CN113985846A - 一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法，包括供电开关组模块、充电桩控制模块、电量检测及充电开关模块、自动检测控制模块、第一可编程负载模块、第二可编程负载模块和车辆控制模拟模块；充电交互过程中，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载，由电量检测及充电开关模块采集充电电流和电压数据，自动检测控制模块从电流和电压测数据中提取充电桩内各开关的动作状态，并与车辆控制模拟模块提供的充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。在很短的时间内对充电桩的充电全过程工作状态进行检测，适合不同规格的充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

Description

一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法

技术领域

本发明属于充电桩检测技术领域，更具体地，涉及一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法。

背景技术

随着新能源汽车的大量使用，目前充电桩数量正在急剧增加，充电桩的工作可靠性及安全性得到了社会前所未有的关注。

充电桩通常按规定的交互过程时序状态对电动汽车进行充电，它主要通过控制内部开关实现正常的充电时序状态，交互过程时序状态的正确性和可靠性是充电桩长期安全运行的保证，因此需要检测合格。现有技术中，在检测充电时序状态时通常需要开桩检查开关的动作情况，但是充电桩具有贸易结算的功能，从保证计量装置准确度的角度，充电桩和家用电能表一样，是不允许开桩的。另一方面，充电桩种类较多，内部线路布置不一致，即使开桩检查也费工费时。

随着非侵入式负荷监测(NILM，Non-intrusive Load Monitoring)技术的发展，已经成为居民用电负荷监测的重要方法之一。NILM技术通过采集家庭入户端口的电压、电流信号，计算得到有功、无功、谐波、畸变等电气参数，再根据家用电器的运行特征，应用匹配算法对电器类别进行在线识别，实现对电器的启停时间、运行功率的实时监测，从而获取主要家用电器的耗能水平、使用规律等信息。与传统入户式负荷监测方法相比，NILM不需要入户安装分路传感器，对电力用户没有影响，实现的可行性较高。然而，将NILM应用于充电桩交互过程时序状态检测的相关技术的研究尚未开展。

因此，需要研究一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统及方法，采用车辆控制模拟装置模拟电动汽车的实际车辆控制装置，同时采用可编程负载模拟电动汽车的电池包，对充电桩的直流电源线路端口、低压辅助电源线路端口、充电连接确认线路端口的电压和电流进行测量，并对测量得到的电压和电流波形进行快速傅里叶变换，提取充电桩直流电源线路和低压辅助电源线路中的K1、K2、K3和K4继电器开关触点状态及充电桩充电状态特征量，从而实现充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

本发明采用如下的技术方案。

一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，包括充电桩和非侵入式充电桩检测装置。

充电桩包括供电开关组模块和充电桩控制模块；

非侵入式充电桩检测装置包括电量检测及充电开关模块、自动检测控制模块、第一可编程负载模块、第二可编程负载模块和车辆控制模拟模块；

充电桩和非侵入式充电桩检测装置之间通过直流电源线路、低压辅助电源线路、第一充电确认连接线路、第二充电确认连接线路以及充电通讯线路实现连接；

非侵入式充电桩检测装置在充电交互过程中，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载，由电量检测及充电开关模块采集充电负载的电流和电压测量波形数据，自动检测控制模块从电流和电压测量波形数据中提取充电桩内各开关的动作状态，并与车辆控制模拟模块提供的充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。

优选地，供电开关组模块包括直流电源线路正极开关、直流电源线路负极开关、低压辅助电源线路正极开关、低压辅助电源线路负极开关；

直流电源线路正极开关，用于控制充电桩的直流电源线路正极的导通与开断；直流电源线路负极开关，用于控制充电桩的直流电源线路负极的导通与开断；

低压辅助电源线路正极开关，用于控制低压辅助电源线路正极的导通与开断；低压辅助电源线路负极开关，用于控制低压辅助电源线路负极的导通与开断。

优选地，充电桩控制模块，用于控制供电开关组模块内的开关导通或开断、与车辆控制模拟模块进行信息通讯、以及通过检测第一充电确认连接线路和第二充电确认连接线路的电压状态以判断充电连接状态。

