.根据权利要求3所述的计量方法，其特征在于，所述直流充电机远程在线检定装置对某一充电站的某一充电桩进行计量的方法，包括电压电流传感器通过A/D采样模块、分流器和分压器实时采集充电设施输出的电压和电流，所述电压和电流与通过CAN总线通讯得到的电压、电流进行比较，再与充电时间计算，求出一次充电中实际消耗的电量，再与通过CAN总线通讯抓取的充电设施统计数据报文中输出能量进行比较，来计量该充电设施计费的准确度。
7.根据权利要求3所述的计量方法，其特征在于，所述“标准车”和“标准桩”，作为后续量值比对的基础。
8.根据权利要求7所述的计量方法，其特征在于，所述车辆与充电桩之间为网状关系，形成“一车对多个桩”、“一桩对多个车”的数据网。
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Inventor after: Han Zongtao Inventor after: Deng Chi Inventor after: Qu Xisong Inventor after: Song Yuanpei Inventor after: Feng Shou Inventor after: Wang Zan Inventor before: Han Zongtao Inventor before: Deng Chi Inventor before: Qu Xisong Inventor before: Song Yuanpei Inventor before: Feng Shou |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200521 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili Street Tongfa Road No. 4 Applicant after: SHENZHEN ACADEMY OF METROLOGY & QUALITY INSPECTION Applicant after: POTEVIO NEW ENERGY Co.,Ltd. Applicant after: POTEVIO NEW ENERGY (SHENZHEN) Co.,Ltd. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili Street Tongfa Road No. 4 Applicant before: SHENZHEN ACADEMY OF METROLOGY & QUALITY INSPECTION Applicant before: POTEVIO NEW ENERGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |