一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器及其检测方法和系统与流程

本发明涉及充电桩技术领域，特别是涉及一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器及其检测方法和系统。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩在安装时、特别是居民小区充电站单独安装的情况下，无法实现电能计量误差检测和监测。需要派人到现场检测误差或者更换电能计量装置。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中充电桩在安装时、特别是居民小区充电站单独安装的情况下，无法实现电能计量误差检测和监测。需要派人到现场检测误差或者更换电能计量装置，效率低并且成本高的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器，所述移动式误差标准器包括一供电接口和一车辆接口，并且两接口的对应触头由导电介质一一完成连接，所述移动式误差标准器还包括电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和处理器，其中，所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏和存储模块分别连接所述处理器，所述电能计量芯片的两个电能检测输入接口分别通过相应导电介质连接所述误差标准器的充电供能触头，具体的：

所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和所述处理器固定在所述移动式误差标准器的中控台上；所述中控台位于所述供电接口和车辆接口之间；所述中控台上还设置有机械锁，所述机械锁的锁头位于车辆接口方向，用于在车辆接口插入车辆插座时与车辆插座上的机械锁槽锁住；所述供电接口上还设置有机械锁槽，所述机械锁槽用于在充电枪插入所述供电接口时与所述充电枪上的机械锁锁住。

优选的，所述供电接口的机械锁槽底部安装有压力传感器，所述压力传感器用于将控制充电枪的机械锁的操作传递给所述处理器，以便所述处理器控制车辆接口侧的机械锁完成相应的打开和闭合。

优选的，所述移动式误差标准器还包括供电模块，所述供电模块连接可供电触头，并将电压转换为可供所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和处理器正常工作的值。

优选的，所述供电接口和车辆接口具体为交流充电接口，或者所述供电接口和车辆接口具体为直流充电接口。

第二方面，本发明提供了一种基于移动式误差标准器的充电桩误差检测方法，当误差计算服务器对一指定的充电站中的充电桩进行整体误差和各充电桩的充电桩电能损耗进行计算时，所述检测方法包括：

所述误差计算服务器检索存储的被用于检测所述充电站中充电桩的一个或者多个移动式误差标准器，并根据安装所述移动式误差标准器的充电枪的子电表中所通过的电能和所述移动式误差标准器中所通过的电能相同，计算得到一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值；

所述误差计算服务器调取存储的所述充电站中各充电桩的三相电表和子电表上报的电能相关数据；

所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述检测方法具体包括：

将所述移动式误差标准器的供电接口固定在一充电枪上，并将其车辆口插入车辆插座上；

误差计算服务器接收所述移动式误差标准器发送的电能相关数据，所述电能相关数据包括电能值、所述移动式误差标准器ID、当前安装所述移动式误差标准器的充电桩ID中的一项或者多项；

所述误差计算服务器根据所述电能相关数据确定所述移动式误差标准器所检测的充电桩所属的充电站，并按照对应关系存储数据。

优选的，所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗，具体包括：

所述误差计算服务器接收所述三相电表、子电表上报的电能值，建立包含三相电表的整体误差、子电表的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及一个或者多个子电表的整体误差为已知常数的方程式；

所述误差计算服务器根据多次接收的三相电表、子电表上报的电能值，或者根据三相电表、子电表上报的归属于不同时间段的电能值建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到所述三相电表和子电表的整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗，具体包括：

所述误差计算服务器接收所述三相电表、子电表上报的电能值和对应电流值，依据线路电流大小不同分段累加得到的各电流分段下的电能量累加值；通过所述电能量累加值建立包含三相电表的整体误差、子电表的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及一个或者多个子电表的整体误差为已知常数的方程式；

所述移动式误差标准器根据多次接收的所述三相电表、子电表上报的电能相关数据，或者根据所述三相电表、子电表上报的归属于不同时间段的电能相关数据建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到所述三相电表、子电表在各电流分段下的整体误差和相应充电桩电能损耗值。

第三方面，本发明提供了一种基于移动式误差标准器的充电桩误差检测系统，所述系统包括误差计算服务器、充电桩和移动式误差标准器，其中，所述移动式误差标准器用于安装在所述充电桩的充电枪上使用，所述充电桩和所述移动误差标准器与所述误差计算服务器之间建立有数据通道，具体的：

