一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台的制作方法

本发明涉及一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台。

背景技术：

针对传统燃油汽车尾气排放对自然环境污染严重，化石燃料的过度消耗会造成不可再生能源短缺问题，电动汽车具有良好的环保和可持续发展的特点，成为当今社会发展的主流和热点之一。然而，大规模电动汽车负荷接入电网会造成供电系统局部电压下降、变压器过载、负荷随机性大、负荷峰谷差值过大等影响。

直流充电桩充电控制导引电路如图1所示。在直流充电系统中，主要的信号及能量传输路径包括：dc±为电能传输路径、s±为can通讯总线、cc1为充电桩连接确认信号线、cc2为电动汽车连接器确认信号线、a±为辅助供电。除了图示意外，同时还有一些其他非车桩需要交互但却和互操作性相关的信号：急停信号、k1与k2开关反馈信号、门禁信号等。所有相关信号构成了充电控制的完整时序，包括正常充电状态与故障状态。这些信号在不同的控制策略的车桩融合充电过程中，会产生各种大量不同的非标的案例。如何在车辆充电逻辑控制设计、研发阶段保证非标案例实际发生时其充电安全性、兼容性目前是各个车企在新能源汽车推广阶段面临的一个重要技术课题。该问题不仅仅涉及到匹配充电和连接控制，还包括充电中协同工作的整车控制器(ecu)、bms控制策略、汽车安全功能等复杂系统。因此要解决此类技术问题，不仅需要监测分析充电相关控制信号，还包括电动汽车内部控制、通讯信号。又因为充电设施和电动汽车类型众多，迫切需要大数据平台支撑才能缩短研发周期、减少研发费用。

考虑到电动汽车由交直流充电设备供电，对电动汽车充电设施进行实证数据采集。一方面，可以得到电动汽车负荷的需求响应特性，能充分发挥弹性负荷的作用，改善负荷形态，提高系统运行的经济性；另一方面，提供一个集中式的车桩融合技术验证和测试平台，给众多的车企、桩企进行技术交流、方案改进以及方案创新。此外，实证数据采集平台可以作为验证车企、桩企符合国标的检测、检验以及计量工具，以及通过接入远程服务平台来实现不同车型快速的兼容性功能，以减少后期维护工作量。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了克服车企、桩企的不匹配、不兼容性以及验证是否符合电动汽车和充电桩相关标准等而提供一种车桩充电系统实证数据采集平台。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台，其特征在于：包括控制系统、与充电系统相连接的测试系统，控制系统和测试系统通过信号传输层建立通信连接，所述控制系统为信号处理分析层，用于对采集到的信号进行显示、分析及存储；所述测试系统包括

信号物理采样层，用于采集充电系统的模拟量信号，包括直流电压、直流电流、cc1电压和cc2电压信号；

信号调理层，用于对采集到的直流电压、直流电流、cc1电压和cc2电压模拟量进行调理、放大和前端电路的保护，隔离高电压模拟信号，并传输到信号记录层；

信号记录层，用于将采集到的信号进行记录并通过信号传输层传输到信号处理分析层。

优选地，所述控制系统采用显示器加工控机的方式进行控制。

优选地，所述信号物理采样层包括用于采集充电系统电压信号的电压调理模块和用于采集充电系统电流信号的电流互感器。

优选地，所述信号调理层包括can通讯模块和电压采集模块，电压采集模块分别与电压调理模块和电流互感器通信连接。

优选地，所述信号记录层包括控制器，控制器分别与can通讯模块和电压采集模块通信连接。

优选地，所述信号传输层包括交换机，交换机通过数据交互网线在控制系统和测量系统之间传输信号。

优选地，所述控制器上设有上电按钮和急停按钮。

优选地，所述控制系统和测量系统之间通过ftp协议直接通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台可以同时连接多个车桩充电系统，实现多个充电系统的实证数据采集，通过以太网发送指令以获取采集数据、存储及分析，最后呈现充电系统的采集多元化、数据图形化和分析智能化。

附图说明

图1为直流充电桩充电控制导引电路图；

图2为本发明车桩充电系统实证数据采集平台模型示意图；

图3为本发明车桩充电系统实证数据采集平台测试界面图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图2所示，本发明一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台主要包括控制系统、与充电系统相连接的测试系统，控制系统和测试系统通过信号传输层建立通信连接，控制系统为信号处理分析层，用于对采集到的信号进行显示、分析及存储；测试系统包括控制器、can通讯模块、电压采集模块、电压调理模块、电流互感器，具有集成功率分析、监测、录波、计量等功能。电压采集模块为16路电压差分采集模块，电压调理模块和电流互感器组成信号物理采样层，用于采集充电系统的电压信号和电流信号；can通讯模块和电压采集模块组成信号调理层，电压采集模块分别与电压调理模块和电流互感器通信连接，用于将采集到的电压信号和电流信号进行调理并传输到信号记录层；控制器为信号记录层，控制器分别与can通讯模块和电压采集模块通信连接，用于将采集到的信号进行记录并通过信号传输层传输到信号处理分析层；控制柜外观颜色采用ral7035。控制面板具有必要的上电按钮和急停按钮。交换器为信号传输层，用于在信号传输层和信号处理分析层之间传输信号，信号记录层和信号分析处理层之间也可以通过ftp协议直接进行通信；信号处理分析层，用于对采集到的信号进行显示、分析及存储；pc作为上位机具备数据采集触发及控制、数据显示、人机交互、存储数据、数据分析及生成报告等功能。

