CN113702732A - 一种便携式直流充电桩故障测试***及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式直流充电桩故障测试***及其检测方法，包括用于插接直流充电桩枪头的直流接口装置、BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板，高压板用于模拟电池电源，直流接口装置连接到负载、BMS模拟板和模拟电路板，高压板与模拟电路板和负载输入端相连，模拟电路板连接到数字电路板和负载，负载采用7.5kw的阻性负载。本发明采用内置小型负载，对直流充电桩进行安全性试验、传导充电互操作试验和通信协议一致性试验的便携式测试仪，具有轻便、可遥控操作、根据测试结果自动完成充电桩多种故障诊断等特点，主要用于电力行业中充电桩现场日常巡查，检查互联互通性和安全性，适用于充电桩的预防性试验和检查性试验及投运前试验。
Description
技术领域
本发明涉及直流充电桩自动检测技术领域，具体涉及一种便携式直流充电桩故障测试***及其检测方法。
背景技术
新能源汽车具有低污染、低经济成本、高性能的特点,将会成为未来汽车行业发展主流。新能源汽车的发展推动其充电设施的发展，据预测，未来将会有大量充电桩设备投入使用。充电桩又分为直流充电桩和交流充电桩。其中直流充电桩具有充电高效、快速等优点，适应当今快节奏的生活，逐渐取代交流充电桩，成为未来主流的充电设施。
充电设施行业虽然发展迅速，但这一行业尚处于摸索阶段。
虽然投入使用的充电桩数量不断增加，但其故障问题也频频出现。其故障点主要出现在通信协议一致性和互操作性安全方面。同时，已投入使用的充电桩，都需要按照国家标准GB/T 34657.1-2017《电动汽车传导充电互操作性测试规范 第1部分：供电设备》和GB/T 34658-2017《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理***之间的通信协议一致性测试》进行测试，测试项目高达90多项，对于现场安装直流充电桩或运维检测来说，试验检测项目过多，主要针对实验室进行完整检测。因此对直流充电桩的日常故障排查和运行维护显得尤为重要。
而当前研发的一些充电桩的检测装置技术，如中国专利申请（申请号为201710359029）中公开了一种直流充电桩自动检测***，它包括直流模拟器、模拟充电过程测试负载、充电桩带载能力测试负载、模拟电源、录波器，所述直流模拟器包括模数转换器、数字电路处理模块和与被测直流充电桩接口匹配的检测***接口，所述检测***接口的直流输出正极端DC+和直流输出负极端DC-分别通过开关Gk1和开关Gk2连接模拟电源正极供电端和负极供电端，检测***接口的接地端E-GND连接模数转换器的接地端，检测***接口的辅助电源正极端A+和辅助电源负极端A-分别连接充电桩带载能力测试负载的正极接口和负极接口，检测***接口的第一连接确认信号通信端CC1和第二连接确认信号通信端CC2分别连接模数转换器的第一连接确认检测模拟信号接口和第二连接确认检测模拟信号接口，检测***接口的CAN总线正极通信端口S+和CAN总线负极通信端口S-分别连接数字电路处理模块的CAN正极通信端和CAN负极通信端；可以对输入输出电流电压信号进行检测分析，还可以对充电桩本机充电控制兼容性检测和充电通信兼容性检测。其中控制兼容性测试包括桩体控制导引参数测试、正常充电过程测试和模拟蓄电池故障测试，通信兼容性测试包括直流充电桩握手阶段、配置阶段、充电阶段、结束阶段这四个阶段的通信测试。本发明可全面检测直流充电桩性能指标，保证直流充电桩可靠运行。另外本发明还具有结构简单，操作方便安全、工作效率高且可靠性好等优点。虽然在检测功能上比较完善，但由于装置结构复杂，体积大，需要携带多种负载，且外接示波器、录波器，导致整套设备不易搬运，只适合用于实验室检测，对于户外运维显得十分笨重不便。中国专利申请（申请号为201911348951）中公开了一种用于充电桩的定期自动检测装置，包括直流充电桩及交流充电桩，直流充电包括直流充电控制单元、电源模块及直流充电枪；交流充电桩包括交流充电控制模块及交流充电枪，直流充电桩还包括直流充电故障测试单元，交流充电桩的测试单元还包括交流充电故障测试单元。能够实现直流充电故障模拟测试和交流充电模拟故障测试，通过模拟一些故障来测试车的反应，来检查车的动作，是否满足要求，减少电动汽车充电过程中的事故发生；其结构简单、功能单一，仅仅用于电压和电流的测试和部分协议一致性项目的测试，互操作性测试主要项目也不能覆盖，无法满足测试需求。