CN111458652B - 直流充电桩的故障确定方法、装置和设备 - Google Patents

直流充电桩的故障确定方法、装置和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种直流充电桩的故障确定方法、装置和设备，方法包括以下步骤：获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；采用FFT算法对输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；计算电压波形畸变率和电流波形畸变率；根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升；根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定。该直流充电桩的故障确定方法使用直流信号波形畸变率和温度双重判据，提高了判断准确度，减少或避免重大事故发生。

Description

直流充电桩的故障确定方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及故障预测技术领域，具体涉及一种直流充电桩的故障确定方法、装置和设备。
背景技术
2019年8月新能源汽车国家大数据联盟曾发布过《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》，报告中显示：从2019年5月至8月不到4个月的时间里，新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故，涉及车辆96辆。2020年4月28日凌晨，深圳塘尾新能源汽车充电站发生一起车辆起火爆炸事件，现场共5辆新能源车受到不同程度的损坏。随着新能源汽车数量不断增长，直流充电桩(也称非车载直流充电桩)的数量越来越多。为了实现快速地充电，直流充电桩的功率以及充电电流也越来越大，充电桩插座枪头的发热越来越严重，寿命越来越短，内部潜在隐患越来越多，对充电桩进行故障的预测或分析就显得尤为重要。
目前针对充电桩故障分析主要采用目测法评估，即只能通过人为观察对外观损害比较明显的插座等进行判断(例如有烧糊的痕迹，颜色变黑)，但无法对除了充电桩插座触头老化外的故障进行预测或判断。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种直流充电桩的故障确定方法、装置和设备，用来克服现有技术中的充电桩故障方法无法判断内部潜在隐患的技术问题。
一种直流充电桩的故障确定方法，包括以下步骤：
获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
采用FFT算法对所述输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
根据所述充电温度和所述初始温度计算充电桩插座的温升；
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定。
可选地，
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定的步骤中，包括：
当所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且所述温升与预设温升的差值大于第一预设差值，及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定所述直流充电桩插座存在间隙接触故障，其中，当前平均温升是根据温升确定的。
可选地，
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定的步骤中，还包括：
当所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，判定所述直流充电桩插座存在氧化故障。
可选地，
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定的步骤中，还包括：
当所述温升与预设温升的差值大于第一预设差值，且当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定所述直流充电桩插座存在间隙接触故障或所述直流充电桩的充电机充电存在故障。
可选地，
所述充电温度的数量为多个，所述充电温度的数量为多个，当前平均温升通过以下步骤得到：
将每一个所述充电温度与初始温度做差运行，对应得到多个温升；
对多个所述温升求平均值，得到所述当前平均温升。
可选地，
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定的步骤之后，还包括：
当直流充电桩故障时，发出报警信息。
可选地，
根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率的步骤中，包括：
计算所述电压各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
将所述幅值的均方根值与所述电压直流分量的幅值进行比值运算，得到所述电压波形畸变率。
可选地，
根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率的步骤中，包括：
计算所述电流各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
