试论基于智能感应的新能源汽车充电桩检测技术

鲁建华

摘 要：文章针对新能源汽车充电桩检测问题进行分析，首先介绍智能感应技术和充电桩检测装置原理，然后在智能感应基础上，分别阐述智能感应技术在交流、直流充电桩、充电桩异物检测、充电设施现场检测中的应用方法，最后开展模拟测试，检测充电桩检测技术的实际应用状态。根据结果可知，通过智能感应模块的应用，可确定充电桩内是否有车充电，并通过单片机和通信模式传输信号，对充电桩异物实时检测，及时发现异常状态，并妥善处理。

关键词：智能感应 新能源汽车 充电桩 检测技术

1 智能感应技术和充电桩检测原理

1.1 智能感应技术

智能传感是以电力物联网为核心，借助软件技术实现高精度信息采集、自动化编程等，成本较低，功能齐全，近年来，受到国家高度重视。特别是现代生活中，随着电动车的日益普及，充电桩数量也随之增加，但在充电后会出现多种问题，如充电不稳定、设备故障等等，为用户带来诸多不便，还会缩短充电桩的寿命。对此，需要一种充电桩智能监控系统，发挥智能感应技术优势，确保充电桩正常使用。

1.2 充电桩检测原理

充电桩集显示、主控、负载、计量于一体，通过模拟电车BMS系统，与充电桩相连并实现智能通信，可满足不同电车的充电需求，精准检测充电桩功能、计量计费准确性，提早发现充电桩存在的缺陷。在充电过程中，通过电流/电压传感器将电流、电压信号传递到高速采集卡，依靠CAN通信卡采集充电机、电动车间的交互CAN报文，利用高速控制器对电流电压、报文信息综合分析、记录和存储，并将分析结果自动显示出来。该装置具有插拔枪检测、绝缘检测、计量计费准确性检测等功能，且为便携式设计，充电桩功率达到300KW，便于现场维护人员携带，依靠限流方式，达到降低负载功率的目标，以小功率负载消耗检测时充电桩输出的电能，达到缩小设备体积、减轻重量的目标[1]。

2 智能感应技术在充电桩检测中的应用

2.1 在交流充电桩检测中的应用

在交流充电桩检测中，智能技术主要发挥以下作用：一是识别车辆和充电桩之间的通信需求，确保充电桩能够正确识别车辆的类型、充电需求以及身份信息。二是帮助充电桩识别车辆的充电接口类型，自动调整充电参数，提高充电效率。三是实时监测充电过程中的电流、电压、功率参数，确保充电过程稳定并且安全。四是识别车辆授权情况，确保只有授权车辆才能使用充电桩充电。五是监测充电桩的状态，及时诊断故障并发出报警，提高充电桩的可靠性、安全性。

2.2 在直流充电桩检测中的应用

考虑到新能源车辆的特殊性，通常桩体对蓄电池电压的检测较为特殊，利用智能感应技术进行模拟检测时，先要设计操作方案，提前模拟应用场景。以电池电压模拟为例，选用12V倍压模块，将“DC12V+”和“DC12V-”连接进去，并新增二极管，依靠并联电压保护，实现电路畅通，如图1所示[2]。

通常情况下，直流充电多依靠永久性充电电缆，在充电桩和车辆间创建连接，车辆利用电缆充电，可提高电气安全性，还因安装过载保护，达到防火效果。在充电期间，锁定充电插头连接，能有效预防触摸、篡改等行为。充电站作为固定的电气系统，由专业人员按照标准开展测试，测试期间，基于控制引导，在多种状态下变换，检验车辆与充电桩间正常连接、异常连接等状态下，系统能否给出相应的反馈。测试结束后，将检测数值初始化，经过充电桩自检后，再投入到下一轮检测中。如若电阻处于100—500Ω之间，将电阻设定为240KΩ，用于检验绝缘是否正常，如若出现异常则响起警报，则需立即处理。

