試論基于智能感應(yīng)的新能源汽車(chē)充電樁檢測(cè)技術(shù)

魯建華

摘 要：文章針對(duì)新能源汽車(chē)充電樁檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行分析，首先介紹智能感應(yīng)技術(shù)和充電樁檢測(cè)裝置原理，然后在智能感應(yīng)基礎(chǔ)上，分別闡述智能感應(yīng)技術(shù)在交流、直流充電樁、充電樁異物檢測(cè)、充電設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用方法，最后開(kāi)展模擬測(cè)試，檢測(cè)充電樁檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)。根據(jù)結(jié)果可知，通過(guò)智能感應(yīng)模塊的應(yīng)用，可確定充電樁內(nèi)是否有車(chē)充電，并通過(guò)單片機(jī)和通信模式傳輸信號(hào)，對(duì)充電樁異物實(shí)時(shí)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，并妥善處理。

關(guān)鍵詞：智能感應(yīng) 新能源汽車(chē) 充電樁 檢測(cè)技術(shù)

1 智能感應(yīng)技術(shù)和充電樁檢測(cè)原理

1.1 智能感應(yīng)技術(shù)

智能傳感是以電力物聯(lián)網(wǎng)為核心，借助軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度信息采集、自動(dòng)化編程等，成本較低，功能齊全，近年來(lái)，受到國(guó)家高度重視。特別是現(xiàn)代生活中，隨著電動(dòng)車(chē)的日益普及，充電樁數(shù)量也隨之增加，但在充電后會(huì)出現(xiàn)多種問(wèn)題，如充電不穩(wěn)定、設(shè)備故障等等，為用戶帶來(lái)諸多不便，還會(huì)縮短充電樁的壽命。對(duì)此，需要一種充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮智能感應(yīng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保充電樁正常使用。

1.2 充電樁檢測(cè)原理

充電樁集顯示、主控、負(fù)載、計(jì)量于一體，通過(guò)模擬電車(chē)BMS系統(tǒng)，與充電樁相連并實(shí)現(xiàn)智能通信，可滿足不同電車(chē)的充電需求，精準(zhǔn)檢測(cè)充電樁功能、計(jì)量計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性，提早發(fā)現(xiàn)充電樁存在的缺陷。在充電過(guò)程中，通過(guò)電流/電壓傳感器將電流、電壓信號(hào)傳遞到高速采集卡，依靠CAN通信卡采集充電機(jī)、電動(dòng)車(chē)間的交互CAN報(bào)文，利用高速控制器對(duì)電流電壓、報(bào)文信息綜合分析、記錄和存儲(chǔ)，并將分析結(jié)果自動(dòng)顯示出來(lái)。該裝置具有插拔槍檢測(cè)、絕緣檢測(cè)、計(jì)量計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性檢測(cè)等功能，且為便攜式設(shè)計(jì)，充電樁功率達(dá)到300KW，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員攜帶，依靠限流方式，達(dá)到降低負(fù)載功率的目標(biāo)，以小功率負(fù)載消耗檢測(cè)時(shí)充電樁輸出的電能，達(dá)到縮小設(shè)備體積、減輕重量的目標(biāo)[1]。

2 智能感應(yīng)技術(shù)在充電樁檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 在交流充電樁檢測(cè)中的應(yīng)用

在交流充電樁檢測(cè)中，智能技術(shù)主要發(fā)揮以下作用：一是識(shí)別車(chē)輛和充電樁之間的通信需求，確保充電樁能夠正確識(shí)別車(chē)輛的類(lèi)型、充電需求以及身份信息。二是幫助充電樁識(shí)別車(chē)輛的充電接口類(lèi)型，自動(dòng)調(diào)整充電參數(shù)，提高充電效率。三是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電過(guò)程中的電流、電壓、功率參數(shù)，確保充電過(guò)程穩(wěn)定并且安全。四是識(shí)別車(chē)輛授權(quán)情況，確保只有授權(quán)車(chē)輛才能使用充電樁充電。五是監(jiān)測(cè)充電樁的狀態(tài)，及時(shí)診斷故障并發(fā)出報(bào)警，提高充電樁的可靠性、安全性。

2.2 在直流充電樁檢測(cè)中的應(yīng)用

考慮到新能源車(chē)輛的特殊性，通常樁體對(duì)蓄電池電壓的檢測(cè)較為特殊，利用智能感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行模擬檢測(cè)時(shí)，先要設(shè)計(jì)操作方案，提前模擬應(yīng)用場(chǎng)景。以電池電壓模擬為例，選用12V倍壓模塊，將“DC12V+”和“DC12V-”連接進(jìn)去，并新增二極管，依靠并聯(lián)電壓保護(hù)，實(shí)現(xiàn)電路暢通，如圖1所示[2]。