将所述幅值的均方根值与所述电流直流分量的幅值进行比值运算，得到所述电流波形畸变率。
一种直流充电桩的故障确定装置，包括：
信息获取模块，用于获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
幅值计算模块，用于采用FFT算法对所述输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
畸变率计算模块，用于根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
温升计算模块，用于根据所述充电温度和所述初始温度计算充电桩插座的温升；
故障确定模块，用于根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定。
一种直流充电桩的故障确定设备，包括：直流充电桩插座、充电汽车插座、温度传感器、直流互感器、互感器电阻、电压放大模块、分压电阻、电压跟踪模块、AD转换电路以及处理器；
所述直流充电桩插座用于连接直流充电桩，所述充电汽车插座用于连接充电汽车；所述直流互感器的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过所述互感器电阻、所述电压放大模块、所述AD转换电路连接所述处理器，且所述分压电阻的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过所述电压跟踪模块和所述AD转换电路连接所述处理器；所述温度传感器分别连接直流供电插座和所述处理器；
所述温度传感器用于采集充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度并将充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度发送至所述处理器；
所述电压跟踪模块接收经所述分压电阻缩小后的直流充电桩的直流电压信号，再将所述直流电压信号输入到AD转换模块，所述直流零互感器将直流充电桩的直流电流缩小后输入到所述互感器电阻和所述电压放大模块，通过所述电压放大模块后输出至所述AD转换模块，所述AD转换电路采集直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形，并发送至所述处理器；
所述处理器用于执行以下步骤：
获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
采用FFT算法对所述输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
根据所述充电温度和所述初始温度计算充电桩插座的温升；
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定。
本发明的直流充电桩的故障确定方法、装置和设备，首先获取直流充电的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度，然后采用FFT算法根据输出电压波形和输出电流波形计算电压波形畸变率、电流波形畸变率，并根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升，最后根据电压波形畸变率、电流波形畸变率以及温升来判定直流充电桩固定进行判定或确定。该直流充电桩的故障确定方法使用直流信号波形畸变率和温度双重判据，提高了判断准确度，并能够给出不同程度的故障预测，对于严重隐患的建议立即停止充电，进行维修，对于轻度的可继续充电一段时间，择机维修，兼具经济性和安全性。另外，可以提前预测充电桩的插座老化或其他潜在故障，及时进行维修或维护，减少或避免重大事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的直流充电桩的故障确定方法流程示意图；
图2为本发明实施例中的直流充电桩的故障确定装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的直流充电桩的故障确定装置设备的结构示意图；
图4为本发明实施例中的电压放大模块的结构示意图；
图5为本发明实施例中的电压跟踪模块示意图；
图6为本发明实施例中直流充电桩的故障确定设备的工作步骤的流程示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的一种直流充电桩的故障确定方法、装置和设备，进行具体地描述。
图1为本发明的直流充电桩的故障确定方法在一个实施例中的流程示意图，如图1所示，本发明实施例公开的直流充电桩的故障确定方法主要包括以下步骤：
步骤S102，获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
其中，直流充电桩又称为直流电动汽车充电桩，也称为“快充”，固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，通常采用三相四线380V电压，稳定频率为50Hz。直流充电桩为电动汽车充电，当随着使用时间增加直流充电桩可能会出现老化等从而会导致直流充电桩故障等。
直流充电桩的输出电压波形和输出电流波形为直流充电桩为电动汽车供电时输出的电压和电流在一段时间内形成波形。充电前直流充电插座的初始温度是指直流充电桩未接入电动汽车时直流充电插座的温度值，通常也是环境温度。充电时直流充电桩插座的充电温度是指直流充电桩接入电动汽车时在充电过程中的温度值，该温度值通常是有多个，跟温度采集器的采样频率等有关。
