一种充电桩使用的在线监测系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910897045.6
(22)申请日 2019.09.23
(71)申请人 国网（北京）新能源汽车服务有限公
司
地址 100176 北京市大兴区北京经济技术
开发区地盛北街2号院13号楼
(72)发明人 贾旭东　张琪　张伟　王计朝　
杭洋　徐林　魏志宇　
(74)专利代理机构 北京君泊知识产权代理有限
公司 11496
代理人 王程远
(51)Int.Cl.
H02J 7/00(2006.01)
(54)发明名称
一种充电桩使用的在线监测系统
(57)摘要
本发明公开了一种充电桩使用的在线监测
系统，安装于充电桩的内部，包括控制板、监测采
样模块和存储模块，控制板分别与监测采样模块
和存储模块电连接，控制板、监测采样模块和存
储模块组成的电路板连接在充电枪输入端口与
充电枪输出端口之间的线路上，电路板上还设置
有数模转换模块和通道选通板，通道选通板与数
模转换模块连接，数模转换模块与控制模块电连
接，控制模块通过千兆网连接于4G互联网。

本发
明采用数据压缩算法，实现采集数据的压缩，减
小每次记录占用的存储空间；通过大数据处理实
现数据自动分析，能够自行判断故障原因，汇总
故障类型及出现概率；预留4G接口，下一阶段升
级后能够实现数据的实时上传。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110635531 A 2019.12.31
C N 110635531
A
1.一种充电桩使用的在线监测系统，安装于充电桩的内部，其特征在于，包括控制板、监测采样模块和存储模块，所述控制板分别与监测采样模块和存储模块电连接，所述控制板、监测采样模块和存储模块组成的电路板连接在充电枪输入端口与充电枪输出端口之间的线路上，所述电路板上还设置有数模转换模块和通道选通板，所述通道选通板与数模转换模块连接，数模转换模块与控制模块电连接，所述控制模块通过千兆网连接于4G互联网。

2.根据权利要求1所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，所述控制板包括处理器、静态随机存取存储器A、静态随机存取存储器B、电力系统、外围设备以及输入/输出端口，所述处理器与静态随机存取存储器A和静态随机存取存储器B电连接，处理器与输入/输出端口连接，处理器与外围设备连接，外围设备与输入/输出端口连接。

3.根据权利要求2所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，所述处理器的型号为XILINIX ZYNQ SC7Z020，双核1GHz，内存1GByte。

4.根据权利要求2所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，所述输入/输出端口的数量为150个。

5.根据权利要求2或3所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，所述处理器采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核ARM Cortex -A9MPCore处理系统。

6.根据权利要求1所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，所述监测采样模块的采样通道同时4个通道，采样频率为2k到125MHz可设置，存储深度为200MB。

7.根据权利要求1所述的一种充电桩使用的在线监测系统，其特征在于，存储模块的存储空间超过200G。

权　利　要　求　书1/1页CN 110635531 A
一种充电桩使用的在线监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及充电桩技术领域，特别涉及一种充电桩使用的在线监测系统。

背景技术
[0002]目前的直流充电桩没有体系化的在线监测设备，充电桩最初的测试方法就是人工测试，仅能对充电桩的性能进行测试。

随着充电桩2015版标准的推出和充电桩成为国家的重点支持行业，很多相关的研究人员，针对不同的充电桩测试场合设计相关的测试设备或提出了相关的测试方法，给出了充电桩测评指标体系，并提出了一系列测试方法和设备，如在高速公路充电站内现场对充电桩检测的方法；便携式测试设备，可现场对便携式充电桩检测；检定装置及校验方法；快速充电桩的检测设备等。

但以上手段是建立在测试的模式上，不能够更好的贴近充电桩的实际工作状态。

[0003]目前充电桩使用的TCU单元，是通过CAN与充电桩的充电控制器按照指定的通信规约进行通信，记录的信息十分简单，无法反映整个充电过程的细节，更无法反映车桩之间真实的交互过程和信息。

[0004]想要监控充电桩全时段的状态，模拟信号需要采用录波器，报文部分需要选用报文分析仪，二者价格昂贵，多用于实验室的测试，且体积不能够安放在充电桩的内部。

各自的数据也不能够放在一起进行分析.
[0005]电动汽车和充电桩的建设正在快速增长，充电桩与电动汽车的交互次数以亿计算。

充电桩和电动汽车之间的充电兼容性成为越来越重要的问题。

对于充电桩来说，与电动汽车之间的交互更为重要，将直接影响到充电的效率甚至成败。

另一方面，当充电桩与电动汽车发生充电异常和故障时，缺乏有效的手段来提供足够的数据支撑，无法更好的判断原因、划清责任。

发明内容
[0006]本发明的目的在于提供一种充电桩使用的在线监测系统，采用数据压缩算法，实现采集数据的压缩，减小每次记录占用的存储空间；通过大数据处理实现数据自动分析，能够自行判断故障原因，汇总故障类型及出现概率；预留4G接口，下一阶段升级后能够实现数据的实时上传，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008]一种充电桩使用的在线监测系统，安装于充电桩的内部，包括控制板、监测采样模块和存储模块，所述控制板分别与监测采样模块和存储模块电连接，所述控制板、监测采样模块和存储模块组成的电路板连接在充电枪输入端口与充电枪输出端口之间的线路上，所述电路板上还设置有数模转换模块和通道选通板，所述通道选通板与数模转换模块连接，数模转换模块与控制模块电连接，所述控制模块通过千兆网连接于4G互联网。

