CN115792333B - 一种充电设备充电电流检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电设备充电电流检测方法及装置，包括电流检测传感器、电流信号采集模块、控制及通信模块、显示模块、电源模块等部分构成。电流检测传感器的输出信号传给电流信号采集模块，转变成数字量信号，传给控制及通信模块。控制及通信模块用于控制电流信号采集模块，然后进行模数变换及数据组帧处理，并控制显示模块将电流的检测结果进行显示。电源模块用于对整个充电电流检测电路进行供电。本发明具有检测频带宽、测量准确度高、体积小等特点，可实现充电过程的非线性负荷的准确检测及趋势预测，能有效监测充电设备的运行状态。

Description

一种充电设备充电电流检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统自动化及新能源测量领域，尤其涉及一种充电设备充电电流检测方法及装置。

背景技术

由于新能源电动汽车环保、经济、运行平稳、噪声小等优势，消费者也越来越接受电动车以及相应的充电方式。随着新能源电动汽车行业的发展，市场上新能源汽车的占有量越来越多，随之发展的是电动汽车充电基础设施。为了满足规模越来越大的电动汽车的充电需求，需要大量充电桩投入运行。据统计，截至2022年1月，中国充电桩保有量达到117.8万台。由于充电桩充电负荷具有冲击性、强时变性等非线性特性，准确的检测充电桩充电电流，可以实现充电桩计量状态的准确判断及充电功率的准确计算。

当前针对充电桩充电电流的实时检测方法，存在检测准确度低、传感器频带低、无法准确检测冲击性、强时变性负荷等不足。因此，研究充电设备充电电流的高性能检测方法，对于准确监测充电桩的充电状态，以及准确的计量充电交易电量，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种充电设备充电电流检测方法及装置，可以准确的测量充电设备充电过程中的电流变化状态。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种充电设备充电电流检测方法，电流检测传感器包括八个空心线圈传感器，八个所述空心线圈传感器按照正八边形的方式固定在PCB板上；

所述空心线圈传感器为圆柱体形状；

所述空心线圈传感器的截面直径为1～3cm。

进一步，八个所述空心线圈传感器首尾相连接；

其中，第一个空心线圈传感器的正输出端作为所述电流检测传感器的正输出端；第一个空心传感器的负输出端与相邻的空心线圈传感器的正输出端相连；

第八个空心线圈传感器的负输出端连接到回线上，通过所述回线反方向绕一圈，所述回线的终端作为所述电流检测传感器的负输出端。

进一步，所述回线、采用覆铜技术直接印制在PCB板上，所述回线为正八边形。

进一步，正八边形的所述回线和正八变形的所述空心线圈传感器同圆心。

进一步，控制及通信模块嵌入融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法。

进一步，所述融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法为：

S1、分别利用融合注意力机制的LSTM模型和SVR模型对充电电流中的基波及谐波分量进行预测，得到各自的预测值；

S2、利用标准差法得到所述LSTM模型和SVR模型的权重系数，进而依据所述权重系数，将所述LSTM模型和SVR模型进行加权组合，得到最终的预测结果。

进一步，一种充电设备充电电流检测装置，所述装置用于实现所述的充电设备充电电流检测方法，

还包括：

电流检测传感器：用于检测被测线路中的电流信号；

电流信号采集模块：用于进行信号调理及模数转换；

控制及通信模块：用于控制所述电流信号采集模块2的采样时刻及采样频率，并对数据进行分析及组帧处理，然后将结果输出给显示模块4，并可传输给其他智能终端；

电源模块：用于对整个电路进行供电。

所述电流信号采集模块包括信号调理电路及模数转换电路；

所述信号调理电路采用OP282系列运算放大器构成信号滤波及放大电路；

所述模数转换电路采用AD7606系列模数转换器，包含八路模数转换通道；

控制及通信模块：用于整个充电电流检测电路的控制、显示、数据通信等，采用EP2C5T144I8N系列FPGA作为核心处理或采用DSP。

显示模块：用于显示充电电流检测的结果，包括充电电流实时波形、充电电流幅值变化趋势、充电电流极值点及对应时刻的信息。

电源模块：用于对整个充电电流检测电路进行供电，采用TML 40512C开关电源模块实现交流和直流之间的转换，输入电压220V，输出电压为±12V、5V，然后通过TPS76333电压调节器实现5V转3.3V。