步骤S104，采用FFT算法对输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
FFT算法，即快速傅里叶变换算法。采用FFT算法可以分别从电压波形和电流波形中得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值以及电流直流分量的幅值。
步骤S106，根据电压各谐波分量的幅值和电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波的现象称为电压正弦波形畸变。通常以谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。电压正弦波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。
在一种可选的实施方式中，根据电压各谐波分量的幅值和电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率的步骤中，包括：计算电压各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；将幅值的均方根值与电压直流分量的幅值进行比值运算，得到电压波形畸变率。
在一种可选的实施方式中，根据电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率的步骤中，包括：计算电流各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；将幅值的均方根值与电流直流分量的幅值进行比值运算，得到电流波形畸变率。
步骤S108，根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升；
温升，是指温度的升高。在本实施例中，温升是指在充电过程中充电桩插座的温度升高值。
步骤S110，根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定。
本发明实施例的直流充电桩的故障确定方法，首先获取直流充电的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度，然后采用FFT算法根据输出电压波形和输出电流波形计算电压波形畸变率、电流波形畸变率，并根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升，最后根据电压波形畸变率、电流波形畸变率以及温升来判定直流充电桩固定进行判定或确定。该直流充电桩的故障确定方法使用直流信号波形畸变率和温度双重判据，提高了判断准确度，并能够给出不同程度的故障预测，对于严重隐患的建议立即停止充电，进行维修，对于轻度的可继续充电一段时间，择机维修，兼具经济性和安全性。另外，可以提前预测充电桩的插座老化或其他潜在故障，及时进行维修或维护，减少或避免重大事故发生。
在一个实施例中，根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定的步骤中，包括：
当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且温升与预设温升的差值大于第一预设差值及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障。其中，当前平均温升是根据温升确定的。
预设的畸变阈值是预先设置的，通常是根据直流充电桩的结构、工作环境以及直流充电桩本身性质等确定。其中电压波形畸变率和电流波形畸变率都有对应的预设的畸变阈值，这个可以相同也可以不相同。在本实施例中，根据NB/T 33001-2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件，直流充电桩的纹波有效值系数要求小于0.5％，然后根据纹波有效值系数来设置预设的畸变阈值。
可选地，电压波形畸变率和电流波形畸变率都有对应的预设的畸变阈值都设置为3％，是无论是电压或电流的任何一个波形的畸变率超过3％，就认为是波形畸变率异常；进一步地，在恒流充电阶段，只要有一个时间段内(通常是10ms)的电压或电流的波形畸变率超过3％，就认为是波形畸变率异常。设置3％的阀值是为了保证各种充电桩的不会误触发。
第一预设差值和第二预设差值也是预先设置的，可以根据直流充电桩充电过程中的温度历史数据确定。
在一个实施例中，充电温度的数量为多个，跟温度采集器的采样频率等有关。那么温升也就会有多个，根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升的步骤中，包括：将每一个充电温度与初始温度做差运行，对应得到多个温升；对多个温升求平均值，得到当前平均温升。另外，历史平均温升是将某一段时间内的温升值进行计算得到的。
具体的，当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且温升与预设温升的差值大于第一预设差值及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时说明直流充电桩的波形畸变异常且温升异常，则判定充电桩插座接触存在间隙性的接触异常，伴有电流弧光过程，建议充电桩立即进行维护，否则可能后续会烧坏充电桩插座引起燃烧等火灾事故。