通常情況下，直流充電多依靠永久性充電電纜，在充電樁和車(chē)輛間創(chuàng)建連接，車(chē)輛利用電纜充電，可提高電氣安全性，還因安裝過(guò)載保護(hù)，達(dá)到防火效果。在充電期間，鎖定充電插頭連接，能有效預(yù)防觸摸、篡改等行為。充電站作為固定的電氣系統(tǒng)，由專(zhuān)業(yè)人員按照標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展測(cè)試，測(cè)試期間，基于控制引導(dǎo)，在多種狀態(tài)下變換，檢驗(yàn)車(chē)輛與充電樁間正常連接、異常連接等狀態(tài)下，系統(tǒng)能否給出相應(yīng)的反饋。測(cè)試結(jié)束后，將檢測(cè)數(shù)值初始化，經(jīng)過(guò)充電樁自檢后，再投入到下一輪檢測(cè)中。如若電阻處于100—500Ω之間，將電阻設(shè)定為240KΩ，用于檢驗(yàn)絕緣是否正常，如若出現(xiàn)異常則響起警報(bào)，則需立即處理。

2.3 在充電樁異物檢測(cè)中的應(yīng)用

當(dāng)前電車(chē)數(shù)量逐漸增加，許多城市地下停車(chē)場(chǎng)配備了專(zhuān)門(mén)的充電樁，為車(chē)輛提供充足的電能支持，但因車(chē)位數(shù)量有限，許多帶有充電樁的停車(chē)場(chǎng)常常出現(xiàn)燃油車(chē)占用車(chē)位的問(wèn)題，為電車(chē)車(chē)主帶來(lái)不良體驗(yàn)。在計(jì)算機(jī)時(shí)代背景下，可將智能感應(yīng)技術(shù)引入進(jìn)來(lái)，與智能手機(jī)載體相結(jié)合，使用戶能夠通過(guò)APP隨時(shí)查閱周?chē)潆姌兜臄?shù)量、位置、工作狀態(tài)等，便于快速找到空閑的充電樁，及時(shí)為車(chē)輛充電。在此背景下，以智能感應(yīng)為基礎(chǔ)的雷達(dá)異物檢測(cè)技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，在車(chē)位安裝感應(yīng)模塊，能夠利用雷達(dá)感應(yīng)檢驗(yàn)充電樁的工作狀態(tài)，如若車(chē)位內(nèi)有電車(chē)停留，且充電樁處于工作狀態(tài)，便會(huì)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，告知用戶尋找其他充電樁，當(dāng)車(chē)輛充滿電、開(kāi)走后，已占用的信號(hào)消失，充電樁變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，APP會(huì)及時(shí)檢測(cè)到信號(hào)變化，并提醒車(chē)主附近有可用的充電樁。雷達(dá)感應(yīng)系統(tǒng)包含PC端軟件、RS485通信、充電樁網(wǎng)關(guān)等內(nèi)容，硬件包括單片機(jī)、車(chē)輛感應(yīng)模塊、充電樁等。有大型異物或車(chē)輛占用車(chē)位時(shí)，便可用雷達(dá)感應(yīng)進(jìn)行判斷，具體如下[3]。

（1）車(chē)輛位置感應(yīng)。當(dāng)車(chē)身與障礙物的距離達(dá)到設(shè)定的警戒值時(shí)，便會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒司機(jī)注意。雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用原理在于通過(guò)雷達(dá)報(bào)警系統(tǒng)，檢驗(yàn)車(chē)輛與目標(biāo)障礙物間的距離，當(dāng)二者距離較近時(shí)，雷達(dá)便會(huì)發(fā)出滴滴聲，且聲響越大說(shuō)明與障礙物間的距離越近，提醒車(chē)主注意保持安全距離。如若系統(tǒng)識(shí)別到車(chē)輛與障礙物間的距離不足30cm，則會(huì)拉長(zhǎng)警報(bào)聲響；如若車(chē)輛前后方均有障礙物，不但會(huì)延長(zhǎng)警報(bào)聲響，還會(huì)以交替方式響起；

（2）通訊信號(hào)傳輸。該模塊的控制芯片為單片機(jī)PIC 16F1827，主要負(fù)責(zé)充電樁內(nèi)部控制，該系統(tǒng)利用RS-485通訊將單片機(jī)、充電樁網(wǎng)關(guān)連接，促進(jìn)信號(hào)傳輸和接收。該通訊設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率高、距離遠(yuǎn)，且速率和距離是正比關(guān)系，十分適用于車(chē)位感應(yīng)檢測(cè)，可為車(chē)主提供諸多便利。

