充电柜前置微功率无损预检系统及方法与流程

本发明属于充电柜安全检测的，尤其是涉及一种充电柜前置微功率无损预检系统及方法。

背景技术：

1、目前，集中式充电柜广泛应用于电动车电池、充电器及其他交流用电设备的集中充电管理场景，充电柜通常需要兼容不同品牌、不同型号和不同功率等级的充电器，且充电设备的输入特性、老化程度、绝缘状态和负载类型存在差异，充电过程对用电安全、设备兼容性和异常追溯具有较高要求。

2、现有的，充电柜通常在待充电设备接入后直接控制主供电回路向待充电设备输出市电，再在充电过程中基于电压、电流或温度等运行数据进行异常判断和断电保护，使存在短路、绝缘异常、老化劣化或违规负载特征的设备在主供电接入时产生通电初始风险，导致安全保护过程偏向事后响应。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种充电柜前置微功率无损预检系统及方法，以解决现有充电柜在主供电接入后才进行安全判断而导致通电初始风险暴露的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面，提供了一种充电柜前置微功率无损预检系统，包括市电输入端、充电输出端、主供电与安全互锁电路、同步信号发生电路、微功率检测信号注入电路、采样监测电路和主控电路；

4、所述主供电与安全互锁电路包括前级供电继电器jk2、主输出继电器jk1和输出反馈支路，所述前级供电继电器jk2的输入侧连接至所述市电输入端，所述前级供电继电器jk2的预检切换输出侧形成预检供电节点jchl，所述前级供电继电器jk2的主供电切换输出侧经所述主输出继电器jk1连接至所述充电输出端，所述输出反馈支路连接于所述主输出继电器jk1的输出侧并与所述主控电路连接；

5、所述同步信号发生电路连接于所述预检供电节点jchl与所述市电输入端的零线侧之间，并与所述微功率检测信号注入电路连接，以生成工频同步检测基准；

6、所述微功率检测信号注入电路的输入侧连接于所述预检供电节点jchl与所述市电输入端的零线侧之间，所述微功率检测信号注入电路的输出侧连接至所述充电输出端，以在所述主输出继电器jk1断开时输出与市电工频同步的低压限流检测信号；

7、所述采样监测电路连接于所述微功率检测信号注入电路的输出侧、所述主输出继电器jk1的输出侧和所述主控电路之间；

8、所述主控电路分别连接所述前级供电继电器jk2、所述主输出继电器jk1、所述输出反馈支路、所述同步信号发生电路、所述微功率检测信号注入电路和所述采样监测电路，用于在所述输出反馈支路反馈无主回路输出电压时控制所述前级供电继电器jk2切换至所述预检供电节点jchl并控制所述微功率检测信号注入电路进行预检，以及根据所述采样监测电路的采样结果控制所述前级供电继电器jk2切换至主供电路径并控制所述主输出继电器jk1导通。

9、通过采用上述技术方案，通过设置主供电与安全互锁电路，并使前级供电继电器jk2在预检供电节点jchl和主供电路径之间切换市电输入路径，使主输出继电器jk1控制主供电路径至充电输出端之间的通断，能够在待检测设备接入主供电前建立独立的预检供电条件，并在预检通过后建立主供电路径，从而避免待检测设备在未检测状态下直接承受主供电电压；通过将输出反馈支路连接于主输出继电器jk1的输出侧并与主控电路连接，能够反馈主输出继电器jk1输出侧的电压状态，从而提高预检启动前的安全互锁可靠性；通过设置同步信号发生电路生成工频同步检测基准，并使微功率检测信号注入电路输出与市电工频同步的低压限流检测信号，能够在主输出继电器jk1断开时对待检测设备进行低能量检测，从而降低通电瞬间冲击和故障扩大风险；通过将采样监测电路连接于微功率检测信号注入电路的输出侧、主供电与安全互锁电路的输出侧和主控电路之间，能够获得预检采样结果和充电监测反馈，从而为主控电路判断是否允许主输出继电器jk1导通提供依据。

10、优选地，所述主供电与安全互锁电路还包括继电器驱动支路，所述前级供电继电器jk2的线圈通过第一开关管q2和第一光耦j2连接至所述主控电路的第一继电器控制端rly1，所述第一光耦j2的第一输入端经第一限流电阻r17连接至控制供电端，所述第一光耦j2的第二输入端连接至所述第一继电器控制端rly1；

11、所述主输出继电器jk1的线圈通过第二开关管q1和第二光耦j1连接至所述主控电路的第二继电器控制端rly2，所述第二光耦j1的第一输入端经第二限流电阻r16连接至所述控制供电端，所述第二光耦j1的第二输入端连接至所述第二继电器控制端rly2；