所述充电桩，用于向所述误差计算服务器发送电能相关数据；

所述移动式误差标准器，用于向所述误差计算服务器发送电能相关数据；

所述误差计算服务器检索存储的被用于检测所述充电站中充电桩的一个或者多个移动式误差标准器，并根据安装所述移动式误差标准器的充电枪的子电表中所通过的电能和所述移动式误差标准器中所通过的电能相同，计算得到一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值；所述误差计算服务器调取存储的所述充电站中各充电桩的三相电表和子电表上报的电能相关数据；所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。

优选的，所述电能相关数据包括电能值、所述移动式误差标准器ID、当前安装所述移动式误差标准器的充电桩ID中的一项或者多项，则：

所述误差计算服务器，还用于根据所述电能相关数据确定所述移动式误差标准器所检测的充电桩所属的充电站，并按照对应关系存储数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例通过在现有的充电桩中设置移动式误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，利用各子电表、三相电表上报的和移动式误差标准器自身检测到的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。以便操作人员根据三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗确认该充电桩是否处于正常工作状态。

【附图说明】

图1是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器的屏蔽电磁干扰结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的一种变损原理示意图；

图7是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的方法流程图；

图8是本发明实施例提供的一种用于充电桩误差检测的系统架构图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例提供了一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器，如图1-2所示，所述移动式误差标准器包括一供电接口和一车辆接口，并且两接口的对应触头由导电介质一一完成连接，所述移动式误差标准器还包括电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和处理器，其中，所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏和存储模块分别连接所述处理器，所述电能计量芯片的两个电能检测输入接口分别通过相应导电介质连接所述误差标准器的充电供能触头，具体的：

所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和所述处理器固定在所述移动式误差标准器的中控台上；所述中控台位于所述供电接口和车辆接口之间；所述中控台上还设置有机械锁，所述机械锁的锁头位于车辆接口方向，用于在车辆接口插入车辆插座时与车辆插座上的机械锁槽锁住；所述供电接口上还设置有机械锁槽，所述机械锁槽用于在充电枪插入所述供电接口时与所述充电枪上的机械锁锁住。

本发明实施例通过在现有的充电桩中设置移动式误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，利用各子电表、三相电表上报的和移动式误差标准器自身检测到的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。以便操作人员根据三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗确认该充电桩是否处于正常工作状态。

本发明实施例所提供的移动式误差标准器更倾向于是提供给普通用户，协助第三方完成充电站中各充电桩整体误差计算使用，因此，要考虑到可能需要长时间的将所述移动式误差标准器固定在某一充电枪上，以便完成较大规模的数据采集。因此，结合本发明实施例1还存在一种优选的实现方式，能够实现将原本充电枪上的机械锁的打开和闭合操作，在安装了所述移动式误差标准器后，直接映射到所述移动式误差标准器的车辆接口侧的机械锁完成相应的打开和闭合。具体的，所述供电接口的机械锁槽底部安装有压力传感器，所述压力传感器用于将控制充电枪的机械锁的操作传递给所述处理器，以便所述处理器控制车辆接口侧的机械锁完成相应的打开和闭合。所述处理器控制车辆接口侧的机械锁的方式可以是如图3所示(图中对应当前描述要点不直接相关的结构并没有全部画出)的，机械锁由机械锁头和机械锁臂构成，而两者之间设置有转轴；其中，机械锁臂上设置有金属片，所述金属片正下方设置有电磁铁，所述电磁铁在处理器的控制下进行工作；所述机械锁臂上还设置有弹簧，所述弹簧用户在所述电磁铁不工作的情况下，保证机械锁头有一向下的作用力。其工作流程具体为：当用户控制充电枪弹起其机械锁时，图3中压力传感器反馈压力信号给处理器，处理器确认充电枪的机械锁已经弹起，则闭合电磁铁的供电开关，使得电磁铁进入工作状态，吸附机械锁臂从而使得图3所示的机械锁头弹起，达到了移动式误差标准器上机械锁和充电枪上机械锁执行同步操作的目的。对于用户的操作体验来说，仅仅是传统的充电枪上多出了一个转接头，而对于用户完成充电接口连接的方式并没有发生改变。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，如图4所示，所述电能计量芯片和与之电能检测输入接口相连的导电介质部位被可屏蔽电磁干扰的屏蔽壳所嵌套，所述屏蔽壳上仅预留所述导电介质的四个出口和用于发送信号给处理器的数据导线端口。