本发明的有益效果为：1)电流检测传感器由八个空心线圈传感器按照正八边形的方式对称分布并固定在PCB板上，对称分布可有效提升整个电流检测传感器的抗干扰能力。

2)空心线圈传感器的骨架采用圆柱体形状骨架，绕线方便且线匝分布更为均匀，适合机械工具批量绕制，有效提升了加工效率，降低了成本。且圆柱体骨架可以多层绕线，增加空心线圈匝数，提高小信号时的测量准确度。

3)回线采用覆铜技术直接印制在PCB板上，其形状为正八边形，处于空心线圈传感器构成的正八边形环状图形的中心位置，两者刚好重合，有效消除了垂直方向的磁场干扰。

4)控制及通信模块中采用融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法，根据充电电流中的不同成分的特征分别预测并进行加权组合，大大提升了预测结果的准确性和可靠性，可实现充电设备运行状态的准确预测及预警。

5)该方法具有检测频带宽、测量准确度高、体积小等特点，可实现充电过程的非线性负荷的准确检测及趋势预测，能有效监测充电设备的运行状态，对于保障充电设备的性能有重要意义。

附图说明

图1为一种充电设备充电电流检测装置的方框图；

图2为电流检测传感器的结构示意图。

图3为本发明中融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，一种充电设备充电电流检测方法，电流检测传感器1包括八个空心线圈传感器，八个所述空心线圈传感器按照正八边形的方式固定在PCB板上；

所述空心线圈传感器为圆柱体形状；

其中，圆柱体形状骨架绕制线匝更加方便快捷，比现有的圆形空心线圈、柔性空心线圈等绕制起来更为方便，且线匝分布更为均匀。充电设备的充电电流一般为32A以下，当被测电流较小时，可以在圆柱体骨架上多层绕线，增加空心线圈匝数，提高小信号时的测量准确度。以圆柱体形状骨架长度为5cm为例，绕线采用漆包线，直径0.1mm，则单层绕线匝数可达500匝，整个空心线圈传感器匝数可达4000匝，比同尺寸的PCB型空心线圈匝数增大10倍左右，有效提升了空心线圈传感器在小信号时的感应电压输出。

所述空心线圈传感器的截面直径为1～3cm。

八个所述空心线圈传感器首尾相连接；

其中，第一个空心线圈传感器801的正输出端作为所述电流检测传感器的正输出端；第一个空心传感器801的负输出端与相邻的空心线圈传感器802的正输出端相连；

为了抑制垂直于电流检测传感器平面方向的磁场干扰，第八个空心线圈传感器808的负输出端连接到回线10上，通过所述回线10反方向绕一圈，所述回线10的终端11作为所述电流检测传感器的负输出端。

所述回线10采用覆铜技术直接印制在PCB板上，所述回线10为正八边形。

正八边形的所述回线10和正八变形的所述空心线圈传感器同圆心。抑制效果更好。

控制及通信模块3嵌入融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法。

所述融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法为：

S1、分别利用融合注意力机制的LSTM模型和SVR模型对充电电流中的基波及谐波分量进行预测，得到各自的预测值；

S2、利用标准差法得到所述LSTM模型和SVR模型的权重系数，进而依据所述权重系数，将所述LSTM模型和SVR模型进行加权组合，得到最终的预测结果。该算法的预测效果比单一的预测算法或几种算法的简单组合更为准确，图3为该算法流程示意图。

