一种电动汽车充电桩故障诊断系统的制作方法

1.本电力故障诊断技术领域，具体为一种电动汽车充电桩故障诊断系统。


背景技术：

2.电动汽车行业的快速发展离不开充电设施建设。随着电动汽车保有量不断增加，电动汽车充电设施需要在全国范围内大规模建设，对其智能性和安全性必然有更高的要求，充电装置作为电动汽车的基础配套设施，如果缺乏必要的状态监测和故障诊断功能，容易给电动汽车充电造成安全隐患，导致重大充电安全事故的频发。
3.目前的电动汽车充电桩故障诊断类型是移动检测车,这类检测平台可满足测试标准要求, 检测的项目可达到实验室平台检测项目的92％。当前投入使用的移动检测车多采用集装箱式的方式将实验室的检测系统搬到车厢上,这种布局设计造成整车体积庞大,仅能满足地上充电站的检测，无法满足地下充电站的检测。而且,虽检测车自带储能电源,但该电源仅能用市电充电,不能充分利用现场充电桩进行充电。现有检测系统给充电桩测试带来很大的不便性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电动汽车充电桩故障诊断系统，解决了背景技术中所提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电动汽车充电桩故障诊断系统，包括故障诊断系统的硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括独立的供电电源、故障诊断系统的处理器、故障信息存储芯片、驱动电路的信号反馈电路以及故障诊断的can通信电路；
6.所述供电电源直接取自整车控制器的24v供电电源；
7.所述故障诊断系统的处理器采用独立的处理器；
8.所述故障信息存储芯片还包括独立模式、集成模式和共用模式三种；
9.所述独立设计模式下的故障诊断的信息存储硬件结构中单独设计一个可拆卸的存储，这样的设计结构可以避免芯片的损毁和数据丢失，在控制系统和故障诊断系统都失效的状态下能够保存数据并被读取；
10.所述集成模式下的故障诊断处理器芯片内的flash记忆体，这种设计方案可以使数据以最快的速度写入和读取，由于flash本身在芯片内部，所以在故障系统完好的前提下具有较高的可靠性；
11.所述共用模式下的故障诊断信息和控制系统的参数信息存储在同一块独立的存储芯片中，以致于有效简化电路结构，优化数据存储。
12.作为本发明的一种优选实施方式，所述故障诊断系统在自测试阶段利用母线电阻两端电压来替代电流传感器采回母线电流，而在在线监测阶段则使用bmc传回的电流值与整车控制器中统计的附件的耗电量之差作为动力母线电流。
13.作为本发明的一种优选实施方式，所述故障诊断系统在整车控制器、充电桩控制器、故障诊断系统和外部故障诊断系统pc端设置有独立的低速容错can网络，以致用于故障诊断系统向整车控制器和充电桩控制器发送故障信息以及故障诊断系统与外部pc端互相通讯。
14.作为本发明的一种优选实施方式，所述软件单元包括控制系统启动前的自测试程序组、在线诊断程序组以及故障信息通讯和存储程序组；
15.充电桩系统控制芯片检测包含主控制芯片tms570的自测试和故障诊断子功能芯片 tms320f28069的检测。
16.作为本发明的一种优选实施方式，所述软件系统还包括igbt驱动电路故障检测单元，所述igbt驱动电路故障检测单元的初级驱动为hcpl-316j驱动光耦；
17.所述驱动检测流程如下：
18.(1)：驱动升级程序开始；
19.(2)：闭合s2断开s1直通a相桥臂；
20.(3)：开关管信号是否正确，若正确则闭合s2断开s1直通b相桥臂，若不正确，则存储故障信息；
21.(4)：当闭合s2断开s1直通b相桥臂时，开关管信号是否正确，若正确则闭合s2断开s1直通c相桥臂，若不正确，则存储故障信息；
22.(5)：当闭合s2断开s1直通c相桥臂时，开关管信号是否正确，若正确则闭合s2断开s1直通c相桥臂，若不正确，则存储故障信息。
23.作为本发明的一种优选实施方式，所述驱动诊断还包括igbt开路检测；检测流程如下：
24.(1)：igbt开路检测程序开始；
25.(2)：闭合s2断开s1直通a相桥臂，u1电压是否大于设定值，若大于设置值，闭合 s2断开s1直通b相桥臂，若不大于设定值；
26.(3)：当闭合s2断开s1直通b相桥臂，则存储故障信息，u1电压是否大于设定值，若大于则闭合s2断开s1直通c相桥臂，若不大于设定值，则存储故障信息。