该优选方案能够有效减少外来或者内部产生的电磁干扰对电能计量芯片完成电能计量造成的影响，保证了移动式误差标准器测量的精准度。图4仅仅是一个示意图，具体的结构尺寸可以根据实际芯片大小以及该导电介质的大小进行调整，而指的说明的是所述电能计量芯片优选的置于测量的两导电介质之间，从而减少电能检测输入接口与导电介质间走线的长度，进一步提高计算精确度。需要说明的是，图4中由导电介质连接的两对触头，在交流充电枪中分别为交流电源“L”和中线“N”(可查阅交流充电接口标准GB/T 20234.2-2011)；在直流充电枪中分别为直流电源正“DC+”和直流电源负“DC-”(可查阅交流充电接口标准GB/T 20234.3-2011)。

本发明实施例所提出的移动式误差标准器可以通过内置的蓄电池工作，也可以由充电枪的可供电触头完成充电或者直接供电。具体的，所述移动式误差标准器还包括供电模块，所述供电模块连接可供电触头，并将电压转换为可供所述电能计量芯片、无线收发模块、显示屏、存储模块和处理器正常工作的值。

在本发明实施例中，所述供电接口和车辆接口具体为交流充电接口，或者所述供电接口和车辆接口具体为直流充电接口。图1中给出的示意图即交流充电接口模式的移动式误差标准器，直流模式的可以通过调整接口来实现。

实施例2:

本发明实施例除了提供如实施例1所述的一种用于充电桩误差检测的移动式误差标准器结构外，还提供了一种基于移动式误差标准器的充电桩误差检测方法，如图5所示，当误差计算服务器对一指定的充电站中的充电桩进行整体误差和各充电桩的充电桩电能损耗进行计算时，所述检测方法和系统包括以下步骤：

在步骤201中，所述误差计算服务器检索存储的被用于检测所述充电站中充电桩的一个或者多个移动式误差标准器，并根据安装所述移动式误差标准器的充电枪的子电表中所通过的电能和所述移动式误差标准器中所通过的电能相同，计算得到一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值。

在步骤202中，所述误差计算服务器调取存储的所述充电站中各充电桩的三相电表和子电表上报的电能相关数据。

在步骤203中，所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。

本发明实施例通过在现有的充电桩中设置移动式误差标准器，并结合误差标准器所处的能源守恒系统，首先计算出与之串联的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差，并进一步利用各子电表、三相电表的电能相关数据完成方程式的建立，并利用不同时段的电能相关数据带入所述方程式求解得到三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗。以便操作人员根据三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗确认该充电桩是否处于正常工作状态。

通常情况下，本发明实施例中所提出的充电桩包括一个或者多个充电枪、对应每一个充电枪设置有子电表、一个用于计量输入电能的三相电表和整流模块。

结合本发明实施例，对于所述步骤203，存在一种优选的实现方案，具体包括：

所述误差计算服务器接收所述三相电表、子电表上报的电能值，建立包含三相电表的整体误差、子电表的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及一个或者多个子电表的整体误差为已知常数的方程式；

所述误差计算服务器根据多次接收的三相电表、子电表上报的电能值，或者根据三相电表、子电表上报的归属于不同时间段的电能值建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到所述三相电表和子电表的整体误差和充电桩电能损耗。

基于上述针对步骤203的优选实现方案，以及对充电桩上完成电能计量的智能电表的研究，确认智能电表在流经不同大小电流的计量环境下(在一个充电桩上，其流经电流可以根据其拥有的工作模式确定，例如：450V充电模式，750充电模式等等均对应不同的工作电流)，其表现出的整体误差是不同的，即不同的测量电流适用于不同的整体误差值，因此，结合本发明实施例步骤202，存在一种更加精准的求解整体误差的方式，具体如下：

所述误差计算服务器接收所述三相电表、子电表上报的电能值和对应电流值，依据线路电流大小不同分段累加得到的各电流分段下的电能量累加值；通过所述电能量累加值建立包含三相电表的整体误差、子电表的整体误差和充电桩电能损耗作为变量，以及一个或者多个子电表的整体误差为已知常数的方程式；

所述移动式误差标准器根据多次接收的所述三相电表、子电表上报的电能相关数据，或者根据所述三相电表、子电表上报的归属于不同时间段的电能相关数据建立由所述方程式构成的方程组；通过解所述方程组，计算得到所述三相电表、子电表在各电流分段下的整体误差和相应充电桩电能损耗值。

实施例3：

本实施在实施例2的内容基础上，通过涉及具体实现参数的环境，阐述如何计算充电桩电能损耗。在本实施例中，假设变电站进线是三相四路的(单相为380V)，而变电后为两个450V直流输出。在本实施例中误差标准器和充电桩中用于完成电能计量的设备均被成为电能计量装置，变电站原理图如图6所示：

W₁(1+X₁)*(1+X_S)＝W₂(1+X₂)+W₃(1+X₃)