此外，中国专利申请（申请号为202020418377）中公开了一种交流充电桩故障***，交流充电桩故障检测***的硬件电路主要以STM32为控制核心，包括充电接口、CC信号采集电路、CP信号采集电路、R2/R3电阻选择网络、RS485串行通信模块、can通信电路、电源电路和上位机。在电场或磁场的影响下，这些部件将与电路和传输能量联系在一起，而交流充电桩也不例外。直流充电桩控制***是一种多功能的软件和硬件***，每个功能都需要相应的硬件模块和软件模块实现。采用一种模块化的方法，从功能的角度来设计直流充电桩控制***。在对直流充电***进行分类后,根据四个主要功能，将大型功能类进一步划分为低可靠性的几个小功能模块，可通过芯片实现。尽可能地，每个子模块都可以单独执行和测试。通过这种方法，直流充电控制***的设计结构清晰，设计难度降低，整体组成***的调试和升级更加方便。可通过ARM软件任务模块、DSP充电控制板、双控制板电路和定时控制功能模块实现充电控制功能。此装置体积较小、便于携带，但是只能满足互操作性测试，不能实现协议一致性内容的测试。目前，充电桩便携式、轻量化、工具化的运维设备将会有大量的需求。针对直流充电桩投运前试验、日常运行维护测试，到目前为止，还没有一种功能较全、高效便携的检测设备满足要求。因此，研发一种便携式高效率的直流充电桩检测***迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种便携式直流充电桩故障测试***及其检测方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明采取的技术方案为：一种便携式直流充电桩故障测试***，包括直流充电桩检测端，直流充电桩检测端包括用于插接直流充电桩枪头的直流接口装置、BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板，高压板用于模拟电池电源，直流接口装置连接到负载、BMS模拟板和模拟电路板，高压板与模拟电路板和负载输入端相连，模拟电路板连接到数字电路板和负载，负载采用7.5kw的阻性负载。
优选的，上述一种便携式直流充电桩故障测试***还包括IPAD控制端，IPAD控制端通过无线模块（无线路由器）连接到直流充电桩检测端（具体为数字电路板和BMS模拟板）。
优选的，上述一种便携式直流充电桩故障测试***还包括外壳，直流接口装置安装在外壳侧壁上，BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板以及负载安装在外壳内。
优选的，上述负载一端安装有散热风机，散热风机正对并贴合外壳侧壁通孔。
优选的，上述直流接口装置的辅助电源线还连接有充电电池，充电电池连接到模拟电路板。
优选的，上述模拟电路板包括电压电流检测模块、切换信号处理模块、开关切换模块和电源处理模块，电压电流检测模块连接到直流接口装置的CC1电压检测端、CC2电压检测端、高电压传感器、电流传感器和辅助电压传感器以及数字电路板，高电压传感器、电流传感器连接到直流接口装置的直流输出端，辅助电压传感器连接到直流接口装置的辅助电源线，并与BMS模拟板相连接，开关切换模块连接到切换信号处理模块和高压板，切换信号处理模块连接到数字电路板，电源处理模块连接到充电电池，用于模拟电路板、数字电路板和高压板供电，开关切换模块用于控制高压板与负载之间、CC1电压检测端与CC2电压检测端电压电流检测模块之间、充电电池和辅助电源线之间的通断，具体的连接为：直流接口装置的DC+端和DC-端连接到负载并通过高电压传感器和电流传感器连接到模拟电路板的V-DC端和L-DC端，直流接口装置的CC1电压检测端、CC2电压检测端和E-GND端通过开关切换模块连接到模拟电路板的V-CC1端、V-CC2端和GND端，直流接口装置的辅助电源线（即A+端和A-端）连接到散热风机和通过开关切换模块连接到充电电池，辅助电源线还通过辅助电压传感器连接到模拟电路板的V-A端，直流接口装置的S+端和S-端连接到BMS模拟板，充电电池连接到电源处理模块；BMS模拟板的辅助电压采样端口连接到辅助电压传感器，开关切换模块的控制端连接到切换信号处理模块。
优选的，上述数字电路板包括主控模块和与主控模块连接的CPLD逻辑单元、DA输出模块、网络模块、RS232接口和RS485接口，DA输出模块连接到BMS模拟板，CPLD逻辑单元连接到AD采样模块和数字量输入输出检测模块（I/O输入输出端口），AD采样模块和数字量输入输出检测模块连接到模拟电路板。
优选的，上述电压电流检测模块包括直流输出电压检测模块、直流输出电流检测模块、低压辅助电压检测模块、CC1电压检测模块和CC2电压检测模块，直流输出电压检测模块和直流输出电流检测模块分别连接到高电压传感器（1000V/3V）和电流传感器(30A/3V)；低压辅助电压检测模块连接到辅助电压传感器（24V/3V）， CC1电压检测模块和CC2电压检测模块分别连接到直流接口装置的CC1电压检测端和CC2电压检测端。
