一种充电桩无痕故障定位方法及系统与流程

本技术涉及新能源汽车充电设施故障检测、非接触式状态监测及多物理场信号处理，尤其涉及一种充电桩无痕故障定位方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源汽车充电功率提升，直流充电桩内部通常设置功率模块、接触器、直流母排、输出端子及散热部件。上述部件发生卡滞、接触电阻增大、连接件退化或轴承磨损等早期故障时，可能尚未触发故障码，但已经对设备的电磁、机械、声学或热学状态造成影响。

2、现有在线监测主要读取充电桩内部的电压、电流、温度及通信报文，虽然能够发现输出异常，但同一输出异常可能由多个内部部件引起，难以确定具体故障位置。采用测试负载或主动扰动的检测方式又会改变正常充电工况，增加现场接线及高压操作风险。

3、现有外部多模态检测通常连续采集不同类型信号并分别进行异常判断，各类信号容易受到车辆工况、环境噪声、相邻设备动作及负载变化影响，信号间的相关性难以对应至同一内部故障源。因此，如何在不干预正常充电的情况下将外部异常准确定位至具体内部部件，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提出了一种充电桩无痕故障定位方法及系统，以期在不拆机、不改线、不注入专用检测信号且不改变正常充电参数的条件下，根据充电桩外部的多物理场响应定位内部故障部件。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种充电桩无痕故障定位方法，由设有处理器和通信接口的故障定位设备执行，所述通信接口连接充电桩外部传感器，包括：获取部件映射信息和事件观测信息；所述部件映射信息包括部件拓扑和空间响应字典，所述事件观测信息包括同步采集的磁场、声学、振动和热场中的至少两类外部物理场信号以及被动识别的自然充电事件的事件类型、发生时刻、事件强度和运行条件；根据所述发生时刻确定目标事件窗口，根据所述运行条件从不含目标事件的候选窗口中确定参考窗口；对所述目标事件窗口与所述参考窗口的外部物理场信号进行背景消除和事件强度归一化，得到事件响应核；根据所述事件响应核、所述事件类型和所述部件映射信息，验证事件允许响应关系和跨物理场响应顺序，得到候选部件证据集；根据所述候选部件证据集和所述空间响应字典执行受所述事件允许响应关系约束的空间反演，得到故障定位结果；根据所述故障定位结果输出故障部件、定位位置和证据链。

3、可以看出，本实施例中，故障定位设备首先获取部件映射信息和事件观测信息；其次，按照发生时刻和运行条件确定目标事件窗口与参考窗口，经背景消除和事件强度归一化形成事件响应核；然后，结合事件类型和部件映射信息验证事件允许响应关系及跨物理场响应顺序，形成候选部件证据集；再次，对候选部件证据集执行受允许响应关系约束的空间反演，形成故障定位结果；最后，输出故障部件、定位位置和证据链。由于正常充电事件构成不同物理场响应的公共激励，使各类响应能够按照物理传播顺序相互印证，从而能够在不干预正常充电的条件下将整机异常收敛至具体内部部件。

4、在一个可能的示例中，所述根据所述事件响应核、所述事件类型和所述部件映射信息，验证事件允许响应关系和跨物理场响应顺序，得到候选部件证据集，包括：根据所述事件响应核、所述事件类型和所述部件映射信息，提取与所述事件类型对应的响应特征集；根据所述事件类型和所述部件映射信息，确定事件允许响应部件集合和因果响应模板；根据所述响应特征集、所述事件允许响应部件集合和所述因果响应模板，确定所述候选部件证据集。

5、可见，本示例中，响应特征的提取范围由事件类型限定，事件允许响应部件集合用于排除与目标事件缺少物理联系的部件，因果响应模板用于核验不同物理场响应的发生次序，由此能够减少环境扰动或相邻设备动作造成的错误关联。

