試論基于智能感應的新能源汽車充電樁檢測技術

魯建華

摘 要：文章針對新能源汽車充電樁檢測問題進行分析，首先介紹智能感應技術和充電樁檢測裝置原理，然后在智能感應基礎上，分別闡述智能感應技術在交流、直流充電樁、充電樁異物檢測、充電設施現場檢測中的應用方法，最后開展模擬測試，檢測充電樁檢測技術的實際應用狀態。根據結果可知，通過智能感應模塊的應用，可確定充電樁內是否有車充電，并通過單片機和通信模式傳輸信號，對充電樁異物實時檢測，及時發現異常狀態，并妥善處理。

關鍵詞：智能感應 新能源汽車 充電樁 檢測技術

1 智能感應技術和充電樁檢測原理

1.1 智能感應技術

智能傳感是以電力物聯網為核心，借助軟件技術實現高精度信息采集、自動化編程等，成本較低，功能齊全，近年來，受到國家高度重視。特別是現代生活中，隨著電動車的日益普及，充電樁數量也隨之增加，但在充電后會出現多種問題，如充電不穩定、設備故障等等，為用戶帶來諸多不便，還會縮短充電樁的壽命。對此，需要一種充電樁智能監控系統，發揮智能感應技術優勢，確保充電樁正常使用。

1.2 充電樁檢測原理

充電樁集顯示、主控、負載、計量于一體，通過模擬電車BMS系統，與充電樁相連并實現智能通信，可滿足不同電車的充電需求，精準檢測充電樁功能、計量計費準確性，提早發現充電樁存在的缺陷。在充電過程中，通過電流/電壓傳感器將電流、電壓信號傳遞到高速采集卡，依靠CAN通信卡采集充電機、電動車間的交互CAN報文，利用高速控制器對電流電壓、報文信息綜合分析、記錄和存儲，并將分析結果自動顯示出來。該裝置具有插拔槍檢測、絕緣檢測、計量計費準確性檢測等功能，且為便攜式設計，充電樁功率達到300KW，便于現場維護人員攜帶，依靠限流方式，達到降低負載功率的目標，以小功率負載消耗檢測時充電樁輸出的電能，達到縮小設備體積、減輕重量的目標[1]。

2 智能感應技術在充電樁檢測中的應用

2.1 在交流充電樁檢測中的應用

在交流充電樁檢測中，智能技術主要發揮以下作用：一是識別車輛和充電樁之間的通信需求，確保充電樁能夠正確識別車輛的類型、充電需求以及身份信息。二是幫助充電樁識別車輛的充電接口類型，自動調整充電參數，提高充電效率。三是實時監測充電過程中的電流、電壓、功率參數，確保充電過程穩定并且安全。四是識別車輛授權情況，確保只有授權車輛才能使用充電樁充電。五是監測充電樁的狀態，及時診斷故障并發出報警，提高充電樁的可靠性、安全性。

2.2 在直流充電樁檢測中的應用

考慮到新能源車輛的特殊性，通常樁體對蓄電池電壓的檢測較為特殊，利用智能感應技術進行模擬檢測時，先要設計操作方案，提前模擬應用場景。以電池電壓模擬為例，選用12V倍壓模塊，將“DC12V+”和“DC12V-”連接進去，并新增二極管，依靠并聯電壓保護，實現電路暢通，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，在充電樁和車輛間創建連接，車輛利用電纜充電，可提高電氣安全性，還因安裝過載保護，達到防火效果。在充電期間，鎖定充電插頭連接，能有效預防觸摸、篡改等行為。充電站作為固定的電氣系統，由專業人員按照標準開展測試，測試期間，基于控制引導，在多種狀態下變換，檢驗車輛與充電樁間正常連接、異常連接等狀態下，系統能否給出相應的反饋。測試結束后，將檢測數值初始化，經過充電樁自檢后，再投入到下一輪檢測中。如若電阻處于100—500Ω之間，將電阻設定為240KΩ，用于檢驗絕緣是否正常，如若出現異常則響起警報，則需立即處理。

