基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置的制作方法

本发明属于直流电弧故障检测，尤其是一种基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置。

背景技术：

1、电动汽车及直流充电设备接线复杂、搭接点众多，极易发生电弧故障，电弧故障有可能导致设备烧蚀甚至起火。与交流电弧不同，直流电弧没有过零点和平肩效应现象，电弧不易熄灭；并且串联电弧等效于非线性电阻，电弧通道导电性差、回路电流小，传统交流电弧检测和治理技术无法套用。当发生串联电弧时，电弧的导电性能比正常连接的金属差，回路电流一般小于正常负载电流，现有的电弧故障断路器不能快速检测到电弧故障，因此不能有效切断串联电弧电流，在直流电弧故障检测领域难以适用，因此如何快速准确地对电动汽车充电系统进行电弧故障检测是目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，能够快速准确地对电动汽车充电系统进行电弧故障检测及控制。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，包括电源电路、信号采集及调理电路、adc模块和树莓派，所述电源电路为信号采集及调理电路、adc模块和树莓派供电，所述信号采集及调理电路连接在电动汽车充电装置上，用于采集直流电弧信号并对其进行信号调理，所述adc模块对调理后的直流电弧信号进行模数转换并通过spi方式传输至树莓派，所述树莓派对直流电弧信号进行分析检测，当检测到电弧故障后输出脱扣信号至电源电路，对电源电路进行脱扣控制。

4、进一步，所述电源电路包括脱扣单元、隔离模块和dc-dc模块，所述脱扣单元输入端与外部交流电源相连接，所述脱扣单元的控制端与树莓派相连接，该脱扣单元的输出端与隔离模块、dc-dc模块依次连接，所述隔离模块用于将外部交流电源转换为5vdc，所述dc-dc模块用于将5vdc转换为3.3vdc。

5、进一步，所述脱扣单元由脱扣线圈、可控硅q1、电阻r1、电阻r2、电容c1和二极管d2构成，该脱扣线圈一端连接外部交流电源，另一端连接可控硅q1、二极管d2及隔离模块，所述二极管d2反向连接在脱扣线圈两端，所述电阻r1、电阻r2和电容c1连接在可控硅的控制端，电阻r2和电容c1构成的低通滤波器用于滤除脱扣信号中的高频干扰。

6、进一步，所述隔离模块采用lo20-10c0512-01隔离开关电源模块，其输入电压范围为165～264vac，其输出功率为20w，输出电压为5vdc。

7、进一步，所述dc-dc模块包括ams1117cd-3.3模块、储能电容c2和滤波电容c3，所述ams1117cd-3.3模块输入端连接隔离模块，该ams1117cd-3.3模块输出端经过储能电容c2、滤波电容c3后输出3.3vdc。

8、进一步，所述电信号采集及调理电路包括依次连接的互感器电路、滤波电路、第一级放大电路、第二级放大电路；所述互感器电路包括dbkct24互感器和采样电阻，该互感器安装在电动汽车充电装置内侧，用于采集故障电流信号，所述滤波电路为低通滤波器，所述第一级放大电路和第二级放大电路串联在一起，两级放大电路均采用电压型运算放大器mcp6004，第一级放大电路和第二级放大电路的输出端分别连接到adc模块的两个输入端。

9、进一步，所述互感器输出端还连接有参考电压电路，该参考电压电路由运放模块及其外围电路连接构成用于对互感器输出的交流信号进行抬升。

10、进一步，所述adc模块采用ad9226-01模块，该模块采用spi方式与树莓派进行通信。

11、进一步，所述内置有电弧故障检测软件，用于对adc模块输入的电弧电流信号进行分析检测，当分析检测到电弧故障后输出脱扣信号至电源电路，对电源电路进行脱扣控制。

12、本发明的优点和积极效果是：

13、本发明设计合理，其利用两级放大电路每一级输出均通过adc模块进行采集，目的是在电流小于10a时，进行两级放大以获得较大的a/d转换值，从而提高小电流特征分辨能力，并且将adc模块采集电流信号后通过spi通讯将数据传输给树莓派，在树莓派中通过电弧故障检测软件对电弧故障进行准确检测，并实现电源电路的控制功能，为配电网安全稳定运行提供保障。