6、在一个可能的示例中，所述根据所述响应特征集、所述事件允许响应部件集合和所述因果响应模板，确定所述候选部件证据集，包括：根据所述响应特征集、所述事件允许响应部件集合和所述因果响应模板，建立响应特征与候选部件之间的候选响应关系；根据所述候选响应关系，对所述事件允许响应部件集合之外的部件确定禁止响应信息，并对所述事件允许响应部件集合之内的部件确定空间一致信息；根据所述候选响应关系和所述因果响应模板，确定跨物理场因果时序一致信息；根据所述禁止响应信息、所述空间一致信息和所述跨物理场因果时序一致信息，确定所述候选部件证据集。

7、可见，本示例中，禁止响应信息、空间一致信息和跨物理场因果时序一致信息分别从机理可行性、响应位置及响应次序三个维度约束候选部件，使候选部件证据集能够保留故障定位过程中的正向证据和排除证据。

8、在一个可能的示例中，所述根据所述候选响应关系和所述因果响应模板，确定跨物理场因果时序一致信息，包括：根据所述候选响应关系和所述因果响应模板，确定预期物理场响应次序及相邻响应之间的允许时延区间；根据所述候选响应关系确定各物理场响应的实际起始时刻和实测响应顺序；根据所述实际起始时刻、所述实测响应顺序和所述允许时延区间，对所述预期物理场响应次序进行逐段核验，得到所述跨物理场因果时序一致信息。

9、可见，本示例中，通过对预期响应次序、实际响应次序及允许时延区间进行逐段核验，能够区分电磁、机械、导通及热扩散过程中的正常延迟与故障延迟，避免仅按照响应幅值判断故障。

10、在一个可能的示例中，所述根据所述候选响应关系确定各物理场响应的实际起始时刻和实测响应顺序，包括：根据所述候选响应关系定位对应的事件响应核，从所述事件响应核中提取各物理场的相对事件时间序列；根据所述相对事件时间序列确定各物理场响应的背景边界；根据所述相对事件时间序列和所述背景边界，将事件发生后连续超出所述背景边界并满足持续条件的第一时刻确定为实际起始时刻；按照各实际起始时刻排列对应物理场，并汇集各实际起始时刻，得到所述各物理场响应的实际起始时刻和所述实测响应顺序。

11、可见，本示例中，通过背景边界和持续条件共同确定实际起始时刻，可以抑制瞬时噪声峰及单个异常采样点对响应顺序的影响，提高跨物理场时序核验的稳定性。

12、在一个可能的示例中，所述根据所述相对事件时间序列确定各物理场响应的背景边界，包括：根据所述相对事件时间序列，将事件发生前的时间序列划分为多个背景子窗口；根据各背景子窗口内的信号幅值确定对应的中心统计量和波动统计量；根据所述中心统计量和所述波动统计量剔除异常背景子窗口，得到有效背景统计量；根据所述有效背景统计量确定各物理场响应的背景边界。

13、可见，本示例中，通过多个背景子窗口形成背景边界并剔除异常背景子窗口，可以降低偶发碰撞、车辆噪声或相邻充电桩动作对响应起始时刻的干扰。

14、在一个可能的示例中，在得到所述候选部件证据集之后且在执行所述空间反演之前，所述方法还包括：根据目标事件的事件类型和运行条件，获取同一充电桩内同类型部件或者同一部件历史事件的同类事件响应核；根据所述同类事件响应核形成同类事件簇，并从所述同类事件簇确定实时参考响应核；根据所述目标事件的事件响应核和所述实时参考响应核，确定不同观测位置及不同物理场的横向偏离信息；根据所述横向偏离信息更新所述候选部件证据集，并将更新后的候选部件证据集输入所述空间反演。

15、可见，本示例中，同一充电桩内的同类型部件或历史同类事件能够构成天然对照，使故障定位过程无需依赖不同型号充电桩共用的固定阈值，并能利用横向偏离信息进一步收敛候选部件。