请参阅图1，一种充电设备充电电流检测装置，所述装置用于实现所述的充电设备充电电流检测方法，

还包括：

电流检测传感器1：用于检测被测线路中的电流信号；

电流信号采集模块2：用于进行信号调理及模数转换；

控制及通信模块3：用于控制所述电流信号采集模块2的采样时刻及采样频率，并对数据进行分析及组帧处理，然后将结果输出给显示模块4，并可传输给其他智能终端；

电源模块5：用于对整个电路进行供电。

所述电流信号采集模块2包括信号调理电路及模数转换电路；

所述信号调理电路采用OP282系列运算放大器构成信号滤波及放大电路；

所述模数转换电路采用AD7606系列模数转换器，包含八路模数转换通道；

控制及通信模块3：用于整个充电电流检测电路的控制、显示、数据通信等，采用EP2C5T144I8N系列FPGA作为核心处理或采用DSP。

显示模块4：用于显示充电电流检测的结果，包括充电电流实时波形、充电电流幅值变化趋势、充电电流极值点及对应时刻的信息。

电源模块5：用于对整个充电电流检测电路进行供电，采用TML40512C开关电源模块实现交流和直流之间的转换，输入电压220V，输出电压为±12V、5V，然后通过TPS76333电压调节器实现5V转3.3V。

提出了正八边形电流检测传感器的设计方法，设计了正八边形的回线，有效提升了电流检测传感器的抗干扰性能。提出了融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法，可根据充电电流不同成分的特征分别预测并进行加权组合，大大提升了预测结果的准确性和可靠性。该检测方法，具有检测频带宽、测量准确度高、体积小等特点，可实现充电过程的非线性负荷的准确检测及趋势预测，能有效监测充电设备的运行状态，对于保障充电设备的性能有重要意义。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，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和改进，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 (1)

1.一种充电设备充电电流检测装置，所述装置用于实现充电设备充电电流检测方法，其特征在于：

包括：

电流检测传感器（1）：用于检测被测线路中的电流信号；

电流信号采集模块（2）：用于进行信号调理及模数转换；

控制及通信模块（3）：用于控制所述电流信号采集模块（2）的采样时刻及采样频率，并对数据进行分析及组帧处理，然后将结果输出给显示模块（4），并可传输给其他智能终端；

电源模块（5）：用于对整个电路进行供电；

所述电流信号采集模块（2）包括信号调理电路及模数转换电路；

所述信号调理电路采用OP282系列运算放大器构成信号滤波及放大电路；

所述模数转换电路采用AD7606系列模数转换器，包含八路模数转换通道；

控制及通信模块（3）：用于整个充电电流检测装置的控制、显示及数据通信，采用EP2C5T144I8N系列FPGA作为核心处理或采用DSP；

显示模块（4）：用于显示充电电流检测的结果，包括充电电流实时波形、充电电流幅值变化趋势和充电电流极值点及对应时刻的信息；

电源模块（5）：用于对整个充电电流检测装置进行供电，采用TML 40512C 开关电源模块实现交流和直流之间的转换，输入电压220V，输出电压为±12V或5V，然后通过TPS76333电压调节器实现5V转3.3V；

还包括：

电流检测传感器（1）包括八个空心线圈传感器，八个所述空心线圈传感器按照正八边形的方式固定在PCB板上；

所述空心线圈传感器为圆柱体形状；

所述空心线圈传感器的截面直径为1～3cm；

八个所述空心线圈传感器首尾相连接；

其中，第一个空心线圈传感器（801）的正输出端作为所述电流检测传感器的正输出端；第一个空心线圈传感器（801）的负输出端与相邻的空心线圈传感器（802）的正输出端相连；

第八个空心线圈传感器（808）的负输出端连接到回线（10）上，通过所述回线（10）反方向绕一圈，所述回线（10）的终端（11）作为所述电流检测传感器的负输出端；

所述回线（10）采用覆铜技术直接印制在PCB板上，所述回线（10）为正八边形；

正八边形的所述回线（10）和正八变形的所述空心线圈传感器同圆心；

控制及通信模块（3）嵌入融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法；

所述融合注意力机制的LSTM与SVR组合预测算法为：

S1、分别利用融合注意力机制的LSTM模型和SVR模型对充电电流中的基波及谐波分量进行预测，得到各自的预测值；

S2、利用标准差法得到所述LSTM模型和SVR模型的权重系数，进而依据所述权重系数，将所述LSTM模型和SVR模型进行加权组合，得到最终的预测结果。