一种便携式直流充电桩故障测试***的测试方法，该方法包括以下步骤：
S1、直流充电桩检测端电源开启，打开IPAD控制端中配套控制软件，通过无线模块连接到直流充电桩检测端，进入软件***主界面；
S2、检测操作方法步骤如下：
步骤一：首先将充电桩的充电枪与直流充电桩检测端的直流接口装置连接；
步骤二：通过IPAD控制端中***软件参数设置界面输入被检充电桩基本信息，被检充电桩基本信息包括设备名称、直流充电桩规格型号、直流充电桩输出电压范围、输出电流范围、额定功率、测量精度等级、测量时间的基本信息，点击测试跳转到测试项目界面；
步骤三：通过IPAD控制端中***软件选择检测项目，测试项目区选择互操作性测试、协议一致性测试项目，采用顺序测试或单项测试，其中互操作性测试包括连接确认测试、自检阶段测试、充电准备就绪测试、充电阶段测试、正常充电结束测试和故障测试；协议一致性测试检测充电桩是否按照标准要求实现CAN通信协议，协议一致性测试参数包括通信逻辑、报文的长度、周期、内容；
步骤四：在测试过程中，用户在测试主界面实时检测DC输出电压、输出电流、检测点1电压和辅助电源电压大小及波形，点击报文显示按键，监测CAN报文数据包括接收时间、报文ID、长度、内容，实时核查当前测试结果；点击每一项测试内容，都附有详细的测试说明和测试结果，同时，点击停止测量按键，终止测试过程；
步骤五：测试完成后，点击报告导出，自动生成规定格式的检测报告。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
（1）本发明针对测试项目少的问题，采用内置小型负载，对直流充电桩进行安全性试验、传导充电互操作试验和通信协议一致性试验的便携式测试仪，具有轻便、可遥控操作、根据测试结果自动完成充电桩多种故障诊断等特点，主要用于电力行业中充电桩现场日常巡查，检查互联互通性和安全性，适用于充电桩的预防性试验和检查性试验及投运前试验，采用一个设备测试直流充电桩互操作性和协议一致性，极大提高了检测效率，缩短检测时间；
（2）通过IPAD软件控制端和充电桩测试装置端可以模拟电动汽车充电远程操作过程，便于实现测试端的轻便化，进而完成直流充电桩故障检测，采用IPAD上软件作为控制端，可以选择直流充电桩互操作性和协议一致性测试；
（3）本发明装置能够实现轻巧便携，装置在能够保证完成检测任务和满足精度要求的前提下，做到了体积小、重量轻、易于便携，满足设备运维的要求。
附图说明
图1为直流充电桩故障检测装置结构原理框图；
图2为直流充电桩故障检测装置电气原理图；
图3为数字电路板结构连接框图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-3所示，一种便携式直流充电桩故障测试***，包括直流充电桩检测端，直流充电桩检测端包括用于插接直流充电桩枪头的直流接口装置、BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板，高压板用于模拟电池电源，直流接口装置连接到负载、BMS模拟板和模拟电路板，高压板与模拟电路板和负载输入端相连，模拟电路板连接到数字电路板和负载，负载采用7.5kw的阻性负载。
优选的，上述一种便携式直流充电桩故障测试***还包括IPAD控制端，IPAD控制端通过无线模块（无线路由器）连接到直流充电桩检测端（具体为数字电路板和BMS模拟板），通过IPAD控制端上的测试***控制软件进行远程控制直流充电桩检测端的检测测试。
测试***主要进行如下测试：
（1）安全性测试：急停试验项目1项；
（2）互操作测试：所有正常项5项；
（3）协议一致性测试：协议正常和异常项40项。
故障诊断：可观察通信报文和充电过程各个状态量波形，自动分析充电桩多种故障。
IPAD控制端由IPAD配套软件完成，其中IPAD软件具备充电桩测试的协议一致性测试和互操作性测试选项，测试人员可根据需要选择测试内容，***可自动完成选择的测试项目，测试完毕后自动生成检测结果表格。
优选的，上述一种便携式直流充电桩故障测试***还包括外壳，直流接口装置安装在外壳侧壁上，BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板以及负载安装在外壳内，通过集成到外壳内，便于实现装置的便携小型化，利于到现场检测和巡检。
优选的，上述负载一端安装有散热风机，散热风机正对并贴合外壳侧壁通孔，能够提高负载使用效率，实现快速负载散热降温，散热风机安装在外壳侧壁上，散热风机通过开关切换模块（多组继电器组成）连接到充电电池。