其中,W_i＝1,2,3是变压器高低压侧电能计量装置的电能量读数；X_i＝1,2,3是W_i＝1,2,3所在的电能计量装置的误差；X_s是变压器损耗电能与高压侧输入电能的的一个比例值。

根据能量守恒定律，高压侧输入的电能等于中、低压输出的电能与充电桩电能损耗之和。数学上可以写为：

W₁(1+X₁)(1+X_s)＝W₂(1+X₂)+W₃(1+X₃) (1)

如果用式(1)构成方程式乃至方程组，得到的方程组就会是一个齐次方程，这个齐次方程租无法得出一组“唯一解”。

本方法是通过“给定一个电能计量装置的误差为“已知””，破坏方程之间的“相关性”，从而使得方程组能够得到“唯一解”。具体地，在实际测量的时候，我们把高、中、低任一电压侧的电能计量装置的误差测试准确，这样我们就可以得到一个已知的误差X_i，不失一般性，我们假设高压侧电能计量装置的误差X₁是已知的误差，将式(1)整理一下，可以得到：

W₁X_s+W₁X₁X_s-W₂X₂-W₃X₃＝(W₂+W₃-W₁-W₁X₁) (2)

式(2)是一个有三个未知数X₂，X₃和X_s的方程式。如果，我们把高、中、低侧的电能计量装置电能量读数连续读三次，读得：W₁₁，W₁₂，W₁₃；W₂₁，W₂₂，W₂₃；和W₃₁，W₃₂，W₃₃；将这三组读数代入到式(2)，可以得到一个三元二次方程组。这个方程组是有解的，而且，可以得到一组“唯一解”。这组唯一解就是：

X₂——中压侧电能计量装置的整体误差；

X₃——低压侧电能计量装置的整体误差；

X_s——充电桩电能损耗比例值＝变压器损耗能耗/高压侧输入电能量；

考虑到变压器是损耗是非线性的，可以考虑利用输入端“电流分段”读取电能数据的方法，检测电能计量装置的真实的整体误差。在测准了电能计量装置的误差的同时，变压器损耗也就可以精准地测取了。

实施例4:

实施例2介绍了如何根据接收到的所述三相电表、子电表和移动式误差标准器的电能相关数据求解三相电表、子电表的整体误差和充电桩电能损耗计算的方法。在实际实现过程中，在进入实施例2所述步骤201之前还需要做一些准备工作，如图7所示，具体包括以下步骤：

在步骤21中，将所述移动式误差标准器的供电接口固定在一充电枪上，并将其车辆口插入车辆插座上。

在步骤22中，误差计算服务器接收所述移动式误差标准器发送的电能相关数据，所述电能相关数据包括电能值、所述移动式误差标准器ID、当前安装所述移动式误差标准器的充电桩ID中的一项或者多项。

在步骤23中，所述误差计算服务器根据所述电能相关数据确定所述移动式误差标准器所检测的充电桩所属的充电站，并按照对应关系存储数据。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

实施例5:

本发明实施例还提供了一种基于移动式误差标准器的充电桩误差检测系统，如图8所示，所述系统包括误差计算服务器、充电桩和移动式误差标准器，其中，所述移动式误差标准器用于安装在所述充电桩的充电枪上使用，所述充电桩和所述移动误差标准器与所述误差计算服务器之间建立有数据通道，具体的：

所述充电桩，用于向所述误差计算服务器发送电能相关数据；

所述移动式误差标准器，用于向所述误差计算服务器发送电能相关数据；

所述误差计算服务器检索存储的被用于检测所述充电站中充电桩的一个或者多个移动式误差标准器，并根据安装所述移动式误差标准器的充电枪的子电表(图8中为子电表1)中所通过的电能和所述移动式误差标准器中所通过的电能相同，计算得到一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值；所述误差计算服务器调取存储的所述充电站中各充电桩的三相电表和子电表(图8中为子电表2)上报的电能相关数据；所述误差计算服务器根据调取出的所述三相电表、子电表的电能相关数据，以及已经求解得到的一个或者多个充电枪的子电表的整体误差值，求解三相电表、子电表(图8中为子电表2)的整体误差和充电桩电能损耗。

所述电能相关数据包括电能值、所述移动式误差标准器ID、当前安装所述移动式误差标准器的充电桩ID中的一项或者多项，结合本发明实施例存在一种优选的实现方案，具体的：

所述误差计算服务器，还用于根据所述电能相关数据确定所述移动式误差标准器所检测的充电桩所属的充电站，并按照对应关系存储数据。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。