优选地，电量检测及充电开关模块，内置电量检测单元和充电开关单元；

电量检测单元，用于测量直流电源线路的电流和电压、测量低压辅助电源线路的电流和电压、测量充电确认连接线路的电压；

充电开关单元，用于控制充电桩的直流电源线路正极向第一可编程负载模块供电的导通与开断，以及控制充电桩的直流电源线路负极向第一可编程负载模块供电的导通与开断。

优选地，电量检测单元包括：第一电流测量单元、第二电流测量单元、第三电流测量单元、第四电流测量单元、第一电压测量单元、第二电压测量单元、第三电压测量单元、第四电压测量单元；

第一电流测量单元串联在直流电源线路正极，用于测量直流电源线路正极的电流；第二电流测量单元串联在直流电源线路负极，用于测量直流电源线路负极的电流；第一电压测量单元并联在直流电源线路正极和负极之间，用于测量直流电源线路的电压；

第三电流测量单元串联在低压辅助电源线路正极，用于测量低压辅助电源线路正极的电流；第四电流测量单元串联在低压辅助电源线路负极，用于测量低压辅助电源线路负极的电流；第二电压测量单元并联在低压辅助电源线路正极和负极之间，用于测量低压辅助电源线路的电压；

第三电压测量单元并联在第一充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第一充电确认连接线路的电压；第四电压测量单元并联在第二充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第二充电确认连接线路的电压。

优选地，第一可编程负载模块，由直流电源线路供电，用于模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载；充电负载的大小根据电动汽车电池包的额定容量及选定的SOC变化范围而确定；

第二可编程负载模块，由低压辅助电源线路供电，用于模拟充电桩的低压辅助电源的负载，向车辆控制模拟模块供电。

优选地，车辆控制模拟模块，通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行信息通讯；通过电量检测及充电开关模块检测第一充电确认连接线路和第二充电确认线路的电压状态以判断充电桩的连接状态；通过自动检测控制器控制低压辅助电源线路的导通与开断；通过控制第一可编程负载模块的负载大小来模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载。

一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测方法包括：

步骤1，采集第一充电确认连接线路的电压，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；采集第二充电确认连接线路的电压，由直流电源线路向第一可编程负载模块充电；

步骤2，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载，同时采集直流电源线路的电流和电压、低压辅助电源线路的电流和电压；

步骤3，对所采集的电流和电压的波形数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱特征结果；

步骤4，从频谱特征中提取继电器开关触点的状态特征量，判断充电桩内各开关的动作状态；

步骤5，将充电桩内各开关的动作状态与充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，充电桩控制模块检测到第一充电确认连接线路的电压时，导通低压辅助电源线路，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；

步骤1.2，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，进入充电桩的自检阶段；

步骤1.3，导通直流电源线路，进入直流电源线路的绝缘检测；

步骤1.4，绝缘检测结束后，直流电源线路投入泄放回路泄放能量；

步骤1.5，开断直流电源线路；

步骤1.6，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，结束充电桩的自检阶段，并进入充电阶段。

优选地，步骤2中，第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载时，车辆控制模拟装置和充电桩控制模块之间不断相互发送各自的充电需求信息，充电桩根据充电需求信息调整直流电源线路的电流和电压，实现第一可编程负载模块模拟的充电负载的调整。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

(1)本发明一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测装置采用车辆控制模拟装置模拟电动汽车的实际车辆控制装置，同时采用可编程负载模拟电动汽车电池包的充电负载，通过对充电桩直流电源线路端口、低压辅助电源线路端口、充电连接确认线路端口的电压和电流的测量，以及对测量得到的电压和电流波形进行快速傅里叶变换，提取开关继电器开关触点状态及充电桩充电状态特征量，从而实现充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