12、所述第二光耦j1的第一输入端经第一互锁二极管d13连接至所述第一继电器控制端rly1，所述第一光耦j2的第一输入端经第二互锁二极管d14连接至所述第二继电器控制端rly2，所述第一互锁二极管d13配置为在所述第一继电器控制端rly1处于触发低电位时，将所述第二光耦j1的第一输入端钳位至低电位，以抑制所述第二光耦j1导通，所述第二互锁二极管d14配置为在所述第二继电器控制端rly2处于触发低电位时，将所述第一光耦j2的第一输入端钳位至低电位，以抑制所述第一光耦j2导通；

13、所述输出反馈支路包括反馈光耦ic2，所述反馈光耦ic2的输入侧连接于所述主输出继电器jk1的输出侧与零线输出节点out-n1之间，所述反馈光耦ic2的输出侧连接至所述主控电路的输出反馈端out1+，以用于反馈所述主输出继电器jk1输出侧的电压状态。

14、通过采用上述技术方案，通过使前级供电继电器jk2的线圈经第一开关管q2和第一光耦j2连接至第一继电器控制端rly1，并使主输出继电器jk1的线圈经第二开关管q1和第二光耦j1连接至第二继电器控制端rly2，能够实现前级供电继电器jk2和主输出继电器jk1的隔离驱动控制，从而提高继电器动作控制的稳定性和安全性；通过反馈光耦ic2反馈主输出继电器jk1输出侧的电压状态，能够使主控电路判断主输出侧是否仍存在输出电压，从而避免低压限流检测信号与主供电电压同时接入充电输出端；通过第一互锁二极管d13将第一继电器控制端rly1与第二光耦j1的第一输入端连接，能够在第一继电器控制端rly1处于触发低电位时将第二光耦j1的第一输入端锁定为低电位，从而使主输出继电器jk1在第二继电器控制端rly2意外处于触发低电位时仍保持不动作；通过第二互锁二极管d14将第二继电器控制端rly2与第一光耦j2的第一输入端连接，能够在第二继电器控制端rly2处于触发低电位时抑制前级供电继电器jk2的驱动，从而使前级供电继电器jk2在第一继电器控制端rly1意外处于触发低电位时仍保持不切换至预检供电节点jchl。

15、优选地，所述同步信号发生电路包括双向过零检测单元和锁相环单元，所述双向过零检测单元包括整流桥b1和光耦u8，所述整流桥b1的交流输入侧分别连接至所述预检供电节点jchl和所述市电输入端的零线侧，所述整流桥b1的直流输出侧经限流支路连接至所述光耦u8的输入侧；

16、所述光耦u8的输出侧形成过零信号输出节点，所述过零信号输出节点分别连接至所述主控电路的过零检测端ic1_27和所述锁相环单元的信号输入端；

17、所述锁相环单元包括锁相环芯片u1，所述锁相环芯片u1的输出端形成同步驱动信号端u1_out，所述同步驱动信号端u1_out连接至所述微功率检测信号注入电路，以用于输出所述工频同步检测基准。

18、通过采用上述技术方案，通过双向过零检测单元中的整流桥b1和光耦u8对预检供电节点jchl与市电输入端零线侧之间的工频信号进行检测，能够形成隔离后的过零信号，从而为后续同步控制提供安全可靠的市电相位基准；通过将过零信号输出节点分别连接至主控电路和锁相环单元，并由锁相环芯片u1输出工频同步检测基准，能够提高检测信号与市电工频之间的同步性，从而使预检过程更接近实际交流输入状态。

19、优选地，所述微功率检测信号注入电路包括过零光耦可控硅驱动器u5、隔离变压器t1、电感l3、二极管d12和限流电阻r55；

20、所述过零光耦可控硅驱动器u5的输入侧分别连接至同步驱动信号端u1_out和所述主控电路的预检使能端u5_2，所述过零光耦可控硅驱动器u5的输出侧连接于所述预检供电节点jchl与所述隔离变压器t1的一次侧之间，所述隔离变压器t1的一次侧另一端连接至所述市电输入端的零线侧；

21、所述隔离变压器t1的二次侧第一端形成检测火线中间节点cy-l3，所述检测火线中间节点cy-l3经所述电感l3和所述二极管d12连接至所述充电输出端的火线侧，所述隔离变压器t1的二次侧第二端形成检测零线中间节点cy-n3，所述检测零线中间节点cy-n3经所述限流电阻r55连接至所述充电输出端的零线侧。