在一个实施例中，根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定的步骤中，还包括：当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，判定直流充电桩插座存在氧化故障。
具体的，当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值是说明直流充电桩仅波形畸变异常，判定畸变率异常(WY)，要么充电桩插座接触存在间隙性的接触异常，要么充电机充电存在异常，建议及时对充电桩要进行维护。
在一个实施例中，根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定的步骤中，还包括：当温升与预设温升的差值大于第一预设差值以及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障或直流充电桩的充电机充电存在故障。
具体的，当温升与预设温升的差值大于第一预设差值以及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，说明直流充电桩近温升异常，判定直流充电桩插座氧化，造成接触电阻变大，存在安全隐患，建议及时更换充电桩插座。
在一个实施例中，根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定的步骤之后，还包括：
当直流充电桩故障时，发出报警信息。
具体的，当判定直流充电桩出现故障时，发出报警信息以供维修人员及时维修，减少安全事故发生。
上述本发明公开的实施例中详细描述了一种直流充电桩的故障确定方法，对于本发明公开的上述方法可采用多种形式的设备实现，因此本发明还公开了对应上述方法的直流充电桩的故障确定装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。
请参阅附图2，为本发明实施例公开的一种直流充电桩的故障确定装置，包括：
信息获取模块202，用于获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
幅值计算模块204，用于采用FFT算法对输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
畸变率计算模块206，用于根据电压各谐波分量的幅值和电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
温升计算模块208，用于根据充电温度和初始温度计算充电桩插座的温升；
故障确定模块210，用于根据电压波形畸变率、电流波形畸变率和温升对直流充电桩进行故障确定。
在一个实施例中，故障确定模块，还用于当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且温升与预设温升的差值大于第一预设差值，及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障，其中，当前平均温升是根据温升确定的。
在一个实施例中，故障确定模块，还用于当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，判定直流充电桩插座存在氧化故障。
在一个实施例中，故障确定模块，还用于当温升与预设温升的差值大于第一预设差值，且当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障或直流充电桩的充电机充电存在故障。
在一个实施例中，充电温度的数量为多个，温升计算模块，还用于将每一个所述充电温度与初始温度做差运行，对应得到多个温升；当前平均温升获得模块，用于对多个温升求平均值，得到当前平均温升。
在一个实施例中，报警模块，用于当直流充电桩故障时，发出报警信息。
在一个实施例中，电压均方根值计算模块，用于计算电压各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
电压波形畸变率计算模块，用于将幅值的均方根值与电压直流分量的幅值进行比值运算，得到电压波形畸变率。
在一个实施例中，电流均方根值计算模块，用于计算电流各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
电流波形畸变率计算模块，将幅值的均方根值与电流直流分量的幅值进行比值运算，得到电流波形畸变率。
关于直流充电桩的故障确定装置的具体限定可以参见上文中对于直流充电桩的故障确定方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本发明实施例还提供了一种直流充电桩的故障确定设备，如图3所示，包括：直流充电桩插座301、充电汽车插座302、温度传感器303、直流互感器304、互感器电阻305、电压放大模块306、分压电阻307、电压跟踪模块308、AD转换电路309以及处理器310；直流充电桩插座301用于连接直流充电桩，充电汽车插座302用于连接充电汽车；直流互感器304的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过互感器电阻305、电压放大模块306、AD转换电路309连接处理器310，且分压电阻307的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过电压跟踪模块308和AD转换电路连接处理