(2)本发明采用可编程负载模拟电动汽车电池包的充电负载，可以在很短的时间内对充电桩的充电全过程工作状态进行检测。

(3)本发明适合不同规格的充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

附图说明

图1为本发明的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统的结构示意图；

其中附图标记说明如下：

1-充电桩；

2-非侵入式充电桩检测装置；

3-供电开关组模块；

4-充电桩控制模块；

5-电量检测及充电开关模块；

6-自动检测控制模块；

7-第一可编程负载模块；

8-第二可编程负载模块；

9-车辆控制模拟模块；

K1-直流电源线路正极开关； K2-直流电源线路负极开关；

K3-低压辅助电源线路正极开关； K4-低压辅助电源线路负极开关；

K5-第一可编程负载模块侧直流电源线路正极开关；

K6-第一可编程负载模块侧直流电源线路负极开关；

DC+-直流电源线路正极端口端子； DC—-直流电源线路负极端口端子；

A+-低压辅助电源线路正极端口端子；

A—-低压辅助电源线路负极端口端子；

CC1-第一充电确认连接线路的端口端子；

CC2-第二充电确认连接线路的端口端子；

PE-接地线端口端子；

S+-充电通讯线路正极端口端子；

S—-充电通讯线路负极端口端子；

A1-第一电流测量单元； A2-第二电流测量单元；

A3-第三电流测量单元； A4-第四电流测量单元；

V1-第一电压测量单元； V2-第二电压测量单元；

V3-第三电压测量单元； V4-第四电压测量单元；

图2为本发明的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，包括充电桩1和非侵入式充电桩检测装置2。

充电桩1包括供电开关组模块3和充电桩控制模块4。

非侵入式充电桩检测装置2包括电量检测及充电开关模块5、自动检测控制模块6、第一可编程负载模块7、第二可编程负载模块8和车辆控制模拟模块9。

充电桩1和非侵入式充电桩检测装置2之间通过直流电源线路、低压辅助电源线路、第一充电确认连接线路、第二充电确认连接线路以及充电通讯线路实现连接。

从图1可以看出，充电桩1和非侵入式充电桩检测装置2之间包括多个端口端子，包括直流电源线路正极端口端子DC+、直流电源线路负极端口端子DC-、低压辅助电源线路正极端口端子A+、低压辅助电源线路负极端口端子A-、第一充电确认连接线路的端口端子CC1、第二充电确认连接线路的端口端子CC2、接地线端口端子PE、充电通讯线路正极端口端子S+、充电通讯线路负极端口端子S-。

非侵入式充电桩检测装置在充电交互过程中，由第一可编程负载模块7模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载，由电量检测及充电开关模块5采集充电负载的电流和电压测量波形数据，自动检测控制模块6从电流和电压测量波形数据中提取充电桩内各开关的动作状态，并与车辆控制模拟模块9提供的充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩1的充电交互过程时序状态的正确性。

具体地，供电开关组模块3包括直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3、低压辅助电源线路负极开关K4。

直流电源线路正极开关K1，用于控制充电桩的直流电源线路正极的导通与开断；直流电源线路负极开关K2，用于控制充电桩的直流电源线路负极的导通与开断。

低压辅助电源线路正极开关K3，用于控制低压辅助电源线路正极的导通与开断；低压辅助电源线路负极开关K4，用于控制低压辅助电源线路负极的导通与开断。

具体地，充电桩控制模块4，用于控制供电开关组模块3内的开关导通或开断、与车辆控制模拟模块9进行信息通讯、以及通过检测第一充电确认连接线路和第二充电确认连接线路的电压状态以判断充电连接状态。