2.3 在充电桩异物检测中的应用

当前电车数量逐渐增加，许多城市地下停车场配备了专门的充电桩，为车辆提供充足的电能支持，但因车位数量有限，许多带有充电桩的停车场常常出现燃油车占用车位的问题，为电车车主带来不良体验。在计算机时代背景下，可将智能感应技术引入进来，与智能手机载体相结合，使用户能够通过APP随时查阅周围充电桩的数量、位置、工作状态等，便于快速找到空闲的充电桩，及时为车辆充电。在此背景下，以智能感应为基础的雷达异物检测技术被研发出来，在车位安装感应模块，能够利用雷达感应检验充电桩的工作状态，如若车位内有电车停留，且充电桩处于工作状态，便会发出相应信号，告知用户寻找其他充电桩，当车辆充满电、开走后，已占用的信号消失，充电桩变为可用状态，APP会及时检测到信号变化，并提醒车主附近有可用的充电桩。雷达感应系统包含PC端软件、RS485通信、充电桩网关等内容，硬件包括单片机、车辆感应模块、充电桩等。有大型异物或车辆占用车位时，便可用雷达感应进行判断，具体如下[3]。

（1）车辆位置感应。当车身与障碍物的距离达到设定的警戒值时，便会发出警报，提醒司机注意。雷达感应技术的应用原理在于通过雷达报警系统，检验车辆与目标障碍物间的距离，当二者距离较近时，雷达便会发出滴滴声，且声响越大说明与障碍物间的距离越近，提醒车主注意保持安全距离。如若系统识别到车辆与障碍物间的距离不足30cm，则会拉长警报声响；如若车辆前后方均有障碍物，不但会延长警报声响，还会以交替方式响起；

（2）通讯信号传输。该模块的控制芯片为单片机PIC 16F1827，主要负责充电桩内部控制，该系统利用RS-485通讯将单片机、充电桩网关连接，促进信号传输和接收。该通讯设备的优势在于传输速率高、距离远，且速率和距离是正比关系，十分适用于车位感应检测，可为车主提供诸多便利。

（3）手机APP端智能操控。该系统依靠组网形式，与网关相连，将数据存储到云服务器中，最后供手机APP连接，达到用户利用终端设备便可查看充电桩是否被占用的目的，还可对用户周围充电桩精准定位，帮助车主节约许多找车位的时间、精力，也简化了运营流程，为用户带来良好体验。

2.4 在充电设施现场检测中的应用

对于新安装的、维修过的、优化升级的充电桩，均要全面检测后才可投入使用。将智能感应技术用于充电设施的现场检测，可以在保证检测结果准确的前提下，大幅提高检测速度。该项技术的具体应用方向如下：①实时监测充电桩电流、电压、功率等工作参数，充电桩的温度、湿度等环境参数，确保充电桩的正常工作和安全性。②监测充电设施的运行情况，诊断设备故障并进行远程监控，提高充电设施的可靠性，减少故障停机时间。③准确统计充电设施的使用情况、充电量，为运营商优化充电设施的布局和运营策略提供数据支持。

3 智能感应支持下的新能源充电桩性能测试

3.1 充电场景模拟

在充电桩性能测试中，采用等效替换的方式，模拟电车充电的整个过程，使充电桩性能得以真实展现，具体如下。

（1）将检测装置和充电桩可靠连接，调试期间，对充电桩充电，控制装置通过第一个检测点的电压值进行接口连接情况判断。例如，第一个检测点的电压值为4V，说明车辆已经完全连接；开展绝缘测试，将第一个检测点以物理方式，将DTU嵌入充电桩内，与控制系统相连接，便可为充电桩提供数据传输、网络连接等服务，以规定周期传递握手报文，采集低压辅助电源，提供充足电能，经过第二个检测点，准确检验电压值，判断接口处是否彻底相连。该系统由网管平台、DTU、数据管理中心等构成，运营企业不但可远程监督充电桩的使用情况，还可及时维护管理，使在线应用更加完善便捷；

（2）检测装置和充电桩经过握手和配置后，桩体检测装置接触器闭合，充电回路处于开启状态；检测装置得到负载电压值，判断装置内部接触器的开关状态，待检测到负载电压正常后，将接触器闭合，使直流回路处于畅通状态；在充电过程中，检测装置朝着充电桩传递充电需求数值，桩体控制装置按照需求参数，对充电电压、电流实时调整。经过5分钟充电后，检测装置可实时检测桩体输出的电压、电流信息，整个检测完毕。该装置将采集的数据汇总起来，综合判断桩体是否合格，如若不合格，应在显示屏上展示相关信息，督促技术人员进行检修维护。