技术特征：

1.一种基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：包括电源电路、信号采集及调理电路、adc模块和树莓派，所述电源电路为信号采集及调理电路、adc模块和树莓派供电，所述信号采集及调理电路连接在电动汽车充电装置上，用于采集直流电弧信号并对其进行信号调理，所述adc模块对调理后的直流电弧信号进行模数转换并通过spi方式传输至树莓派，所述树莓派对直流电弧信号进行分析检测，当检测到电弧故障后输出脱扣信号至电源电路，对电源电路进行脱扣控制。

2.根据权利要求1所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述电源电路包括脱扣单元、隔离模块和dc-dc模块，所述脱扣单元输入端与外部交流电源相连接，所述脱扣单元的控制端与树莓派相连接，该脱扣单元的输出端与隔离模块、dc-dc模块依次连接，所述隔离模块用于将外部交流电源转换为5vdc，所述dc-dc模块用于将5vdc转换为3.3vdc。

3.根据权利要求2所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述脱扣单元由脱扣线圈、可控硅q1、电阻r1、电阻r2、电容c1和二极管d2构成，该脱扣线圈一端连接外部交流电源，另一端连接可控硅q1、二极管d2及隔离模块，所述二极管d2反向连接在脱扣线圈两端，所述电阻r1、电阻r2和电容c1连接在可控硅的控制端，电阻r2和电容c1构成的低通滤波器用于滤除脱扣信号中的高频干扰。

4.根据权利要求2所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述隔离模块采用lo20-10c0512-01隔离开关电源模块，其输入电压范围为165～264vac，其输出功率为20w，输出电压为5vdc。

5.根据权利要求2所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述dc-dc模块包括ams1117cd-3.3模块、储能电容c2和滤波电容c3，所述ams1117cd-3.3模块输入端连接隔离模块，该ams1117cd-3.3模块输出端经过储能电容c2、滤波电容c3后输出3.3vdc。

6.根据权利要求1所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述电信号采集及调理电路包括依次连接的互感器电路、滤波电路、第一级放大电路、第二级放大电路；所述互感器电路包括dbkct24互感器和采样电阻，该互感器安装在电动汽车充电装置内侧，用于采集故障电流信号，所述滤波电路为低通滤波器，所述第一级放大电路和第二级放大电路串联在一起，两级放大电路均采用电压型运算放大器mcp6004，第一级放大电路和第二级放大电路的输出端分别连接到adc模块的两个输入端。

7.根据权利要求6所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述互感器输出端还连接有参考电压电路，该参考电压电路由运放模块及其外围电路连接构成用于对互感器输出的交流信号进行抬升。

8.根据权利要求1所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述adc模块采用ad9226-01模块，该模块采用spi方式与树莓派进行通信。

9.根据权利要求1所述的基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其特征在于：所述内置有电弧故障检测软件，用于对adc模块输入的电弧电流信号进行分析检测，当分析检测到电弧故障后输出脱扣信号至电源电路，对电源电路进行脱扣控制。

技术总结
本发明涉及一种基于树莓派的电动汽车充电系统电弧故障检测装置，其技术特点是：包括电源电路、信号采集及调理电路、ADC模块和树莓派，电源电路为信号采集及调理电路、ADC模块和树莓派供电，信号采集及调理电路连接在电动汽车充电装置上，用于采集直流电弧信号并对其进行信号调理，ADC模块对调理后的直流电弧信号进行模数转换并通过SPI方式传输至树莓派，树莓派对直流电弧信号进行分析检测，当检测到电弧故障后输出脱扣信号至电源电路，对电源电路进行脱扣控制。本发明利用两级放大电路提高小电流特征分辨能力，并通过SPI通讯将数据传输给树莓派，在树莓派中通过电弧故障检测软件对电弧故障进行准确检测，并实现电源电路的控制功能。

技术研发人员：潘广旭,程云祥,宫池玉,裴丽伟,王晶,张华栋,刘思华,李东,许明,陈洋,李兴玉,吕雨莳,王希涛,林国华
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司日照供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12