具体地，电量检测及充电开关模块5，内置电量检测单元和充电开关单元。

电量检测单元，用于测量直流电源线路的电流和电压、测量低压辅助电源线路的电流和电压、测量充电确认连接线路的电压。

进一步，电量检测单元包括：第一电流测量单元A1、第二电流测量单元A2、第三电流测量单元A3、第四电流测量单元A4、第一电压测量单元V1、第二电压测量单元V2、第三电压测量单元V3、第四电压测量单元V4。

第一电流测量单元A1串联在直流电源线路正极DC+，用于测量直流电源线路正极的电流；第二电流测量单元A2串联在直流电源线路负极，用于测量直流电源线路负极的电流；第一电压测量单元V1并联在直流电源线路正极和直流电源线路负极之间，用于测量直流电源线路的电压，即直流电源线路正极端口端子DC+和负极端口端子DC-之间的电压。

第三电流测量单元A3串联在低压辅助电源线路正极A+，用于测量低压辅助电源线路正极A+的电流；第四电流测量单元A4串联在低压辅助电源线路负极A-，用于测量低压辅助电源线路负极A-的电流；第二电压测量单元V2并联在低压辅助电源线路正极A+和低压辅助电源线路负极A-之间，用于测量低压辅助电源线路的电压，即低压辅助电源线路正极端口端子A+和负极端口端子A-之间的电压。

第三电压测量单元V3并联在第一充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第一充电确认连接线路的电压，即第一充电确认连接线路的端口端子CC1与接地线端口端子PE之间的电压；第四电压测量单元V4并联在第二充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第二充电确认连接线路的电压，即第二充电确认连接线路的端口端子CC2与接地线端口端子PE之间的电压。

其中接地线端口端子PE分别与充电桩的地和非侵入式充电桩检测装置的设备地相连。

充电开关单元，用于控制充电桩1的直流电源线路正极向第一可编程负载模块7供电的导通与开断，以及控制充电桩1的直流电源线路负极向第一可编程负载模块7供电的导通与开断。

具体地，第一可编程负载模块7，由直流电源线路供电，用于模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载；充电负载的大小根据电动汽车电池包的额定容量及选定的SOC变化范围而确定。

从图1可以看出，直流电源通过第一可编程负载模块侧直流电源线路正极开关K5和第一可编程负载模块侧直流电源线路负极开关K6向第一可编程负载模块7供电。

第二可编程负载模块8，由低压辅助电源线路供电，用于模拟充电桩的低压辅助电源的负载，向车辆控制模拟模块供电。

具体地，车辆控制模拟模块9，通过充电通讯线路与充电桩控制模块4进行信息通讯；通过电量检测及充电开关模块5检测第一充电确认连接线路和第二充电确认线路的电压状态以判断充电桩的连接状态；通过自动检测控制器6控制低压辅助电源线路的导通与开断；通过控制第一可编程负载模块7的负载大小来模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载。

如图2，一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测方法包括：

步骤1，采集第一充电确认连接线路的电压，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；采集第二充电确认连接线路的电压，由直流电源线路向第一可编程负载模块充电。

具体地，步骤1包括：

步骤1.1，充电桩控制模块检测到第一充电确认连接线路的电压时，导通低压辅助电源线路，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；

步骤1.2，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，进入充电桩的自检阶段；

步骤1.3，导通直流电源线路，进入直流电源线路的绝缘检测；

步骤1.4，绝缘检测结束后，直流电源线路投入泄放回路泄放能量；

步骤1.5，开断直流电源线路；

步骤1.6，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，结束充电桩的自检阶段，并进入充电阶段。

步骤2，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载，同时采集直流电源线路的电流和电压、低压辅助电源线路的电流和电压。

具体地，步骤2中，第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载时，车辆控制模拟装置和充电桩控制模块之间不断相互发送各自的充电需求信息，充电桩根据充电需求信息调整直流电源线路的电流和电压，实现第一可编程负载模块模拟的充电负载的调整。

