CN114895103A - 一种电动汽车充电桩充电状态检测方法 - Google Patents

一种电动汽车充电桩充电状态检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，涉及监测、控制技术领域，解决的技术问题是电动汽车充电桩充电状态检测，采用的是通过直流测试单元实现检测，该单元包括DSP+ARM处理器，所述DSP+ARM处理器连接有采集电路、信号调理电路、A/D转换模块和计算模块，所述采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端的A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与计算模块的输入端连接；计算模块为计数采样和功率运算；计数采样通过分流器控制计数频率，通过功率运算检测充电桩是否充满电；其中有功功率
Figure 374142DEST_PATH_IMAGE001
，将计算出的功率P与设置的阈值进行对比，以核对充电桩是否充满电。本发明能够实现电动汽车检测、充电为一体的状态检测。

Description

一种电动汽车充电桩充电状态检测方法
技术领域
本发明涉及监测、控制领域，且更确切地涉及一种电动汽车充电桩充电状态检测方法。
背景技术
我国的电动汽车规模正在呈现大幅度的增长，充电桩是电动汽车运行的基本设施，是重要的贸易结算计量器具，做好对充电桩的现场计量能够有效提升充电桩整体的性能并保证贸易结算的公正性，对电动汽车的充电业务服务水平实现提高，这样就能够有效地推动电动汽车行业的发展，做好对其现场的计量就能够为电动汽车正常充电和技术提高提供保障，对电动汽车的正常使用具有积极的意义。
充电桩现场测试仪充电桩接口连接充电桩的充电枪，负载接口连接模拟负载，在计量过程中，充电桩现场测试仪通过控制导引单元（可由负载提供）发送BMS指令模拟电动汽车的充电需求，充电桩根据充电需求调节电压和电流输出。充电桩在其输出功率充足的情况下，对充电需求完全相应，即满足充电需求的电压和电流，进行满负荷充电，但在实际充电桩计量过程中，充电桩并没有按照需求的电压和电流进行输出，导致其对充电桩现场测试设备的充电需求没有完全相应，无法检测充电桩充电状态。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，通通过测量电路，能够实现电动汽车检测、充电为一体的状态检测，能够实时检测充电桩的充电状态。
为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其中包括：
通过直流测试单元测量电动汽车充电桩充电状态，其中直流测试单元包括DSP+ARM处理器，用于完成充电参数的功率运算、电能运算、数据存储和接口封装；所述DSP+ARM处理器连接有采集电路、信号调理电路、A/D转换模块和计算模块，其中：
所述采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端的A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与计算模块的输入端连接；计算模块为计数采样和功率运算；
信号调理电路包括阻容分压器，其中阻容分压器的传递函数表示为：
Figure 562951DEST_PATH_IMAGE001
（1）
公式（1）中，
Figure 229555DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 731206DEST_PATH_IMAGE003
表示高精度分压电阻，
Figure 432446DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 204093DEST_PATH_IMAGE005
为阻容分压电容；
Figure 341682DEST_PATH_IMAGE006
表示传递函数；
Figure 161870DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 202770DEST_PATH_IMAGE008
为
Figure 145318DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 255357DEST_PATH_IMAGE010
的阻抗；
直流电压信号分压比为1000V/10V，检测点电压和辅助电压比例为12V/10V，信号调理电路通过衰减信号进行差分采样，以提高共模抑制比利用乘法器将原始信号放大N倍，N大于2；
计数采样通过分流器控制计数频率，计数采样通过量化后的充电桩数字信号经过数字隔离进入FPGA，FPGA完成脉冲计数采样、数据预处理、实时运算和记录；