器310；温度传感器303分别连接直流供电插座301和处理器310；温度传感器303用于采集充电前直流充电桩插座301的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度并将充电前直流充电桩插座301的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度发送至处理器310；电压跟踪模块308接收经分压电阻缩小后的直流充电桩的直流电压信号，再将直流电压信号输入到AD转换模块309，直流零互感器304将直流充电桩的直流电流缩小后输入到互感器电阻305和电压放大模块306，通过电压放大模块306后输出至AD转换模块309，AD转换电路309采集直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形，并发送至处理器310；处理器310用于执行直流充电桩的故障确定方法中任一项实施例的方法。
具体的，如图3所示，直流充电桩插座301、充电汽车插座302为串接到直流充电桩的直流流回路的插座。温度传感器303主要用于采集充电前直流充电桩插座301的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度，在本实施例中温度传感器采用DS1624数字传感器，测量温度值以13位数字量输出(双字节)，测量温度范围为-55～+125℃之间，精度为0.03125℃，数据的读写通过I2C总线传输，每秒钟可完成一次测量，数字温度传感器贴在直流供电插座上，也就是和直流充电桩插头接触处。直流互感器304，即直流零磁通互感器使用LEM公司IT 200-S，最大输出250A，200A:200mA,变比1000:1。互感器电阻305，即电阻R0使用2Ω的0.01％的精密电阻。
如图4所示，电压放大模块306由AD620 U2、增益电阻Rg组成，增益放大的放大倍数计算公式如下：
Figure BDA0002533187280000121
放大倍数为G＝2；式中Rg为增益电阻，本发明阻值为49.4kΩ。增益电阻是运算放大器AD620，通过改变该阻值实现不同的放大倍数。充电桩输出的直流为250A时候、直流零磁通互感器的输出电流为0.25A，通过分流器R0(2欧)变换后，输出电压为0.25A*2Ω＝0.5V，变换为1V。
分压电阻307包括R1和R2，分压电阻R2为1k 0.01％的精密电阻，分压电阻R1为999K 0.01％的精密电阻构成直流电压传感器变比为1000:1。电压跟踪模块308为OPA2277运算放大器U7构成的射随电路(如图5所示)。AD转换电路309采用15采用24BIT的8个通道严格同步sigma-delta AD转换器ADS1278，积分误差典型值为：±0.0003％，最大采样率128KSPS。处理器310采用BF609芯片及其外设，由ADI公司的BF609芯片及其外设构成，芯片内置了大量的外设，包括1个SPI接口、TWI(I2C)两线总线、16个通用IO口、AMC接口(异步存储接口)等，256MBYTE DRAM。
另外，直流充电桩的故障确定设备还包括电源模块311、键盘KEY 312、显示LCD313、电源变换314、电源变换315、参考电压316等。其中电源模块311采用+/-15V和5V输出的开关小电源，电流输出2A。电源变换器314为5转3.3V的线性稳压模块，把5V的电源转换为3.3V供BF609和AD转换器使用，使用固定电压输出的芯片REG1117F-3.3转换。电源变换器315为5转1.8V的线性稳压模块，把5V的电源转换为1.8V供BF609和AD转换器使用，使用固定电压输出的芯片REG1117F-1.8转换。参考电压316由芯片ADR441B输出2.5V的电压值。显示LCD 313：液晶显示模块，直接由BF609芯片及其外设通过AMC接口驱动显示。键盘KEY 312为简易键盘，共6个键盘输入到处理器BF609芯片及其外设的6个IO上。
本直流充电桩的故障确定设备的工作原理如下：分压电阻R1和R2，把直流电压信号缩小1000倍输入到电压跟踪模块后输入到AD转换模块的一个通道上，直流电流通过直流零磁通互感器3把充电桩的输出电流缩小1000倍后输入到分流器电阻R0上，通过电压放大模块后输出连接AD转换模块的一个通道上，AD转换模块ADS1278以102.4KSPS的采样率连续不断地采集电压和电流通道的波形值，并且每隔10ms进行一次FFT计算，并分析波形畸变率，同时，连续测量充电桩的温升值并其他充电桩的温升值平均值做对比，综合分析波形畸变率和温升做出故障预警。
对于电压输入，假设充电桩的直流电压输入为Udc，假设电压跟踪模块的输出值入为U2dc。其变比为1000倍(R1和R2的分压比)：
Figure BDA0002533187280000132
经过变换后，1000V的直流电压输出值为1V，AD转换输入值为-2.5V～+2.5V，符合设计满足输入条件。
对于电流输入，假设充电桩的直流电流输入为Idc，假设电压放大模块输出电压值为I2dc。
Figure BDA0002533187280000131
1000为直流零磁通互感器变比，电阻R0阻值，为电压放大模块放大倍数，经过直流零磁通互感器和电压变化后，250A的电流值对应的二次电压值1V，AD转换输入值为-2.5V～+2.5V，符合设计满足输入条件。