优选的，上述直流接口装置的辅助电源线（即A+端和A-端）还连接有充电电池（采用充电锂电池），充电电池连接到模拟电路板的电源处理模块，充电电池采用12V充电锂电池，为整套检测装置供电，通过电源处理模块，转化为其他等级电压，给各电路板和风机供电。
优选的，上述模拟电路板包括电压电流检测模块、切换信号处理模块、开关切换模块和电源处理模块，电压电流检测模块连接到直流接口装置的CC1电压检测端、CC2电压检测端、高电压传感器、电流传感器和辅助电压传感器以及数字电路板，高电压传感器、电流传感器连接到直流接口装置的直流输出端，辅助电压传感器连接到直流接口装置的辅助电源线，并与BMS模拟板相连接，开关切换模块连接到切换信号处理模块和高压板，切换信号处理模块连接到数字电路板，电源处理模块连接到充电电池，用于模拟电路板、数字电路板和高压板供电，开关切换模块用于控制高压板与负载之间、CC1电压检测端与CC2电压检测端电压电流检测模块之间、充电电池和辅助电源线之间的通断，具体的连接为：直流接口装置的DC+端和DC-端连接到负载并通过高电压传感器和电流传感器连接到模拟电路板的V-DC端和L-DC端，直流接口装置的CC1电压检测端、CC2电压检测端和E-GND端通过开关切换模块连接到模拟电路板的V-CC1端、V-CC2端和GND端，直流接口装置的辅助电源线（即A+端和A-端）连接到散热风机和通过开关切换模块连接到充电电池，辅助电源线还通过辅助电压传感器连接到模拟电路板的V-A端，直流接口装置的S+端和S-端连接到BMS模拟板，充电电池连接到电源处理模块；BMS模拟板的辅助电压采样端口连接到辅助电压传感器，开关切换模块的控制端连接到切换信号处理模块，切换信号处理模块连接到数字电路板，BMS模拟板替代电动汽车BMS的位置与充电桩通信。BMS模拟板采用了STM32系列芯片作为主控制器的开源平台，扩展1路RS232接口，1路RS485接口，2路CAN接口等等。开关切换模块由多组继电器组成，控制线路通断和模拟线路异常，受数字电路板的主控模块信号控制。电源模拟源模块（高压板）作用是模拟汽车充电初始电压。
优选的，上述数字电路板包括主控模块和与主控模块连接的CPLD逻辑单元、DA输出模块、网络模块、RS232接口和RS485接口，DA输出模块连接到BMS模拟板，CPLD逻辑单元连接到AD采样模块和数字量输入输出检测模块（I/O输入输出端口），AD采样模块和数字量输入输出检测模块连接到模拟电路板。
数字电路板是整个***的控制核心，通过I/O口输出和模拟电路板连接。它的任务不仅控制着AD采样、串口通信、DA输出等外设，内部也有严格复杂运算。为了保证整个***的运算速度和控制精度。采用了TI的16位DSP TMS320F28335作为主控CPU。
优选的，上述电压电流检测模块包括直流输出电压检测模块、直流输出电流检测模块、低压辅助电压检测模块、CC1电压检测模块和CC2电压检测模块，直流输出电压检测模块和直流输出电流检测模块分别连接到高电压传感器和电流传感器；低压辅助电压检测模块连接到辅助电压传感器，CC1电压检测模块和CC2电压检测模块分别连接到直流接口装置的CC1电压检测端和CC2电压检测端。
实施例2：一种便携式直流充电桩故障测试***的测试方法，该方法包括以下步骤：
S1、直流充电桩检测端电源开启，打开IPAD控制端中配套控制软件，通过无线模块连接到直流充电桩检测端，进入软件***主界面；
S2、检测操作方法步骤如下：
步骤一：首先将充电桩的充电枪与直流充电桩检测端的直流接口装置连接；
步骤二：通过IPAD控制端中***软件参数设置界面输入被检充电桩基本信息，被检充电桩基本信息包括设备名称、直流充电桩规格型号、直流充电桩输出电压范围、输出电流范围、额定功率、测量精度等级、测量时间的基本信息，点击测试跳转到测试项目界面；
步骤三：通过IPAD控制端中***软件选择检测项目，测试项目区选择互操作性测试、协议一致性测试项目，采用顺序测试或单项测试，其中互操作性测试包括连接确认测试、自检阶段测试、充电准备就绪测试、充电阶段测试、正常充电结束测试和故障测试；协议一致性测试检测充电桩是否按照标准要求实现CAN通信协议，协议一致性测试参数包括通信逻辑、报文的长度、周期、内容；
步骤四：在测试过程中，用户在测试主界面实时检测DC输出电压、输出电流、检测点1电压和辅助电源电压大小及波形，点击报文显示按键，监测CAN报文数据包括接收时间、报文ID、长度、内容，实时核查当前测试结果；点击每一项测试内容，都附有详细的测试说明和测试结果，同时，点击停止测量按键，终止测试过程；