通过功率运算检测充电桩是否充满电； 其中有功功率
Figure 128504DEST_PATH_IMAGE011
，将计算出的功率 P与设置的阈值进行对比，以核对充电桩是否充满电。
作为本发明进一步的技术方案，功率运算输出端还设置有校正电路，其中校正电路设置有BF533主控模块，所述BF533主控模块连接有跨导功放电路、A/D转换模块、放大器和I/V转换器。
作为本发明进一步的技术方案，分流器使用250A/75mA的分流器，型号为FL-2, 准确度大于1% 。
作为本发明进一步的技术方案，A/D转换模块的芯片采用ADS8556，分辨率 16 位，支持6路并行差分输入，每通道630kSPS采样率，输入范围-10~+10V，采集精度＜0.02%，满足各通道信号的同步采样和测量。
作为本发明进一步的技术方案，A/D转换模块为双通道AD转换模块，型号为AD7380 41 ，所述A/D转换模块出端还设置有放大器。
作为本发明进一步的技术方案，放大器的放大倍数计算公式为：
Figure 601073DEST_PATH_IMAGE012
（2）
公式（2）中，
Figure 652206DEST_PATH_IMAGE013
为2.6k ，则增益为 G=20倍。
作为本发明进一步的技术方案，计数采样频率输出为：
Figure 577437DEST_PATH_IMAGE014
（3）
公式（3）中，D：为程序设定值，
Figure 478441DEST_PATH_IMAGE015
电路中的时钟数据信息输出值。
作为本发明进一步的技术方案，功率运算中，根据欧姆定律U=IR，若IR超过最大输出电压时，I减小，这种情况需要增加负载功率；
当电压、电流同时偏小时，充电桩输出功率不足，负载功率充足的条件下，根据充电需求，R已调节为满足充电需求的电阻；
根据
Figure 539938DEST_PATH_IMAGE017
，充电桩输出功率不够，P偏小，则输出电流I偏小，根据欧姆定 律U=IR，输出电压U偏小；
当充电桩输出功率不足，当需求电压大于充电桩最大输出电压，则充电桩按最大输出电压输出，根据欧姆定律U=IR，U减小，则I减小；
当需求电流大于充电桩最大输出电流，则充电桩按最大输出电流输出，根据欧姆定律U=IR，I减小，则U减小，当出现这种现状时，按照充电桩的输出功率，设置负载点，当充电桩功率模块损坏，无法正常输出，则进行修理。
本发明有益的积极效果在于：
区别于常规技术，本发明通过直流测试单元测量电动汽车充电桩充电状态，其中 直流测试单元包括DSP+ARM处理器，用于完成充电参数的功率运算、电能运算、数据存储和 接口封装；所述DSP+ARM处理器连接有采集电路、信号调理电路、A/D转换模块和计算模块， 所述采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端的A/D转换 模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与计算模块的输入端连接；计算模块为计数 采样和功率运算；计数采样通过分流器控制计数频率，计数采样通过量化后的充电桩数字 信号经过数字隔离进入FPGA，FPGA完成脉冲计数采样、数据预处理、实时运算和记录；通过 功率运算检测充电桩是否充满电； 其中有功功率
Figure 761972DEST_PATH_IMAGE018
，将计算出的功率P与设置的阈 值进行对比，以核对充电桩是否充满电。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明直流测试单元的原理示意图；
图2为本发明阻容分压法原理示意图；
图3为本发明校正电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，包括：
通过直流测试单元测量电动汽车充电桩充电状态，其中直流测试单元包括DSP+ARM处理器，用于完成充电参数的功率运算、电能运算、数据存储和接口封装；所述DSP+ARM处理器连接有采集电路、信号调理电路、A/D转换模块和计算模块，其中：
所述采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端的A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与计算模块的输入端连接；计算模块为计数采样和功率运算；
信号调理电路包括阻容分压器，其中阻容分压器的传递函数表示为：
Figure 361450DEST_PATH_IMAGE019
（1）
其中
Figure 389448DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 508714DEST_PATH_IMAGE003