对于温度输入，数字温度传感器的测量范围为-55～+125℃之间，根据国标《NB/T33001-2018电动汽车非车载传导式充电机技术条件》充电桩的环境温度的要求为-20～+50℃,根据《GB/T 20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》的插座的枪头的金属部分的温升不超过50℃，在50℃的工作环境下加上最大温升50℃，正常充电桩的最大温度不超过100℃，数字温度传感器的测量范围为+125℃，高低温测量范围均符合设计要求。
为了便于理解，给出一个详细的实施例。如图6所示，直流充电桩的故障确定设备工作步骤如下：步骤一：装置上电，通过温度传感器读取环境温度Tenvironment(即直流充电桩的插座的初始温度)，该温度作为步骤二的温升计算依据。步骤二：步骤二分为A和B部分，两部分使用不同的线程同时进行监测。步骤A分为4个子步骤，主要是直流充电桩的电压和电流的波形畸变进行判断是否超限步骤B分为5个子步骤，主要是实时测量充电桩的恒流充电的充电桩插座的温度，并计算充电桩插座的温升，与同规格的充电桩的温升做比对，来判断充电桩插座的老化情况。
步骤二的步骤A：A1：在恒流充电过程BF609芯片及其外设每隔10ms通过AD转换电路15读取电压和电流的波形。
A2：BF609芯片及其外设，通过FFT算法计算波形的直流分量和其他频率分量的幅值。本发明ADS1278的采样率为102.4kHz，FFT的最大的频谱为采样率的一半也就是51.2KHz。大概20us采样一次，同时时间窗口选择10mS考虑一般脉冲群的连续时间为15mS左右，10mS左右有更好的波形畸变识别度。
A3：BF609芯片及其外设，根据直流波形畸变率的定义(本发明的定义)计算，直流波形畸变率计算公式如公式(3)
Figure BDA0002533187280000141
Ii：1024点FFT计算后的各个电流各谐波分量的幅值；Ui：1024点FFT计算后的各个电压各谐波分量的幅值；I0：1024点FFT计算后的电流直流分量的幅值；U0：1024点FFT计算后的电压直流分量的幅值。
A4：步骤四的判断依据是无论是电压或电流的任何一个波形的畸变率超过3％，就认为是波形畸变率异常，同时恒流充电阶段，只要有一个10ms的电压或电流的波形畸变率超过3％，就认为是波形畸变率异常。根据NB/T 33001-2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件，充电桩的纹波有效值系数要求小于0.5％。设置3％的阀值是为了保证各种充电桩的不会误触发。同时，本判断依据是无论是电压或电流，无论是那个时段的10ms的波形畸变率超过3％的阀值就判断为异常。
步骤二的步骤B：B1：在恒流充电过程中每隔1s读取数字温度传感器的温度值Tcharge。
B2：计算直流充电桩插座的温升，Trise＝Tcharge-Tenvironment(4)，Tenvironment：为步骤一通过数字温度传感器值读取的环境温度值，Tcharge：为每秒钟读取的充电桩插座的温度，Trise：为充电桩插座的温升。
B3：判断温升Trise是否小于50℃。假如小于50℃，说明温升符合《GB/T 20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》的温升要求，把TRise的值写入充电桩检测的温升数据库Tdatabase[t][n+1]，同时历史次数n加1n为历史测量数量(出厂时n＝10，写入10个已经证明正常的温升数据，今后测量合格一次增加1)，t为额定充电电流的类型。根据《GB/T 20234.3-2015电动汽车传导充电连接装置第三部分：直流充电接口》，充电桩的额定电流为80A、125A、200A、250A，t＝0：对应充电桩电流I≤80A的直流充电桩；t＝1：对应充电桩电流80A<I≤125A的直流充电桩；t＝2：对应充电桩电流125A<I≤200A的直流充电桩；t＝3：对应充电桩电流200A<I≤250A的的直流充电桩；温升Trise≥50℃，直接进入B4。
B4：计算当前充电桩电流的温升平均值，计算公式如下
Figure BDA0002533187280000151
n为历史测量数量，t为0,1,2,3中的一个数，按B3进行选择；B5：判断本次充电桩的测量温升TRise和历史测量的平均温升Taver是否大于10℃，假如是，判断为异常。其中无论充电桩时间多久只有有1秒钟充电桩的温升TRise和历史测量的平均温升Taver超过10℃就判断为异常，否则，判断为正常。
步骤三：通过畸变率是否异常(WY,TY)以及温升是否异常(TY,TN)给出故障预测结果：
情况一：同时畸变率异常(WY)和温升异常(TY)，说明充电桩插座接触存在间隙性的接触异常，伴有电流弧光过程，建议充电桩立即进行维护，否则可能后续会烧坏充电桩插座引起燃烧等火灾事故。
情况二：温升异常(TY)，充电桩插座氧化，造成接触电阻变大，存在安全隐患，建议及时更换充电桩插座。
情况三：畸变率异常(WY)，要么充电桩插座接触存在间隙性的接触异常，要么充电机充电存在异常，建议及时对充电桩要进行维护。
情况四：无异常，可正常使用。
判断结果通过显示LCD进行显示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种直流充电桩的故障确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
采用FFT算法对所述输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
根据所述充电温度和所述初始温度计算充电桩插座的温升；
