一种直流充电桩用绝缘监测设备的制作方法

1.本发明属于新能源汽车领域，涉及电动汽车充电桩的绝缘监测技术，具体是一种直流充电桩用绝缘监测设备。


背景技术：

2.随着电动汽车的大规模普及，电动汽车充电桩，尤其是大功率的直流充电桩已经被广泛设置和应用。为了保证电动汽车的充电安全以及人员安全，在电动汽车充电过程中对人员触电防护也提出了更高的要求。
3.在对充电桩进行绝缘监测时，普遍做法是通过现有或者设计的绝缘电阻测量设备来测量充电桩的绝缘电阻，将绝缘电阻与对应的电阻阈值进行比较实现绝缘检测。该方法检测出绝缘异常时，此时极有可能发生充电安全或者人员安全事故；该方法未检测出绝缘异常时，也无法进一步预测短时间内绝缘电阻的变化情况；现有方法难以预测直流充电桩的绝缘状态，无法提前进行绝缘异常预警；因此，亟须一种直流充电桩用绝缘监测设备。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种直流充电桩用绝缘监测设备，用于解决现有技术在直流充电桩绝缘监测过程中，监测预警不及时以及精度低，无法保证充电安全或者人员安全的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种直流充电桩用绝缘监测设备，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和绝缘预警模块；
6.中枢控制模块通过与数据采集模块相连接的绝缘监测设备检测直流充电桩的实时绝缘电阻；以及通过数据采集模块相连接的数据传感器或者气象平台采集直流充电桩对应的环境数据；其中，数据传感器包括温度传感器或湿度传感器；
7.中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；其中，特征数据包括材料特征和位置特征；
8.中枢控制模块将预测绝缘电阻与绝缘电阻阈值比较生成绝缘预警信号，绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警；其中，绝缘预警设备包括显示屏或者智能终端。
9.优选的，所述中枢控制模块分别与数据采集模块和绝缘预警模块通信和/或电气连接；所述绝缘预警模块与绝缘预警设备通信和/或电气连接；
10.所述数据采集模块分别与绝缘监测设备、数据传感器和气象平台通信和/或电气连接；其中，绝缘监测设备和数据传感器均设置于直流充电桩内部或者表面。
11.优选的，所述中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，包括：
12.提取特征数据和环境数据；其中，环境数据为实时数据或者预测数据；
13.将特征数据中的材料特征和位置特征数字化，与环境数据拼接整合成电阻偏移序列；其中，位置特征包括经纬度。
14.优选的，所述结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据，包括：
15.提取直流充电桩对应的电阻偏移序列，以及调用电阻偏移模型；其中，电阻偏移模型基于人工智能模型和实验数据构建；
16.将电阻偏移序列输入至电阻偏移模型，获取对应的电阻偏移数据。
17.优选的，所述电阻偏移模型基于人工智能模型和实验数据构建，包括：
18.获取实验数据；其中，实验数据包括实验输入数据和实验输出数据，实验输入数据为特征数据和环境数据的组合，实验输出数据为实测的电阻偏移数据；
19.通过实验输入数据和实验输出数据训练人工智能模型，完成后标记为电阻偏移模型；其中，人工智能模型基于bp神经网络模型或rbf神经网络模型构建。
20.优选的，当所述电阻偏移序列中不包括预测数据时，则通过电阻偏移模型获取的电阻偏移数据为当前环境条件下的电阻偏移数据；以及
21.将当前环境条件下的电阻偏移数据与标准环境条件下的标准绝缘电阻结合，验证实时绝缘电阻是否合理；是，则不进行预警；否则，进行预警。
22.优选的，所述联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻，包括：
23.获取电阻偏移数据；其中，电阻偏移数据对应的电阻偏移序列包括实时数据和预测数据，预测数据通过气象平台获取；
24.将实时绝缘电阻与电阻偏移数据之和标记为预测绝缘电阻。
25.优选的，所述绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警，包括：