（3）手機(jī)APP端智能操控。該系統(tǒng)依靠組網(wǎng)形式，與網(wǎng)關(guān)相連，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云服務(wù)器中，最后供手機(jī)APP連接，達(dá)到用戶利用終端設(shè)備便可查看充電樁是否被占用的目的，還可對(duì)用戶周?chē)潆姌毒珳?zhǔn)定位，幫助車(chē)主節(jié)約許多找車(chē)位的時(shí)間、精力，也簡(jiǎn)化了運(yùn)營(yíng)流程，為用戶帶來(lái)良好體驗(yàn)。

2.4 在充電設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)于新安裝的、維修過(guò)的、優(yōu)化升級(jí)的充電樁，均要全面檢測(cè)后才可投入使用。將智能感應(yīng)技術(shù)用于充電設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可以在保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，大幅提高檢測(cè)速度。該項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用方向如下：①實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁電流、電壓、功率等工作參數(shù)，充電樁的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，確保充電樁的正常工作和安全性。②監(jiān)測(cè)充電設(shè)施的運(yùn)行情況，診斷設(shè)備故障并進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高充電設(shè)施的可靠性，減少故障停機(jī)時(shí)間。③準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)充電設(shè)施的使用情況、充電量，為運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化充電設(shè)施的布局和運(yùn)營(yíng)策略提供數(shù)據(jù)支持。

3 智能感應(yīng)支持下的新能源充電樁性能測(cè)試

3.1 充電場(chǎng)景模擬

在充電樁性能測(cè)試中，采用等效替換的方式，模擬電車(chē)充電的整個(gè)過(guò)程，使充電樁性能得以真實(shí)展現(xiàn)，具體如下。

（1）將檢測(cè)裝置和充電樁可靠連接，調(diào)試期間，對(duì)充電樁充電，控制裝置通過(guò)第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓值進(jìn)行接口連接情況判斷。例如，第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓值為4V，說(shuō)明車(chē)輛已經(jīng)完全連接；開(kāi)展絕緣測(cè)試，將第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)以物理方式，將DTU嵌入充電樁內(nèi)，與控制系統(tǒng)相連接，便可為充電樁提供數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)連接等服務(wù)，以規(guī)定周期傳遞握手報(bào)文，采集低壓輔助電源，提供充足電能，經(jīng)過(guò)第二個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，準(zhǔn)確檢驗(yàn)電壓值，判斷接口處是否徹底相連。該系統(tǒng)由網(wǎng)管平臺(tái)、DTU、數(shù)據(jù)管理中心等構(gòu)成，運(yùn)營(yíng)企業(yè)不但可遠(yuǎn)程監(jiān)督充電樁的使用情況，還可及時(shí)維護(hù)管理，使在線應(yīng)用更加完善便捷；

（2）檢測(cè)裝置和充電樁經(jīng)過(guò)握手和配置后，樁體檢測(cè)裝置接觸器閉合，充電回路處于開(kāi)啟狀態(tài)；檢測(cè)裝置得到負(fù)載電壓值，判斷裝置內(nèi)部接觸器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，待檢測(cè)到負(fù)載電壓正常后，將接觸器閉合，使直流回路處于暢通狀態(tài)；在充電過(guò)程中，檢測(cè)裝置朝著充電樁傳遞充電需求數(shù)值，樁體控制裝置按照需求參數(shù)，對(duì)充電電壓、電流實(shí)時(shí)調(diào)整。經(jīng)過(guò)5分鐘充電后，檢測(cè)裝置可實(shí)時(shí)檢測(cè)樁體輸出的電壓、電流信息，整個(gè)檢測(cè)完畢。該裝置將采集的數(shù)據(jù)匯總起來(lái)，綜合判斷樁體是否合格，如若不合格，應(yīng)在顯示屏上展示相關(guān)信息，督促技術(shù)人員進(jìn)行檢修維護(hù)。

（3）檢測(cè)裝置內(nèi)部模塊都要分工明確，測(cè)量電路連接充電口的正負(fù)極電源，對(duì)充電樁輸出電壓、電流等進(jìn)行準(zhǔn)確檢驗(yàn)，采集到的數(shù)據(jù)傳遞給主控單元。充電口的低壓輔助電源、測(cè)量電路合理連接，準(zhǔn)確檢驗(yàn)低壓供電是否平穩(wěn)可靠。主控、充電口處的通信接口通信，樁體CPU將采集數(shù)據(jù)傳遞給主控板，與測(cè)量電路數(shù)值對(duì)比，并在大屏幕上直觀展示[5]。

3.2 充電效率檢測(cè)