2.3 在充電樁異物檢測中的應用

當前電車數量逐漸增加，許多城市地下停車場配備了專門的充電樁，為車輛提供充足的電能支持，但因車位數量有限，許多帶有充電樁的停車場常常出現燃油車占用車位的問題，為電車車主帶來不良體驗。在計算機時代背景下，可將智能感應技術引入進來，與智能手機載體相結合，使用戶能夠通過APP隨時查閱周圍充電樁的數量、位置、工作狀態等，便于快速找到空閑的充電樁，及時為車輛充電。在此背景下，以智能感應為基礎的雷達異物檢測技術被研發出來，在車位安裝感應模塊，能夠利用雷達感應檢驗充電樁的工作狀態，如若車位內有電車停留，且充電樁處于工作狀態，便會發出相應信號，告知用戶尋找其他充電樁，當車輛充滿電、開走后，已占用的信號消失，充電樁變為可用狀態，APP會及時檢測到信號變化，并提醒車主附近有可用的充電樁。雷達感應系統包含PC端軟件、RS485通信、充電樁網關等內容，硬件包括單片機、車輛感應模塊、充電樁等。有大型異物或車輛占用車位時，便可用雷達感應進行判斷，具體如下[3]。

（1）車輛位置感應。當車身與障礙物的距離達到設定的警戒值時，便會發出警報，提醒司機注意。雷達感應技術的應用原理在于通過雷達報警系統，檢驗車輛與目標障礙物間的距離，當二者距離較近時，雷達便會發出滴滴聲，且聲響越大說明與障礙物間的距離越近，提醒車主注意保持安全距離。如若系統識別到車輛與障礙物間的距離不足30cm，則會拉長警報聲響；如若車輛前后方均有障礙物，不但會延長警報聲響，還會以交替方式響起；

（2）通訊信號傳輸。該模塊的控制芯片為單片機PIC 16F1827，主要負責充電樁內部控制，該系統利用RS-485通訊將單片機、充電樁網關連接，促進信號傳輸和接收。該通訊設備的優勢在于傳輸速率高、距離遠，且速率和距離是正比關系，十分適用于車位感應檢測，可為車主提供諸多便利。

（3）手機APP端智能操控。該系統依靠組網形式，與網關相連，將數據存儲到云服務器中，最后供手機APP連接，達到用戶利用終端設備便可查看充電樁是否被占用的目的，還可對用戶周圍充電樁精準定位，幫助車主節約許多找車位的時間、精力，也簡化了運營流程，為用戶帶來良好體驗。

2.4 在充電設施現場檢測中的應用

對于新安裝的、維修過的、優化升級的充電樁，均要全面檢測后才可投入使用。將智能感應技術用于充電設施的現場檢測，可以在保證檢測結果準確的前提下，大幅提高檢測速度。該項技術的具體應用方向如下：①實時監測充電樁電流、電壓、功率等工作參數，充電樁的溫度、濕度等環境參數，確保充電樁的正常工作和安全性。②監測充電設施的運行情況，診斷設備故障并進行遠程監控，提高充電設施的可靠性，減少故障停機時間。③準確統計充電設施的使用情況、充電量，為運營商優化充電設施的布局和運營策略提供數據支持。

3 智能感應支持下的新能源充電樁性能測試

3.1 充電場景模擬

在充電樁性能測試中，采用等效替換的方式，模擬電車充電的整個過程，使充電樁性能得以真實展現，具體如下。

（1）將檢測裝置和充電樁可靠連接，調試期間，對充電樁充電，控制裝置通過第一個檢測點的電壓值進行接口連接情況判斷。例如，第一個檢測點的電壓值為4V，說明車輛已經完全連接；開展絕緣測試，將第一個檢測點以物理方式，將DTU嵌入充電樁內，與控制系統相連接，便可為充電樁提供數據傳輸、網絡連接等服務，以規定周期傳遞握手報文，采集低壓輔助電源，提供充足電能，經過第二個檢測點，準確檢驗電壓值，判斷接口處是否徹底相連。該系統由網管平臺、DTU、數據管理中心等構成，運營企業不但可遠程監督充電樁的使用情況，還可及時維護管理，使在線應用更加完善便捷；

（2）檢測裝置和充電樁經過握手和配置后，樁體檢測裝置接觸器閉合，充電回路處于開啟狀態；檢測裝置得到負載電壓值，判斷裝置內部接觸器的開關狀態，待檢測到負載電壓正常后，將接觸器閉合，使直流回路處于暢通狀態；在充電過程中，檢測裝置朝著充電樁傳遞充電需求數值，樁體控制裝置按照需求參數，對充電電壓、電流實時調整。經過5分鐘充電后，檢測裝置可實時檢測樁體輸出的電壓、電流信息，整個檢測完畢。該裝置將采集的數據匯總起來，綜合判斷樁體是否合格，如若不合格，應在顯示屏上展示相關信息，督促技術人員進行檢修維護。