表示高精度分压电阻，阻容分压法的分压精度主要取决于分压电阻 和电阻自身的精度以及其组合匹配的精度。本申请采用多个高精度电阻组成分压网络，直 流电压信号分压比为1000V/10V，检测点电压和辅助电压比例为12V/10V，信号调理电路通 过衰减信号进行差分采样，以提高共模抑制比利用乘法器将原始信号放大N倍，N大于2；
计数采样通过分流器控制计数频率，计数采样通过量化后的充电桩数字信号经过数字隔离进入FPGA，FPGA完成脉冲计数采样、数据预处理、实时运算和记录；
通过功率运算检测充电桩是否充满电； 其中有功功率
Figure 386803DEST_PATH_IMAGE020
，将计算出的功率P 与设置的阈值进行对比，以核对充电桩是否充满电。
如图3所示，在上述实施例中，功率运算输出端还设置有校正电路，其中校正电路设置有BF533主控模块，所述BF533主控模块连接有跨导功放电路、A/D转换模块、放大器和I/V转换器。
在上述实施例中，分流器使用250A/75mA的分流器，型号为FL-2, 准确度大于1% 。
在上述实施例中，A/D转换模块的芯片采用ADS8556，分辨率 16 位，支持6路并行差分输入，每通道630kSPS采样率，输入范围-10~+10V，采集精度＜0.02%，满足各通道信号的同步采样和测量。
在上述实施例中，A/D转换模块为双通道AD转换模块，型号为 AD7380 41 ，所述A/D转换模块出端还设置有放大器。
在上述实施例中，放大器的放大倍数计算公式为：
Figure 286625DEST_PATH_IMAGE021
（2）
公式（2）中，
Figure 790419DEST_PATH_IMAGE022
为2.6k ，则增益为 G=20倍。
在上述实施例中，计数采样频率输出为：
Figure 92087DEST_PATH_IMAGE023
（3）
公式（3）中，D：为程序设定值，
Figure 639612DEST_PATH_IMAGE024
电路中的时钟数据信息输出值。
在上述实施例中，功率运算中，根据欧姆定律U=IR，若IR超过最大输出电压时，I减小，这种情况需要增加负载功率；
当电压、电流同时偏小时，充电桩输出功率不足，负载功率充足的条件下，根据充电需求，R已调节为满足充电需求的电阻；
根据
Figure 26731DEST_PATH_IMAGE025
，充电桩输出功率不够，P偏小，则输出电流I偏小，根据欧姆定 律U=IR，输出电压U偏小；
当充电桩输出功率不足，当需求电压大于充电桩最大输出电压，则充电桩按最大输出电压输出，根据欧姆定律U=IR，U减小，则I减小；
当需求电流大于充电桩最大输出电流，则充电桩按最大输出电流输出，根据欧姆定律U=IR，I减小，则U减小，当出现这种现状时，按照充电桩的输出功率，设置负载点，当充电桩功率模块损坏，无法正常输出，则进行修理。
在其他实施例中，直流电压输入在满量程时约为2V，直流分流器在满量程为75mV经过20倍放大后为1.5V，均工作在AD转换AD7380 41的准确度良好的工作点上。通过软件计算电压和电流的乘积为直流有功功率P。由于直流分流器的阻值会随着温度和电流大小的变化而变化。
在具体实施例中，直流测试单元的电压采集精度达到0.02%，包括直流输出电压、检测点电压和辅助电压。针对1000V的直流大电压不能通过仪器直接量化，需要进行相应的衰减变换。直流测试单元使用阻容分压法。
在本发明中， BF533 主板通过SPI接口向扫频实时校准电路设定 DDS的频率值为1KHz，校准时扫频发生器DDS 通过AD9833直接数字频率合成，AD9833为ADI公司的DDS芯片，电容 C3 51b的值为10nF、电容C4 51c的值为 100nF，晶体为10M的有源晶体。AD9833的BF533主板通过 SPI接口设定扫频法实时校准电路的输出频率为f=1kHz，输出扫频信号的幅值为1V峰峰值。把f1代入公式3，可得：
Figure 334216DEST_PATH_IMAGE026
（4）
通过上述公式可以计算出扫描频率的数值，当出现电压正常、电流偏小的情况，公式4扫描频率的数值会缓慢变小。当电压、电流同时偏小时，公式4扫描频率的数值会迅速变小。由于充电桩测量环境的不通过。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：包括：
通过直流测试单元测量电动汽车充电桩充电状态，其中直流测试单元包括DSP+ARM处理器，用于完成充电参数的功率运算、电能运算、数据存储和接口封装；所述DSP+ARM处理器连接有采集电路、信号调理电路、A/D转换模块和计算模块，其中：
所述采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端的A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与计算模块的输入端连接；计算模块为计数采样和功率运算；