27.作为本发明的一种优选实施方式，还包括igbt开路故障的在线诊断；诊断流程如下：
28.(1)、pwm中断；
29.(2)、ad采样并记录采样值；
30.(3)、计算电压矢量；
31.(4)、查表得到电流的导数符号；
32.(5)、计算本次采样值和上次之差；
33.(6)、判断导数符号是否正确，如果正确，则故障计数-1，如果不正确，则故障计数+1；
34.(7)、判断导数符号正确时，pwm中断返回；判断导数符号不正确时，发送故障信号中断系统到pwm中断返回
35.作为本发明的一种优选实施方式，所述故障诊断系统的处理器型号为tms320f28069。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
37.1.本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统，电动汽车充电接口综合性能融合测试装置提供了便携的安全性解决方法。充电设施能满足不同使用环境、不同气候环境、不同层次的操作人员等复杂多变条件下充电设施的安全使用，解决在这些使用环境下，充电设施的安全接地、防雷电、防浪涌、防触电、防拉弧、绝缘、电磁干扰以及人员操作安全防护等多方面的问题。
38.2.本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统，直流电动汽车充电接口综合性能融合测试装置产品的升级。掌握电动汽车充电接口综合性能融合测试装置的核心技术，研制出直流电动汽车充电接口综合性能融合测试装置样机，样机精致美观，防护等级达ip54。
39.3.本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统，实现电动汽车充电接口综合性能融合测试装置产品的标准化、系列化，显著降低生产成本。全面改进电动汽车充电接口综合性能融合测试装置的标准化设计，实现产品的系列化设计方案；进行电动汽车充电接口综合性能融合测试装置产品流水线化、模具化、批量化的生产。
附图说明
40.图1为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的供电电路结构拓扑图；
41.图2为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的驱动电路的信号反馈电路图；
42.图3为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的充电桩系统特有的母线和母线电容结构拓扑图；
43.图4为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的can网络结构图；
44.图5为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的驱动级自测试程序流程图；
45.图6为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的igbt自测试程序流程图；
46.图7为本发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的igbt开路故障在线诊断程序流程图。
具体实施方式
47.下面结合附图对发明一种电动汽车充电桩故障诊断系统的具体实施方式做详细阐述。
48.如图1至7所示，本发明提供一种技术方案：一种电动汽车充电桩故障诊断系统，包括故障诊断系统的硬件单元和软件单元，所述硬件单元包括独立的供电电源、故障诊断系统的处理器、故障信息存储芯片、驱动电路的信号反馈电路以及故障诊断的can通信电路；所述供电电源直接取自整车控制器的24v供电电源；所述故障诊断系统的处理器采用独立的处理器，所述故障诊断系统的处理器型号为tms320f28069；故障诊断系统的独立供电电源直接取自整车控制器的24v供电电源，这是电动汽车供电系统中的低压电源。故障诊断系统所有芯片均采用4.3v低压供电以减小能耗，24v电源输入将直接通过独立于控制系统的变压电路调制为4.3v数字电源。
49.为了提高故障诊断系统电源的可靠性，设计方案中为故障诊断系统设计了独立的电池储能系统作为备用电源，电源结构如下图1所示。
50.故障诊断系统的控制芯片需要完成信号的处理、特征量的提取、故障的判定以及