步骤3，对所采集的电流和电压的波形数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱特征结果。

步骤4，从频谱特征中提取继电器开关触点的状态特征量，判断充电桩内各开关的动作状态。

步骤5，将充电桩内各开关的动作状态与充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。

实施例1。

本优选实施例的设计参数为：供电电压为220V的50Hz交流电，第一可编程负载模块7模拟的充电容量为8kVA，第二可编程负载模块8模拟的电动汽车控制装置供电容量为40VA，直流电源线路端口电压为750V，低压辅助电源线路端口最高电压为24V，6路高准确度高采样率AD采用16位300ksps的模数转换器，2路高准确度低采样率AD采用16位5ksps的模数转换器，用于暂态变化的波形特征分析及快速傅里叶变换的6路高准确度高采样率AD转换数据的最大时间长度为10ms。

本发明的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测装置的工作过程如下：

当充电桩1工作在正常的充电交互过程时序状态时，充电桩控制模块4首先通过第一充电确认连接线路的端口端子CC1的电压值检测到非侵入式充电桩检测装置2已经连接，即模拟充电枪插入成功；

然后，闭合低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4，使得低压辅助电源线路导通，对第二可编程负载模块8供电，即模拟对电动汽车控制装置供电，并进入充电桩1的自检阶段，此时车辆控制模拟模块9通过第二充电确认连接线路的端口端子CC2的电压值检测到充电桩1已经连接，即模拟车辆充电接口已连接成功；

车辆控制模拟模块9通过充电通讯线路正极端口端子S+和充电通讯线路负极端口端子S-发送通讯握手报文，接着闭合直流电源线路正极开关K1和直流电源线路负极开关K2，并进行直流电源线路的绝缘检测，绝缘检测结束后，直流电源线路投入泄放回路泄放能量，然后断开直流电源线路正极开关K1和直流电源线路负极开关K2，接着充电桩控制模块4通过充电通讯线路正极端口端子S+和充电通讯线路负极端口端子S-发送通讯握手报文，完成充电桩1的自检阶段后便进入充电阶段；

先设定第一可编程负载模块7的负载大小来模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载，然后闭合第一可编程负载模块侧直流电源线路正极开关K5和第一可编程负载模块侧直流电源线路负极开关K6，车辆控制模拟模块9通过充电通讯线路正极端口端子S+和充电通讯线路负极端口端子S-发送通讯报文，通知充电桩控制模块4闭合直流电源线路正极开关K1和直流电源线路负极开关K2，进入模拟充电过程；

充电过程中，第一可编程负载模块7根据电动汽车电池包额定容量及选定的SOC变化范围不断调整的负载大小，同时车辆控制模拟模块9和充电桩控制模块4之间不断相互发送各自的充电需求等相关信息，充电桩1根据充电需求信息调整充电电压和电流，从而完成模拟选定的电动汽车电池包充电过程，充电过程结束后断开第一可编程负载模块侧直流电源线路正极开关K5和第一可编程负载模块侧直流电源线路负极开关K6，直流电源线路投入泄放回路泄放能量，然后断开直流电源线路正极开关K1和直流电源线路负极开关K2，最后断开低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4；

当充电桩1在充电过程中出现发生电源断电时，直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4将被动断开；

当充电桩1发生充电负载过大和短路等情况时，直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4将主动断开，充电负载过大和短路等情况可以通过第一可编程负载模块7进行模拟。

通过对第一至第四电流测量单元A1、A2、A3、A4和第一至第四电压测量单元V1、V2、V3、V4的测量信号进行分析，可以验证充电桩1的充电交互过程时序状态的正确性：

1、直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4闭合分为空载闭合和负载闭合，负载情况下先出现电流冲击波形然后进入稳态波形；

2、直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4断开分为被动断开和主动断开，充电桩1断电情况下被动断开时线路电压和电流直接降为零，充电负载过大和短路等情况下主动断开时，线路电流有过冲情况，然后电压和电流直接降为零，直流电源线路投入泄放回路泄放能量时，电压和电流经过一个过渡过程降为零；