步骤五：测试完成后，点击报告导出，自动生成规定格式的检测报告。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：包括直流充电桩检测端，直流充电桩检测端包括用于插接直流充电桩枪头的直流接口装置、BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板，高压板用于模拟电池电源，直流接口装置连接到负载、BMS模拟板和模拟电路板，高压板与模拟电路板和负载输入端相连，模拟电路板连接到数字电路板和负载，负载采用7.5kw的阻性负载。
2.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：还包括IPAD控制端，IPAD控制端通过无线模块连接到直流充电桩检测端。
3.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：还包括外壳，直流接口装置安装在外壳侧壁上，BMS模拟板、模拟电路板、高压板和数字电路板以及负载安装在外壳内。
4.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：负载一端安装有散热风机。
5.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：直流接口装置的辅助电源线还连接有充电电池，充电电池连接到模拟电路板。
6.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：模拟电路板包括电压电流检测模块、切换信号处理模块、开关切换模块和电源处理模块，电压电流检测模块连接到直流接口装置的CC1电压检测端、CC2电压检测端、高电压传感器、电流传感器和辅助电压传感器以及数字电路板，高电压传感器、电流传感器连接到直流接口装置的直流输出端，辅助电压传感器连接到直流接口装置的辅助电源线，并与BMS模拟板相连接，开关切换模块连接到切换信号处理模块和高压板，切换信号处理模块连接到数字电路板，电源处理模块连接到充电电池，用于模拟电路板、数字电路板和高压板供电，开关切换模块用于控制高压板与负载之间、CC1电压检测端与CC2电压检测端电压电流检测模块之间、充电电池和辅助电源线之间的通断。
7.根据权利要求1所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：数字电路板包括主控模块和与主控模块连接的CPLD逻辑单元、DA输出模块、网络模块、RS232接口和RS485接口，DA输出模块连接到BMS模拟板，CPLD逻辑单元连接到AD采样模块和数字量输入输出检测模块，AD采样模块和数字量输入输出检测模块连接到模拟电路板。
8.根据权利要求6所述的一种便携式直流充电桩故障测试***，其特征在于：电压电流检测模块包括直流输出电压检测模块、直流输出电流检测模块、低压辅助电压检测模块、CC1电压检测模块和CC2电压检测模块，直流输出电压检测模块和直流输出电流检测模块分别连接到高电压传感器和电流传感器；低压辅助电压检测模块连接到辅助电压传感器，CC1电压检测模块和CC2电压检测模块分别连接到直流接口装置的CC1电压检测端和CC2电压检测端。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种便携式直流充电桩故障测试***的测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、直流充电桩检测端电源开启，打开IPAD控制端中配套控制软件，通过无线模块连接到直流充电桩检测端，进入软件***主界面；
S2、检测操作方法步骤如下：
步骤一：首先将充电桩的充电枪与直流充电桩检测端的直流接口装置连接；
步骤二：通过IPAD控制端中***软件参数设置界面输入被检充电桩基本信息，被检充电桩基本信息包括设备名称、直流充电桩规格型号、直流充电桩输出电压范围、输出电流范围、额定功率、测量精度等级、测量时间的基本信息，点击测试跳转到测试项目界面；
步骤三：通过IPAD控制端中***软件选择检测项目，测试项目区选择互操作性测试、协议一致性测试项目，采用顺序测试或单项测试，其中互操作性测试包括连接确认测试、自检阶段测试、充电准备就绪测试、充电阶段测试、正常充电结束测试和故障测试；协议一致性测试检测充电桩是否按照标准要求实现CAN通信协议，协议一致性测试参数包括通信逻辑、报文的长度、周期、内容；
步骤四：在测试过程中，用户在测试主界面实时检测DC输出电压、输出电流、检测点1电压和辅助电源电压大小及波形，点击报文显示按键，监测CAN报文数据包括接收时间、报文ID、长度、内容，实时核查当前测试结果；点击每一项测试内容，都附有详细的测试说明和测试结果，同时，点击停止测量按键，终止测试过程；
步骤五：测试完成后，点击报告导出，自动生成规定格式的检测报告。
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