（3）检测装置内部模块都要分工明确，测量电路连接充电口的正负极电源，对充电桩输出电压、电流等进行准确检验，采集到的数据传递给主控单元。充电口的低压辅助电源、测量电路合理连接，准确检验低压供电是否平稳可靠。主控、充电口处的通信接口通信，桩体CPU将采集数据传递给主控板，与测量电路数值对比，并在大屏幕上直观展示[5]。

3.2 充电效率检测

基于智能感应技术对充电桩充电效率进行检测的步骤为：第一步，准备测试所需功率仪、电流表、电压表等设备。第二步，将新能源车辆接入充电桩，记录充电开始时的电流、电压及时间，在充电过程中定期记录充电桩的输入功率和输出功率。第三步，根据测试数据计算充电效率，同时分析充电过程中的功率波动情况、充电桩的稳定性和可靠性。第四步，分析并总结测试结果，评估充电桩的充电效率以及性能表现，提出针对性的改进建议或是优化方案。

3.3 稳压、稳流精度检测

将智能感应技术用于充电桩稳压、稳流精度的检测，需要先将测试仪器连接至新能源充电桩的输出端，逐渐调节充电桩的输出电压（电流），记录不同电压（电流）下的实际输出值，并与设定值比较，以评估稳压精度。检测结束后，再分析测试数据，计算稳压、稳流的偏差和波动情况，由此确定充电桩的稳压、稳流性能。本次研究中，为测试充电桩在特定工况下，输出电压、电流的稳定性，确保充电模块的性能符合要求。针对整个设备参数进行测量，包括数据采集、计算和分析等，还要合理调整三相交流控制，对稳压、温流精度等进行检验，要求采集高速采样波形，模拟设备实际工作中的电磁辐射环境，以闭环方式进行主处理器应用，此举可减少干扰，单片机输入接口尽可能缩小，以降低外围对电路CPU的不利影响。在稳流检测中，将充电桩设置成恒流模式，特殊情况下允许较大的电流波动存在。结合充电需求，为充电桩配备数量充足的功率模块，在特定的电流、电压点位下，检验模块运行状态，由此确定充电桩的稳压、稳流能力。

3.4 回路绝缘性能检测

充电桩回路绝缘性能良好与否直接关系到用户的安全和充电的效果，将智能感应技术用于回路绝缘性能检测强调通过传感器、数据处理系统实时监测充电桩的回路绝缘性能，确保回路出现绝缘性能下降的情况时，系统能够及时发出警报并采取相应的措施，保证充电桩的安全运行。在自检阶段，充电桩常常受到因素干扰，使整个充电回路绝缘性能下降。常见问题有两种，一种是没有开展绝缘检测，还有一种是开展检测，但电压值异常。为检验各回路间的绝缘性能，要求在承受相应电压过程中，判定是否存在被击穿的可能，测试方法如下。先将各个电路与邻近导电部分的独立电路端子相连，然后将各个独立电路端子相连，开路电压的初始值低于电压值的1/2，在不发生瞬态影响的前提下，试验电压不断提升，直至达到规定电压值，维持1min不变，然后逐渐降低到0。在此期间，观察各部位是否出现绝缘击穿、闪络等情况，如若各回路的绝缘电压不同，则按照高的电压开展试验，必要时还可对各回路开展耐压试验，使性能检验更加准确可靠。

4 结束语

综上所述，当前电动汽车正处于高速发展时期，带动充电设施行业发展。在实际检测中，应结合现场测试需求，将智能感应技术引入进来，并对直流、交流充电桩检测所需的模拟检测方案进行制定，还要充分发挥雷达感应技术优势，通过组网形式，使用户能够实时查看车位情况，结合充电桩的充电状态，判断是否被占用，为车主提供更多便利，提升驾驶体验，促进电车销量提升。

参考文献：

[1]刘红燕，唐振.基于智能感应的电动汽车充电桩异物检测技术研究[J].工业控制计算机，2020，33（7）：225-227.

[2]于志江.电动汽车智能充电桩设计及关键技术研究[J].互联网周刊，2022（21）：0024-0026.

[3]戚振彪.基于电动汽车的便携式充电桩检测装置的研究[J].电气工程，2020，4（4）：0061-0063.

[4]谈耿，赵雄峰，丁福军，等.基于物联网的新能源汽车充电桩控制系统设计研究[J].智能建筑与智慧城市，2023（8）：151-153.

[5]刘浩宇，何泽昊，吕伟嘉，等.电动汽车交直流充电桩检测装置探索与设计[J].通信电源技术，2022，35（11）：039-041.