上述电流电压波形发生暂态变化的特征，可以用来判别开关动作状况，在此基础上通过对电流和电压的波形数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱特征结果，根据继电器开关触点频谱特征经验数据，可以判断直流电源线路正极开关K1、直流电源线路负极开关K2、低压辅助电源线路正极开关K3和低压辅助电源线路负极开关K4的继电器开关触点状态，从而实现充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

采用6路高准确度高采样率AD对第一至第四电流测量单元A1、A2、A3、A4和第一至第二电压测量单元V1、V2进行采样，采用2路高准确度低采样率AD对第三至第四电压测量单元V3、V4进行采样，当直流电源线路、低压辅助电源线路电流和电压没有发生暂态变化时，可等间隔抽取6路高准确度高采样率AD转换得到的数据，得到低采样率采样数据并计算得到稳态或缓慢变化的电压电流数据，即正常充电过程中电流和电压的数据，当直流电源线路、低压辅助电源线路电流和电压有发生暂态变化时，保留电压或电流过零点之前一段时间的高准确度高采样率AD转换数据，用于暂态变化的波形特征分析，同时用于快速傅里叶变换得到频谱特征结果，第三至第四电压测量单元V3、V4的高准确度低采样率AD转换的数据直接用于判断充电连接状态。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

1、本发明一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测装置采用车辆控制模拟装置模拟电动汽车的实际车辆控制装置，同时采用可编程负载模拟电动汽车电池包的充电负载，通过对充电桩直流电源线路端口、低压辅助电源线路端口、充电连接确认线路端口的电压和电流的测量，以及对测量得到的电压和电流波形进行快速傅里叶变换，提取开关继电器开关触点状态及充电桩充电状态特征量，从而实现充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

2、本发明采用可编程负载模拟电动汽车电池包的充电负载，可以在很短的时间内对充电桩的充电全过程工作状态进行检测。

3、本发明适合不同规格的充电桩的非侵入式交互过程时序状态的检测。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，包括充电桩和非侵入式充电桩检测装置，其特征在于，

所述充电桩包括供电开关组模块和充电桩控制模块；

所述非侵入式充电桩检测装置包括电量检测及充电开关模块、自动检测控制模块、第一可编程负载模块、第二可编程负载模块和车辆控制模拟模块；

所述充电桩和非侵入式充电桩检测装置之间通过直流电源线路、低压辅助电源线路、第一充电确认连接线路、第二充电确认连接线路以及充电通讯线路实现连接；

所述非侵入式充电桩检测装置在充电交互过程中，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载，由电量检测及充电开关模块采集充电负载的电流和电压测量波形数据，自动检测控制模块从电流和电压测量波形数据中提取充电桩内各开关的动作状态，并与车辆控制模拟模块提供的充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述供电开关组模块包括直流电源线路正极开关、直流电源线路负极开关、低压辅助电源线路正极开关、低压辅助电源线路负极开关；

所述直流电源线路正极开关，用于控制充电桩的直流电源线路正极的导通与开断；所述直流电源线路负极开关，用于控制充电桩的直流电源线路负极的导通与开断；

所述低压辅助电源线路正极开关，用于控制低压辅助电源线路正极的导通与开断；所述低压辅助电源线路负极开关，用于控制低压辅助电源线路负极的导通与开断。

3.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述充电桩控制模块，用于控制供电开关组模块内的开关导通或开断、与车辆控制模拟模块进行信息通讯、以及通过检测第一充电确认连接线路和第二充电确认连接线路的电压状态以判断充电连接状态。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述电量检测及充电开关模块，内置电量检测单元和充电开关单元；