16、在一个可能的示例中，所述根据所述同类事件响应核形成同类事件簇，并从所述同类事件簇确定实时参考响应核，包括：根据各同类事件响应核对应的事件强度和运行条件，从所述同类事件响应核中筛选有效同类事件响应核集合；根据部件类型和事件类型对所述有效同类事件响应核集合进行归并，得到所述同类事件簇；对所述同类事件簇进行相对事件时刻对齐，并按照观测位置和物理场类型对对齐后的响应进行中位聚合，得到所述实时参考响应核。

17、可见，本示例中，先按照事件强度和运行条件筛选可比事件，再进行时间对齐和中位聚合，可以减少单次事件噪声、偶发扰动及个别异常部件对实时参考响应核的污染。

18、在一个可能的示例中，在输出所述故障部件、所述定位位置和所述证据链之后，所述方法还包括：获取基线更新信息；所述基线更新信息包括跨物理场响应顺序的核验结果、禁止响应信息、诊断结果、事件后故障码状态和充电结束状态；根据所述基线更新信息确定基线更新核验结果；当所述基线更新核验结果表征跨物理场响应顺序正常、未出现禁止响应、诊断结果未指示故障、事件后未产生故障码且充电正常结束时，将所述事件响应核及对应运行条件加入健康基线；否则，禁止所述事件响应核加入所述健康基线；根据更新后的健康基线确定后续自然充电事件的响应比较参考。

19、可见，本示例中，只有经过因果、诊断及充电结果多重核验的事件响应核才能进入健康基线，从而能够防止缓慢退化数据或尚未触发故障码的异常数据持续污染健康基线。

20、第二方面，本技术实施例提供了一种充电桩无痕故障定位系统，包括与充电桩外部传感器连接的通信接口以及由处理器实现的如下模块：信息获取模块，用于通过所述通信接口获取部件映射信息和事件观测信息；所述部件映射信息包括部件拓扑和空间响应字典，所述事件观测信息包括至少两类同步外部物理场信号以及自然充电事件的事件类型、发生时刻、事件强度和运行条件；响应核生成模块，用于根据所述发生时刻和所述运行条件确定目标事件窗口及参考窗口，对两个窗口的外部物理场信号进行背景消除和事件强度归一化，得到事件响应核；因果验证模块，用于根据所述事件响应核、所述事件类型和所述部件映射信息验证事件允许响应关系和跨物理场响应顺序，得到候选部件证据集；空间定位模块，用于根据所述候选部件证据集和所述空间响应字典执行受所述事件允许响应关系约束的空间反演，得到故障定位结果；诊断输出模块，用于根据所述故障定位结果输出故障部件、定位位置和证据链。

21、可以看出，本实施例中的各功能模块按照信息获取、响应核生成、因果验证、空间定位及诊断输出的顺序协同工作，使自然充电过程中的外部多物理场响应能够被转换为具有物理因果关系的部件级诊断结果。

22、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行本技术实施例第一方面中的步骤的指令。

23、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机存储介质，存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如本实施例第一方面中所描述的部分或全部步骤。

24、可以看出，本技术实施例中，相对于现有连续采集不同模态信号并分别进行故障分类的检测方法，本技术的故障定位设备首先获取部件映射信息和事件观测信息；其次，按照发生时刻和运行条件确定目标事件窗口与参考窗口，经背景消除和事件强度归一化形成事件响应核；然后，结合事件类型和部件映射信息验证事件允许响应关系及跨物理场响应顺序，形成候选部件证据集；再次，对候选部件证据集执行受允许响应关系约束的空间反演，形成故障定位结果；最后，输出故障部件、定位位置和证据链。由于正常充电事件构成多物理场响应的公共激励，且参考窗口和事件强度分别消除了背景干扰及工况幅度差异，使不同物理场的异常响应能够按照物理传播顺序相互印证，从而将整机异常收敛至具体内部部件，有利于在不干预正常充电的条件下提高故障定位的准确性和可复核性。