根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定；
当所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且所述温升与预设温升的差值大于第一预设差值及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定所述直流充电桩插座存在间隙接触故障，其中，当前平均温升是根据温升确定的；
当所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，判定所述直流充电桩插座存在氧化故障；
当所述温升与预设温升的差值大于第一预设差值，且当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定所述直流充电桩插座存在间隙接触故障或所述直流充电桩的充电机充电存在故障。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩的故障确定方法，其特征在于，所述充电温度的数量为多个，当前平均温升通过以下步骤得到：
将每一个所述充电温度与初始温度做差运行，对应得到多个温升；
对多个所述温升求平均值，得到所述当前平均温升。
3.根据权利 要求1所述的直流充电桩的故障确定方法，其特征在于，根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定的步骤之后，还包括：
当直流充电桩故障时，发出报警信息。
4.根据权利要求1所述的直流充电桩的故障确定方法，其特征在于，根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率的步骤中，包括：
计算所述电压各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
将所述幅值的均方根值与所述电压直流分量的幅值进行比值运算，得到所述电压波形畸变率。
5.根据权利要求4所述的直流充电桩的故障确定方法，其特征在于，根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率的步骤中，包括：
计算所述电流各谐波分量的幅值的均方根值幅值的均方根值；
将所述幅值的均方根值与所述电流直流分量的幅值进行比值运算，得到所述电流波形畸变率。
6.一种直流充电桩的故障确定装置，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形、充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度；
幅值计算模块，用于采用FFT算法对所述输出电压波形和输出电流波形进行分析，计算得到电压各谐波分量的幅值、电压直流分量的幅值、电流各谐波分量的幅值和电流直流分量的幅值；
畸变率计算模块，用于根据所述电压各谐波分量的幅值和所述电压直流分量的幅值计算电压波形畸变率，并根据所述电流各谐波分量的幅值和所述电流直流分量的幅值计算电流波形畸变率；
温升计算模块，用于根据所述充电温度和所述初始温度计算充电桩插座的温升；
故障确定模块，用于根据所述电压波形畸变率、所述电流波形畸变率和所述温升对所述直流充电桩进行故障确定；
所述故障确定模块，还用于当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，且温升与预设温升的差值大于第一预设差值，及当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障，其中，当前平均温升是根据温升确定的；
所述故障确定模块，还用于当电压波形畸变率、电流波形畸变率中任一个超过预设的畸变阈值，判定直流充电桩插座存在氧化故障；
所述故障确定模块，还用于当温升与预设温升的差值大于第一预设差值，且当前平均温升与历史平均温升的差值大于第二预设差值时，判定直流充电桩插座存在间隙接触故障或直流充电桩的充电机充电存在故障。
7.一种直流充电桩的故障确定设备，其特征在于，包括：直流充电桩插座、充电汽车插座、温度传感器、直流互感器、互感器电阻、电压放大模块、分压电阻、电压跟踪模块、AD转换电路以及处理器；
所述直流充电桩插座用于连接直流充电桩，所述充电汽车插座用于连接充电汽车；所述直流互感器的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过所述互感器电阻、所述电压放大模块、所述AD转换电路连接所述处理器，且所述分压电阻的一端连接直流充电桩的输出端，另一端依次通过所述电压跟踪模块和所述AD转换电路连接所述处理器；所述温度传感器分别连接直流供电插座和所述处理器；
所述温度传感器用于采集充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度并将充电前直流充电桩插座的初始温度以及充电时直流充电桩插座的充电温度发送至所述处理器；
所述电压跟踪模块接收经所述分压电阻缩小后的直流充电桩的直流电压信号，再将所述直流电压信号输入到AD转换模块，所述直流零互感器将直流充电桩的直流电流缩小后输入到所述互感器电阻和所述电压放大模块，通过所述电压放大模块后输出至所述AD转换模块，所述AD转换电路采集直流充电桩的输出电压波形、输出电流波形，并发送至所述处理器；
所述处理器用于执行权利要求1-5任一项所述的直流充电桩的故障确定方法。
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