所述电量检测单元，用于测量直流电源线路的电流和电压、测量低压辅助电源线路的电流和电压、测量充电确认连接线路的电压；

所述充电开关单元，用于控制充电桩的直流电源线路正极向第一可编程负载模块供电的导通与开断，以及控制充电桩的直流电源线路负极向第一可编程负载模块供电的导通与开断。

5.根据权利要求4所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述电量检测单元包括：第一电流测量单元、第二电流测量单元、第三电流测量单元、第四电流测量单元、第一电压测量单元、第二电压测量单元、第三电压测量单元、第四电压测量单元；

所述第一电流测量单元串联在直流电源线路正极，用于测量直流电源线路正极的电流；所述第二电流测量单元串联在直流电源线路负极，用于测量直流电源线路负极的电流；所述第一电压测量单元并联在直流电源线路正极和负极之间，用于测量直流电源线路的电压；

所述第三电流测量单元串联在低压辅助电源线路正极，用于测量低压辅助电源线路正极的电流；所述第四电流测量单元串联在低压辅助电源线路负极，用于测量低压辅助电源线路负极的电流；所述第二电压测量单元并联在低压辅助电源线路正极和负极之间，用于测量低压辅助电源线路的电压；

所述第三电压测量单元并联在第一充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第一充电确认连接线路的电压；所述第四电压测量单元并联在第二充电确认连接线路与充电桩地线之间，用于测量第二充电确认连接线路的电压。

6.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述第一可编程负载模块，由直流电源线路供电，用于模拟电动汽车电池包在不同充电工况下的充电负载；所述充电负载的大小根据电动汽车电池包的额定容量及选定的SOC变化范围而确定；

所述第二可编程负载模块，由低压辅助电源线路供电，用于模拟充电桩的低压辅助电源的负载，向所述车辆控制模拟模块供电。

7.根据权利要求1所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统，其特征在于，

所述车辆控制模拟模块，通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行信息通讯；通过电量检测及充电开关模块检测第一充电确认连接线路和第二充电确认线路的电压状态以判断充电桩的连接状态；通过自动检测控制器控制低压辅助电源线路的导通与开断；通过控制第一可编程负载模块的负载大小来模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载。

8.利用权利要求1至7任一项所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测系统而实现的检测方法，其特征在于，

所述方法包括：

步骤1，采集第一充电确认连接线路的电压，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；采集第二充电确认连接线路的电压，由直流电源线路向第一可编程负载模块充电；

步骤2，由第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载，同时采集直流电源线路的电流和电压、低压辅助电源线路的电流和电压；

步骤3，对所采集的电流和电压的波形数据进行快速傅里叶变换，得到相应的频谱特征结果；

步骤4，从频谱特征中提取继电器开关触点的状态特征量，判断充电桩内各开关的动作状态；

步骤5，将充电桩内各开关的动作状态与充电交互过程的时序控制信息进行比较，以检测充电桩的充电交互过程时序状态的正确性。

9.根据权利要求8所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测方法，其特征在于，

步骤1包括：

步骤1.1，充电桩控制模块检测到第一充电确认连接线路的电压时，导通低压辅助电源线路，由低压辅助电源线路向第二可编程负载模块充电；

步骤1.2，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，进入充电桩的自检阶段；

步骤1.3，导通直流电源线路，进入直流电源线路的绝缘检测；

步骤1.4，绝缘检测结束后，直流电源线路投入泄放回路泄放能量；

步骤1.5，开断直流电源线路；

步骤1.6，车辆控制模拟装置通过充电通讯线路与充电桩控制模块进行握手报文通讯，结束充电桩的自检阶段，并进入充电阶段。

10.根据权利要求8所述的一种非侵入式充电桩交互过程时序状态检测方法，其特征在于，

步骤2中，第一可编程负载模块模拟电动汽车电池包在不同充电状态下的充电负载时，车辆控制模拟装置和充电桩控制模块之间不断相互发送各自的充电需求信息，充电桩根据充电需求信息调整直流电源线路的电流和电压，实现第一可编程负载模块模拟的充电负载的调整。

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