（3）檢測裝置內部模塊都要分工明確，測量電路連接充電口的正負極電源，對充電樁輸出電壓、電流等進行準確檢驗，采集到的數據傳遞給主控單元。充電口的低壓輔助電源、測量電路合理連接，準確檢驗低壓供電是否平穩可靠。主控、充電口處的通信接口通信，樁體CPU將采集數據傳遞給主控板，與測量電路數值對比，并在大屏幕上直觀展示[5]。

3.2 充電效率檢測

基于智能感應技術對充電樁充電效率進行檢測的步驟為：第一步，準備測試所需功率儀、電流表、電壓表等設備。第二步，將新能源車輛接入充電樁，記錄充電開始時的電流、電壓及時間，在充電過程中定期記錄充電樁的輸入功率和輸出功率。第三步，根據測試數據計算充電效率，同時分析充電過程中的功率波動情況、充電樁的穩定性和可靠性。第四步，分析并總結測試結果，評估充電樁的充電效率以及性能表現，提出針對性的改進建議或是優化方案。

3.3 穩壓、穩流精度檢測

將智能感應技術用于充電樁穩壓、穩流精度的檢測，需要先將測試儀器連接至新能源充電樁的輸出端，逐漸調節充電樁的輸出電壓（電流），記錄不同電壓（電流）下的實際輸出值，并與設定值比較，以評估穩壓精度。檢測結束后，再分析測試數據，計算穩壓、穩流的偏差和波動情況，由此確定充電樁的穩壓、穩流性能。本次研究中，為測試充電樁在特定工況下，輸出電壓、電流的穩定性，確保充電模塊的性能符合要求。針對整個設備參數進行測量，包括數據采集、計算和分析等，還要合理調整三相交流控制，對穩壓、溫流精度等進行檢驗，要求采集高速采樣波形，模擬設備實際工作中的電磁輻射環境，以閉環方式進行主處理器應用，此舉可減少干擾，單片機輸入接口盡可能縮小，以降低外圍對電路CPU的不利影響。在穩流檢測中，將充電樁設置成恒流模式，特殊情況下允許較大的電流波動存在。結合充電需求，為充電樁配備數量充足的功率模塊，在特定的電流、電壓點位下，檢驗模塊運行狀態，由此確定充電樁的穩壓、穩流能力。

3.4 回路絕緣性能檢測

充電樁回路絕緣性能良好與否直接關系到用戶的安全和充電的效果，將智能感應技術用于回路絕緣性能檢測強調通過傳感器、數據處理系統實時監測充電樁的回路絕緣性能，確保回路出現絕緣性能下降的情況時，系統能夠及時發出警報并采取相應的措施，保證充電樁的安全運行。在自檢階段，充電樁常常受到因素干擾，使整個充電回路絕緣性能下降。常見問題有兩種，一種是沒有開展絕緣檢測，還有一種是開展檢測，但電壓值異常。為檢驗各回路間的絕緣性能，要求在承受相應電壓過程中，判定是否存在被擊穿的可能，測試方法如下。先將各個電路與鄰近導電部分的獨立電路端子相連，然后將各個獨立電路端子相連，開路電壓的初始值低于電壓值的1/2，在不發生瞬態影響的前提下，試驗電壓不斷提升，直至達到規定電壓值，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絕緣擊穿、閃絡等情況，如若各回路的絕緣電壓不同，則按照高的電壓開展試驗，必要時還可對各回路開展耐壓試驗，使性能檢驗更加準確可靠。

4 結束語

綜上所述，當前電動汽車正處于高速發展時期，帶動充電設施行業發展。在實際檢測中，應結合現場測試需求，將智能感應技術引入進來，并對直流、交流充電樁檢測所需的模擬檢測方案進行制定，還要充分發揮雷達感應技術優勢，通過組網形式，使用戶能夠實時查看車位情況，結合充電樁的充電狀態，判斷是否被占用，為車主提供更多便利，提升駕駛體驗，促進電車銷量提升。

參考文獻：

[1]劉紅燕，唐振.基于智能感應的電動汽車充電樁異物檢測技術研究[J].工業控制計算機，2020，33（7）：225-227.

[2]于志江.電動汽車智能充電樁設計及關鍵技術研究[J].互聯網周刊，2022（21）：0024-0026.

[3]戚振彪.基于電動汽車的便攜式充電樁檢測裝置的研究[J].電氣工程，2020，4（4）：0061-0063.

[4]談耿，趙雄峰，丁福軍，等.基于物聯網的新能源汽車充電樁控制系統設計研究[J].智能建筑與智慧城市，2023（8）：151-153.

[5]劉浩宇，何澤昊，呂偉嘉，等.電動汽車交直流充電樁檢測裝置探索與設計[J].通信電源技術，2022，35（11）：039-041.