22、通过采用上述技术方案，通过使过零光耦可控硅驱动器u5的输入侧分别连接同步驱动信号端u1_out和预检使能端u5_2，能够在主控电路允许预检时按照工频同步检测基准控制检测信号输出，从而提高检测信号注入的可控性；通过使隔离变压器t1的一次侧接收受控检测信号、二次侧经电感l3、二极管d12和限流电阻r55连接至充电输出端，能够形成隔离、限流的检测信号输出路径，从而在主供电未接入时实现低能量无损预检。

23、优选地，所述采样监测电路包括预检采样芯片u4、充电监测芯片u2和隔离传输支路；

24、所述预检采样芯片u4的第一电流采样输入对iap和ian分别连接至检测采样节点cy-l2和检测采样节点cy-n2，第二电流采样输入对ibp和ibn分别连接至检测火线中间节点cy-l3和检测零线中间节点cy-n3，所述预检采样芯片u4的电压采样输入端连接至电压采样节点vp2，以用于采集预检状态下的电压响应信号和电流响应信号；

25、所述充电监测芯片u2的电流采样输入端连接至主供电采样节点cy-l1和主供电采样节点cy-n1，所述充电监测芯片u2的电压采样输入端连接至主供电电压采样节点vp1，以用于采集主供电状态下的充电监测信号；

26、所述预检采样芯片u4和所述充电监测芯片u2分别经所述隔离传输支路连接至所述主控电路。

27、通过采用上述技术方案，通过预检采样芯片u4连接检测采样节点、电压采样节点以及检测火线和检测零线中间节点，能够采集预检状态下待检测设备的电压响应信号和电流响应信号，从而为通电前风险判断提供电气响应依据；通过充电监测芯片u2连接主供电采样节点和主供电电压采样节点，能够在主供电导通后采集充电监测信号，从而实现预检阶段和正常充电阶段的衔接监测；通过使预检采样芯片u4和充电监测芯片u2分别经隔离传输支路连接至主控电路，能够提高采样数据传输的电气隔离性，从而降低强弱电干扰对判断结果的影响。

28、优选地，所述主控电路包括主控芯片ic1、继电器控制接口、同步检测接口、预检驱动接口、采样通信接口和输出反馈接口；

29、所述主控芯片ic1通过所述继电器控制接口分别连接至所述前级供电继电器jk2和所述主输出继电器jk1，通过所述同步检测接口连接至所述同步信号发生电路，通过所述预检驱动接口连接至所述微功率检测信号注入电路，通过所述采样通信接口连接至所述采样监测电路，并通过所述输出反馈接口连接至所述输出反馈支路；

30、所述主控芯片ic1用于在预检阶段控制第一继电器控制端rly1处于触发低电位，使前级供电继电器jk2切换至预检供电节点jchl，并通过第一互锁二极管d13抑制主输出继电器jk1的驱动；在预检采样结果满足预设通电条件时，先使第一继电器控制端rly1恢复非触发状态，以使前级供电继电器jk2切换至主供电路径，再控制第二继电器控制端rly2处于触发低电位以驱动主输出继电器jk1导通，并通过第二互锁二极管d14抑制前级供电继电器jk2的预检切换驱动。

31、通过采用上述技术方案，通过主控芯片ic1经继电器控制接口连接前级供电继电器jk2和主输出继电器jk1，能够分别控制预检供电节点jchl的建立和主供电路径的导通，从而实现预检供电与主供电授权的分阶段控制；通过主控芯片ic1经同步检测接口、预检驱动接口、采样通信接口和输出反馈接口分别连接同步信号发生电路、微功率检测信号注入电路、采样监测电路和输出反馈支路，能够统一协调同步检测、信号注入、采样反馈和输出确认过程，从而形成通电前微功率预检至主供电授权的闭环控制；通过先解除第一继电器控制端rly1的触发状态，再触发第二继电器控制端rly2，能够在硬件互锁解除后切换至主供电路径，从而避免预检供电路径与主供电路径在切换过程中发生重叠导通。