[0009]进一步地，所述控制板包括处理器、静态随机存取存储器A、静态随机存取存储器B、电力系统、外围设备以及输入/输出端口，所述处理器与静态随机存取存储器A和静态随
机存取存储器B电连接，处理器与输入/输出端口连接，处理器与外围设备连接，外围设备与输入/输出端口连接。

[0010]进一步地，所述处理器的型号为XILINIX ZYNQ SC7Z020，双核1GHz，内存1GByte。

[0011]进一步地，所述输入/输出端口的数量为150个。

[0012]进一步地，所述处理器采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核ARM Cortex-A9 MPCore处理系统。

[0013]进一步地，所述监测采样模块的采样通道同时4个通道，采样频率为2k到125MHz可设置，存储深度为200MB。

[0014]进一步地，存储模块的存储空间超过200G。

[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0016]1、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，数据采样卡自主开发，针对不同信号选用不同的采样频率，能够实现硬件资源的合理配置。

[0017]2、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，支持硬件触发、报文触发等多种触发模式，充电桩处于空闲状态时采用低采样，处于充电过程时采用高采样频率，可以提高数据的存储数量。

[0018]3、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，能够实现充电过程的全数据监控，记录充电过程中的模拟量和报文的全变化，实现充电桩状态的在线监测功能，不需要人员全程跟进。

[0019]4、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，能够绘制充电全过程的状态曲线，数据自动分析，能够自行判断故障原因，汇总故障类型及出现概率。

[0020]5、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，采用数据压缩算法，减少数据量大小，节省存储空间。

[0021]6、本发明提出的充电桩使用的在线监测系统，预留无线4G端口，升级后能够实时上传监控数据。

附图说明
[0022]图1为本发明充电桩使用的在线监测系统的框架图；
[0023]图2为本发明控制板的框架图。

具体实施方式
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025]参阅图1，一种充电桩使用的在线监测系统，安装于充电桩的内部，包括控制板、监测采样模块和存储模块，控制板分别与监测采样模块和存储模块电连接，控制板、监测采样模块和存储模块组成的电路板连接在充电枪输入端口与充电枪输出端口之间的线路上，电路板上还设置有数模转换模块和通道选通板，通道选通板与数模转换模块连接，数模转换模块与控制模块电连接，控制模块通过千兆网连接于4G互联网。

[0026]本系统可满足最大1000V/250A直流充电桩的要求。

采样频率2k到125MHz可设置，支持多种触发模式。

系统采用高速数据采样和处理器技术，记录完整的充电过程中每个触点的工作状态。

记录数据存入SD卡或固态硬盘中。

本发明中，系统提供数据的就地读取接口，通过人工读取数据。

远期方案中，数据将通过4G网络上传到云平台后进行存储、分析工作。

系统提供4G模块扩展接口，便于未来扩展。

[0027]参阅图2，控制板包括处理器、静态随机存取存储器A、静态随机存取存储器B、电力系统、外围设备以及输入/输出端口，处理器与静态随机存取存储器A和静态随机存取存储器B电连接，处理器与输入/输出端口连接，处理器与外围设备连接，外围设备与输入/输出端口连接。

[0028]处理器的型号为XILINIX ZYNQ SC7Z020，双核1GHz，内存1GByte。

[0029]输入/输出端口的数量为150个。

处理器采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核ARM Cortex-A9 MPCore处理系统。

监测采样模块的采样通道同时4个通道，采样频率为2k到125MHz可设置，存储深度为200MB。

存储模块的存储空间超过200G。

[0030]采用可扩展式处理平台架构(Extensible Processing Platform、EPP)，采用28nm HKMG工艺制成的低功耗，高性能，高扩展性的新型芯片。

该芯片采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核ARM Cortex-A9 MPCore处理系统。

通过硬连线完成了包括L1，L2缓存、存储器控制器以及常用外设在内的全面集成。

[0031]监测采样模块功能及参数如下：支持32路模拟信号输入，在通道选通的作用下，将其中4路信号作为数模转换模块的输入，数模转换模块在控制板的控制下进行同步采样，将数据通过千兆网口传输给上位机。

采样通道：同时4个通道。

采样频率：2k到125MHz可设置。

存储深度：200MB。

支持多种触发模式。

[0032]存储模块：能有效的对海量数据进行高效的数据存储，存储空间超过200G。

数据压缩应用deflate算法，可以大幅度减小数据包体积，以8分钟的报文数据为例，8分钟监听报文数据共记25288条报文，生成的数据大小为12,400,778字节，数据约为12,110K(12M)。

通过压缩后数据大小为152,529字节，数据约为149K(0.1M)。

[0033]数据压缩的流程为，拿到检测的全部数据后，生成NSData格式的数据，再对NSData 格式的数据进行压缩，保存到数据库中。

[0034]数据解压的流程为，从数据库中读取NSData格式压缩的数据，解压缩数据，通过数据解析生成对象模型，展示到屏幕上。

[0035]数据压缩不尽能够优化存储空间，也能够一定程度的保证数据的安全。

[0036]综上所述：本发明充电桩使用的在线监测系统，安装在直流充电桩内部，记录整个充电过程中充电桩枪头中各触点的状态，存储在内部存储模块中，采用数据压缩算法，实现采集数据的压缩，减小每次记录占用的存储空间；通过大数据处理实现数据自动分析，能够自行判断故障原因，汇总故障类型及出现概率；预留4G接口，下一阶段升级后能够实现数据的实时上传。

[0037]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

图1
图2。