信号调理电路包括阻容分压器，其中阻容分压器的传递函数表示为：
Figure 502205DEST_PATH_IMAGE001
（1）
公式（1）中，
Figure 970357DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 365566DEST_PATH_IMAGE003
表示高精度分压电阻，
Figure 117622DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 940084DEST_PATH_IMAGE005
为阻容分压电容；
Figure 394068DEST_PATH_IMAGE006
表 示传递函数；
Figure 592968DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 199530DEST_PATH_IMAGE008
为
Figure 881310DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 635639DEST_PATH_IMAGE010
的阻抗；
直流电压信号分压比为1000V/10V，检测点电压和辅助电压比例为12V/10V，信号调理电路通过衰减信号进行差分采样，以提高共模抑制比利用乘法器将原始信号放大N倍，N大于2；
计数采样通过分流器控制计数频率，计数采样通过量化后的充电桩数字信号经过数字隔离进入FPGA，FPGA完成脉冲计数采样、数据预处理、实时运算和记录；
通过功率运算检测充电桩是否充满电； 其中有功功率
Figure 310334DEST_PATH_IMAGE011
，将计算出的功率P与设 置的阈值进行对比，以核对充电桩是否充满电。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：功率运算输出端还设置有校正电路，其中校正电路设置有BF533主控模块，所述BF533主控模块连接有跨导功放电路、A/D转换模块、放大器和I/V转换器。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：分流器使用250A/75mA的分流器，型号为FL-2, 准确度大于1% 。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：A/D转换模块的芯片采用ADS8556，分辨率 16 位，支持6路并行差分输入，每通道630kSPS采样率，输入范围-10~+10V，采集精度＜0.02%，满足各通道信号的同步采样和测量。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：A/D转换模块为双通道AD转换模块，型号为 AD7380 41 ，所述A/D转换模块出端还设置有放大器。
6.根据权利要求4所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：放大器的放大倍数计算公式为：
Figure 20670DEST_PATH_IMAGE012
（2）
公式（2）中，
Figure 450514DEST_PATH_IMAGE013
为2.6k ，则增益为 G=20倍。
7.根据权利要求4所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：计数采样频率输出为：
Figure 629823DEST_PATH_IMAGE014
（3）
公式（3）中，D：为程序设定值，
Figure 904946DEST_PATH_IMAGE015
电路中的时钟数据信息输出值。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩充电状态检测方法，其特征在于：功率运算中，根据欧姆定律U=IR，若IR超过最大输出电压时，I减小，这种情况需要增加负载功率；
当电压、电流同时偏小时，充电桩输出功率不足，负载功率充足的条件下，根据充电需求，R已调节为满足充电需求的电阻；
根据
Figure 236833DEST_PATH_IMAGE016
，充电桩输出功率不够，P偏小，则输出电流I偏小，根据欧姆定律U=IR， 输出电压U偏小；
当充电桩输出功率不足，当需求电压大于充电桩最大输出电压，则充电桩按最大输出电压输出，根据欧姆定律U=IR，U减小，则I减小；
当需求电流大于充电桩最大输出电流，则充电桩按最大输出电流输出，根据欧姆定律U=IR，I减小，则U减小，当出现这种现状时，按照充电桩的输出功率，设置负载点，当充电桩功率模块损坏，无法正常输出，则进行修理。
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