基于智能感應(yīng)技術(shù)對(duì)充電樁充電效率進(jìn)行檢測(cè)的步驟為：第一步，準(zhǔn)備測(cè)試所需功率儀、電流表、電壓表等設(shè)備。第二步，將新能源車(chē)輛接入充電樁，記錄充電開(kāi)始時(shí)的電流、電壓及時(shí)間，在充電過(guò)程中定期記錄充電樁的輸入功率和輸出功率。第三步，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算充電效率，同時(shí)分析充電過(guò)程中的功率波動(dòng)情況、充電樁的穩(wěn)定性和可靠性。第四步，分析并總結(jié)測(cè)試結(jié)果，評(píng)估充電樁的充電效率以及性能表現(xiàn)，提出針對(duì)性的改進(jìn)建議或是優(yōu)化方案。

3.3 穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度檢測(cè)

將智能感應(yīng)技術(shù)用于充電樁穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度的檢測(cè)，需要先將測(cè)試儀器連接至新能源充電樁的輸出端，逐漸調(diào)節(jié)充電樁的輸出電壓（電流），記錄不同電壓（電流）下的實(shí)際輸出值，并與設(shè)定值比較，以評(píng)估穩(wěn)壓精度。檢測(cè)結(jié)束后，再分析測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算穩(wěn)壓、穩(wěn)流的偏差和波動(dòng)情況，由此確定充電樁的穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能。本次研究中，為測(cè)試充電樁在特定工況下，輸出電壓、電流的穩(wěn)定性，確保充電模塊的性能符合要求。針對(duì)整個(gè)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，包括數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和分析等，還要合理調(diào)整三相交流控制，對(duì)穩(wěn)壓、溫流精度等進(jìn)行檢驗(yàn)，要求采集高速采樣波形，模擬設(shè)備實(shí)際工作中的電磁輻射環(huán)境，以閉環(huán)方式進(jìn)行主處理器應(yīng)用，此舉可減少干擾，單片機(jī)輸入接口盡可能縮小，以降低外圍對(duì)電路CPU的不利影響。在穩(wěn)流檢測(cè)中，將充電樁設(shè)置成恒流模式，特殊情況下允許較大的電流波動(dòng)存在。結(jié)合充電需求，為充電樁配備數(shù)量充足的功率模塊，在特定的電流、電壓點(diǎn)位下，檢驗(yàn)?zāi)K運(yùn)行狀態(tài)，由此確定充電樁的穩(wěn)壓、穩(wěn)流能力。

3.4 回路絕緣性能檢測(cè)

充電樁回路絕緣性能良好與否直接關(guān)系到用戶的安全和充電的效果，將智能感應(yīng)技術(shù)用于回路絕緣性能檢測(cè)強(qiáng)調(diào)通過(guò)傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的回路絕緣性能，確?；芈烦霈F(xiàn)絕緣性能下降的情況時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)的措施，保證充電樁的安全運(yùn)行。在自檢階段，充電樁常常受到因素干擾，使整個(gè)充電回路絕緣性能下降。常見(jiàn)問(wèn)題有兩種，一種是沒(méi)有開(kāi)展絕緣檢測(cè)，還有一種是開(kāi)展檢測(cè)，但電壓值異常。為檢驗(yàn)各回路間的絕緣性能，要求在承受相應(yīng)電壓過(guò)程中，判定是否存在被擊穿的可能，測(cè)試方法如下。先將各個(gè)電路與鄰近導(dǎo)電部分的獨(dú)立電路端子相連，然后將各個(gè)獨(dú)立電路端子相連，開(kāi)路電壓的初始值低于電壓值的1/2，在不發(fā)生瞬態(tài)影響的前提下，試驗(yàn)電壓不斷提升，直至達(dá)到規(guī)定電壓值，維持1min不變，然后逐漸降低到0。在此期間，觀察各部位是否出現(xiàn)絕緣擊穿、閃絡(luò)等情況，如若各回路的絕緣電壓不同，則按照高的電壓開(kāi)展試驗(yàn)，必要時(shí)還可對(duì)各回路開(kāi)展耐壓試驗(yàn)，使性能檢驗(yàn)更加準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)正處于高速發(fā)展時(shí)期，帶動(dòng)充電設(shè)施行業(yè)發(fā)展。在實(shí)際檢測(cè)中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需求，將智能感應(yīng)技術(shù)引入進(jìn)來(lái)，并對(duì)直流、交流充電樁檢測(cè)所需的模擬檢測(cè)方案進(jìn)行制定，還要充分發(fā)揮雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)組網(wǎng)形式，使用戶能夠?qū)崟r(shí)查看車(chē)位情況，結(jié)合充電樁的充電狀態(tài)，判斷是否被占用，為車(chē)主提供更多便利，提升駕駛體驗(yàn)，促進(jìn)電車(chē)銷(xiāo)量提升。

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