控制系统采用显示器加工控机的方式控制，采用ni公司的labview开发平台开发监控系统，实现试验波形的采集、分析。测量系统采用ni-pci系统，选用19寸显示器作为人机界面，可设定试验电流、通电时间等参数，可显示试验状态信息、故障信息以及进行数据采集储存。测量与控制系统所使用的关键元器件优选国内外一线品牌，工控机、通信板卡及对应连接线缆选用研华科技和ni公司的相应产品，各类传感器可选用森社、lem等公司的相应产品。

本发明具备充电桩数据测录功能。通过测试充电桩k1、k2前端电压、直流输出(dc+/dc-)电压和电流、辅助电源(a+/a-)电压电流、控制引导参数(检测点1/2电压)等功能，测试过程中显示以上参数的时变曲线(波形)和实时数值，测试曲线时具备自动录波功能，时变曲线可进行变颜色、粗细、显示类型、缩放等多种操作，可输出图形图标、图形原始数据等功能。

具备通信功能。控制系统可同时与多套测试系统进行通信，并在充电桩电气性能试验、安全要求试验、互操作试验中根据控制系统命令实时或连续发送测试数据和波形图谱，多套测试系统也可独立运行，具备自动将数据分析后上传等功能，并满足信号无损传输。

具备采集触发功能。用户可通过控制系统对采集系统进行启停操作，亦可通过接收can通信数据进行触发采集，并具备预录功能，可将触发前10s的数据也进行传输存储。

具有保存blf格式功能。可将采集的can报文数据保存为.blf格式的文件(vector保存的格式)，方便后期使用vector其他分析软件对数据进行分析处理。

具有数据解析功能。测试系统具备数据解析功能，可将解析的can报文和采集到的电压、电流等曲线在一张图中共同显示，用户可自由选择显示哪些曲线，方便直观的查看充电时序图及电压电流趋势图。

具备国标项目测试功能。为了方便分布式设备独立完成充电桩的测试项目，该设备应能够在采集数据完成之后(或同时)进行以下标准的合规性测试，即识别分析数据并计算出相关原始数据，进行判定及显示测试结果：gb/t27930-2017、gb/t34657.1-2017、gb/t34658-2017等。

具有上传云平台功能。测试系统需具备将分析处理的数据结果上传至云平台功能，并具备断点续传、错误数据纠错等多种错误处理机制。

具备功率分析功能。充电桩功率实时计算，并和电压、电流曲线同步显示。

通道配置功能。测试系统需具备通道配置功能，用于配置测试时各信号对应的实际物理通道及信号的换算关系。

具有标卡尺功能。在时变曲线图中，可选择解析特定的can时序信号，并通过游标卡尺的功能将实时解析出来的can信号实际值进行显示

数据采集的信号依据电动汽车充电控制相关，分为相关联的两个部分，一部分是非车载充电机侧信号，另一部分是车载信号采集，两侧信号可分别在信号记录层进行融合。信号直接输入调理层，进过电压等级转换后，数据被记录。依据直流充电系统原理，采集信号及采样要求汇总如表1所示：

表1

所有数据在经过调理、采集后记录在采集器本地的存储介质。待一次充电的完整流程完成之后，基于完整的采集原始数据，数据分析软件基于现行国家标准进行通讯协议一致性、互操作性进行合规性分析；也可同时基于非标测试用例进行分析。

为了方便分布式设备独立完成充电桩的测试项目，该平台应能够在采集数据完成之后(或同时)进行以下标准的合规性测试，即识别分析数据并计算出相关原始数据，进行判定及显示测试结果：gb/t27930-2017、gb/t34657.1-2017、gb/t34658-2017等。并具备将分析处理的数据结果上传至云平台功能，并具备断点续传、错误数据纠错等多种错误处理机制。主要分析数据如表2所示：

表2

相关项目分析完成之后，所有的原始数据及分析结果保存在本地设备。车桩充电系统实证数据采集平台的测试界面如图3所示。

本发明一种电动汽车和充电桩之间的充电系统实证数据采集平台需建设覆盖多数充电设施运营商、制造商的充电设施，并使其处于正常运营状态；建设车辆测试位，可使多台车辆在此处进行车桩匹配调试；建设室内车辆整改停、放区域，可使测试中出现问题的车辆现场整改；建设实车实桩(充电系统及车内电气系统)数据采集系统及数据分析软件。