s1直通c相桥臂，若不正确，则存储故障信息；
60.5)：当闭合s2断开s1直通c相桥臂时，开关管信号是否正确，若正确则闭合s2断开 s1直通c相桥臂，若不正确，则存储故障信息。
61.请参阅图1-2，更进一步的，所述驱动诊断还包括igbt开路检测；检测流程如下：
62.1)：igbt开路检测程序开始；
63.2)：闭合s2断开s1直通a相桥臂，u1电压是否大于设定值，若大于设置值，闭合s2 断开s1直通b相桥臂，若不大于设定值；
64.3)：当闭合s2断开s1直通b相桥臂，则存储故障信息，u1电压是否大于设定值，若大于则闭合s2断开s1直通c相桥臂，若不大于设定值，则存储故障信息。
65.请参阅图6，更进一步的，igbt开路故障的在线诊断；诊断流程如下：
66.1)、pwm中断；
67.2)、ad采样并记录采样值；
68.3)、计算电压矢量；
69.4)、查表得到电流的导数符号；
70.5)、计算本次采样值和上次之差；
71.6)、判断导数符号是否正确，如果正确，则故障计数-1，如果不正确，则故障计数+1；
72.7)、判断导数符号正确时，pwm中断返回；判断导数符号不正确时，发送故障信号中断系统到pwm中断返回。
73.需要说明的是，本发明为一种电动汽车充电桩故障诊断系统，各个件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
74.工作原理：故障诊断的自测试软件程序编写；故障诊断软件程序的自测试设计组用于检测上述提到的需要并可以在充电桩系统驱动前的自测试过程中完成的故障类型，包括控制芯片故障检测、主要传感器故障检测和温度故障检测、igbt驱动电路故障检测、igbt开路检测。芯片自测试程序编写，充电桩系统控制芯片检测包含主控制芯片tms570的自测试和故障诊断子功能芯片tms320f28069的检测。这些芯片的自测试分为两个阶段，第一阶段检测芯片能否唤醒，在这一阶段中由被检测芯片的上一级控制系统通过通讯访问芯片并要求芯片应答，对于主控芯片tms570整车控制器是其上一级控制系统，在整车控制处于待命状态后通过整车 can总线通讯网络向充电桩控制系统发出芯片唤醒指令，如果主控芯片能够启动(供电、通讯及芯片本身没有损坏)则完成主控制芯片的唤醒检测；对于故障诊断子功能控制芯片 tms320f28069而言充电桩系统主控制系统就是它的上一级控制系统，当tms570完成唤醒后会通过故障诊断专用can总线通讯网络向其发送唤醒指令，如果故障诊断功能芯片能够启动则完成故障诊断系统功能芯片的唤醒检测。
75.芯片自测试的第二阶段是完成芯片功能外设的自测试，这一阶段检测主要是主控制芯片 tms570自身的外设功能模块自测试，当检测完毕后向整车控制发送待命状态的响应，芯片自测试的程序流程图如图5所示：
76.igbt驱动电路故障检测程序编写；本设计中驱动级是基于hp公司的hcpl-316j驱动光耦设计的，hcpl-316j本身具备差分输入、igbt短路保护和信号输入闭锁保护的功能，
在电路输入级设计了可关闭的直通保护功能，这些设计能够处理大部分因干扰造成的信号逻辑错误，驱动级的自测试需要检查由于信号输入丢失、光耦本身损坏或推动三极管损坏造成的驱动级动作失效。在这一级的检查中需要利用直流母线的充电电阻短路母线进行检测，关闭桥臂直通保护、闭合s2断开s1依次直通三相桥臂，通过检测推挽功率三极管输出反馈来判定信号是否有效，闭合s2、断开s1使充电电阻串入母线电路，防止由于直通造成的电流过大。在检测过程中始终要保持一路桥臂处于直通状态防止电容充电，因为一旦电容充入电荷再直通桥臂，电容内的电荷会造成严重的母线电容短路故障，甚至烧损igbt；
77.igbt功率管的开路故障检测是与驱动级并行检测的，当逆变桥执行预定动作时故障诊断子系统检测母线电压，在igbt直通状态下充电电阻两端电压应为母线电压，但当某一相igbt 发生开路时，直通状态将不存在，电荷将通过充电电阻充入母线电容中，母线电压会被抬高。通过检测母线电压在规定时间段内是否大于预定值，可以判定该状态下的直通桥臂是否有 igbt发生开路故障。igbt开路故障检测程序流程图6如下所示。
78.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
79.最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。