32、本发明第二方面，提供了一种充电柜前置微功率无损预检方法，所述方法包括：

33、获取充电柜的充电触发信息，根据所述充电触发信息启动通电前预检，并控制主供电未接入待检测设备，得到预检启动状态；

34、在所述预检启动状态下获取市电同步信息，根据所述市电同步信息生成同步检测基准，并基于所述同步检测基准生成低压限流工频检测信号；

35、将所述低压限流工频检测信号作用于所述待检测设备，采集所述待检测设备的电气响应数据，并对所述电气响应数据进行处理，得到检测采样数据；

36、根据所述检测采样数据进行电气特征解算和拓扑类型识别，得到预检判定数据；

37、根据所述预检判定数据生成通电前预检结果，并根据所述通电前预检结果确定所述待检测设备的通电授权状态。

38、通过采用上述技术方案，通过获取充电触发信息并启动通电前预检，能够在待检测设备正式接入主供电前进入检测流程，从而降低未检测设备直接通电带来的安全风险；通过根据市电同步信息生成同步检测基准并生成低压限流工频检测信号，能够使检测信号具有与市电工频对应的同步特性和受限能量，从而提高预检的安全性和有效性；通过将低压限流工频检测信号作用于待检测设备并采集电气响应数据，能够获得待检测设备在低能量检测状态下的输入侧响应，从而为后续电气特征分析提供基础；通过根据检测采样数据进行电气特征解算和拓扑类型识别，能够得到适用于预检判断的预检判定数据，从而提高不同类型待检测设备的判断适配性；通过根据预检判定数据生成通电前预检结果并确定通电授权状态，能够在主供电接入前完成风险判定，从而提高充电柜通电控制的安全性。

39、优选地，所述获取充电柜的充电触发信息，根据所述充电触发信息启动通电前预检，并控制主供电未接入待检测设备，得到预检启动状态，包括：

40、获取仓门关闭信息、待检测设备接入信息和充电请求信息中的至少一种，得到所述充电触发信息；

41、根据所述充电触发信息生成通电前预检指令，并根据所述通电前预检指令控制主供电未接入所述待检测设备；

42、获取主供电输出状态，并对所述主供电输出状态进行安全确认，得到所述预检启动状态。

43、通过采用上述技术方案，通过获取仓门关闭信息、待检测设备接入信息和充电请求信息中的至少一种，能够准确识别充电柜进入待检测状态的触发条件，从而避免误启动或漏启动通电前预检；通过根据充电触发信息生成通电前预检指令并控制主供电未接入待检测设备，能够保证预检过程先于主供电输出执行，从而降低通电初始风险；通过获取主供电输出状态并进行安全确认，能够确认预检启动前的输出状态是否满足安全条件，从而提高后续检测信号注入的安全可靠性。

44、优选地，所述在所述预检启动状态下获取市电同步信息，根据所述市电同步信息生成同步检测基准，并基于所述同步检测基准生成低压限流工频检测信号，包括：

45、在所述预检启动状态满足预设安全条件的情况下，采集市电工频变化信息，得到所述市电同步信息；

46、根据所述市电同步信息进行同步基准生成处理，得到与市电工频对应的所述同步检测基准；

47、基于所述同步检测基准对检测信号进行同步控制和能量限制处理，得到所述低压限流工频检测信号。

48、通过采用上述技术方案，通过在预检启动状态满足预设安全条件时采集市电工频变化信息，能够获得用于表征市电同步关系的市电同步信息，从而为检测信号的同步生成提供依据；通过根据市电同步信息生成与市电工频对应的同步检测基准，能够使后续检测信号与市电工频保持对应关系，从而提高检测环境与实际交流供电状态的一致性；通过基于同步检测基准对检测信号进行同步控制和能量限制处理，能够得到低压限流工频检测信号，从而在不直接施加主供电电压的情况下完成安全预检。

49、优选地，所述根据所述检测采样数据进行电气特征解算和拓扑类型识别，得到预检判定数据，包括：

50、从所述检测采样数据中提取电压响应数据、电流响应数据和漏电流响应数据；

51、基于所述电压响应数据、所述电流响应数据和所述漏电流响应数据进行电气特征解算，得到预检电气特征，所述预检电气特征包括等效输入阻抗、漏电流特征、绝缘阻抗特征、空载损耗特征、功率因数特征、相位角特征、谐波畸变特征和启动冲击特征中的至少多种；

52、根据所述预检电气特征识别所述待检测设备的输入拓扑类型，并调用与所述输入拓扑类型对应的预检判定条件；

53、根据所述预检电气特征与所述预检判定条件的匹配结果，得到所述预检判定数据。

54、通过采用上述技术方案，通过从检测采样数据中提取电压响应数据、电流响应数据和漏电流响应数据，能够获得反映待检测设备输入侧状态的基础响应数据，从而为多维电气特征解算提供数据来源；通过基于电压响应数据、电流响应数据和漏电流响应数据解算等效输入阻抗、漏电流特征、绝缘阻抗特征、空载损耗特征、功率因数特征、相位角特征、谐波畸变特征和启动冲击特征中的多种，能够从多个维度表征待检测设备的异常风险，从而提高通电前预检结果的准确性；通过根据预检电气特征识别待检测设备的输入拓扑类型并调用对应的预检判定条件，能够适配不同类型待检测设备的输入特性，从而降低误判风险；通过根据预检电气特征与预检判定条件的匹配结果得到预检判定数据，能够形成可用于通电授权判断的风险依据，从而提高充电柜通电控制的可靠性。