26.当预测绝缘电阻小于绝缘电阻阈值时，判定直流充电桩绝缘状态正常；否则，判定绝缘状态异常，生成绝缘预警信号；
27.将绝缘预警信号以及对应的绝缘状态异常时刻通过绝缘预警设备进行预警；其中，绝缘预警设备中的显示屏安装在直流充电桩上，智能终端与维护人员关联。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1.本发明整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；本发明能够结合绝缘电阻的影响因素预测未来绝缘电阻的变化，提前预警以避免在直流充电桩使用过程中发生绝缘异常。
30.2.本发明在构建电阻偏移模型时，可以基于标准环境条件来构建实验数据，也可以基于上一次实时绝缘电阻检测时对应的环境条件来构建实验数据，进而完成电阻偏移模型的构建；本发明的电阻偏移模型适用范围广，且能够降低非线性误差对预测绝缘电阻的影响。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的设备原理示意图；
33.图2为本发明的工作步骤示意图。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.请参阅图1，本发明第一方面实施例提供了一种直流充电桩用绝缘监测设备，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和绝缘预警模块；中枢控制模块通过与数据采集模块相连接的绝缘监测设备检测直流充电桩的实时绝缘电阻；以及通过数据采集模块相连接的数据传感器或者气象平台采集直流充电桩对应的环境数据；中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；中枢控制模块将预测绝缘电阻与绝缘电阻阈值比较生成绝缘预警信号，绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警。
36.本发明提供的直流充电桩用绝缘监测设备主要由中枢控制模块、数据采集模块、绝缘预警模块以及与这几个模块相连接的数据传感器或者相关设备组成。中枢控制模块主要负责数据处理，与数据采集模块和绝缘预警模块进行数据交互；中枢控制模块可以云端布置，同时对多个直流充电桩进行绝缘监测，当然也可以直接安装在直流充电桩中来对其进行绝缘监测。数据采集模块主要通过气象平台、数据传感器以及绝缘监测设备进行数据采集，然后对采集的数据检查之后转发至中枢控制模块。绝缘预警模块则根据中枢控制模块的数据处理结果进行预警，具体是通过显示屏对用户预警，以及通过智能终端对维保人员进行预警。
37.本发明中的中枢控制模块分别与数据采集模块和绝缘预警模块通信和/或电气连接；绝缘预警模块与绝缘预警设备通信和/或电气连接；数据采集模块分别与绝缘监测设备、数据传感器和气象平台通信和/或电气连接。
38.绝缘监测设备和数据传感器均设置于直流充电桩内部或者表面，确切地说是设置在需要进行绝缘监测的部位。绝缘监测设备主要用于监测获取目标部位的绝缘电阻，可以是现有的绝缘电阻检测仪，当然也可以为相关行业人员自行设计的绝缘电阻检测仪器。数据传感器则用于检测直流充电桩对应的环境数据，环境数据主要是指会影响绝缘电阻的数据，如温度或者湿度。
39.绝缘预警设备根据绝缘预警模块的控制完成预警。具体地，当前的绝缘电阻或者预测绝缘电阻异常时，通过直流充电桩上安装的是显示屏显示预警信息(预测绝缘电阻异常时同时会显示异常发生的时刻)，实现对直流充电桩使用人员的预警；同时，通过智能终端将绝缘预警信号以及相关预警信息发送至维保人员，以便维保人员能够尽快解决。
40.在一个优选的实施例中，中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，包括：提取特征数据和环境数据；将特征数据中的材料特
征和位置特征数字化，与环境数据拼接整合成电阻偏移序列。
41.特征数据主要包括直流充电桩绝缘监测部位的材料特征和位置特征。材料特征可以是材料名称或者材料编号；位置特征用于表示直流充电桩的安装位置，主要包括经纬度。而环境数据有实时数据和预测数据之分；基于实时数据获取的电阻偏移数据主要用于验证实时绝缘电阻的准确性，进而判断相关设备是否异常；基于预测数据获取的电阻偏移数据则用于获取预测偏移电阻。
42.上述的材料特征和位置特征的数字化实际是按照规则用数字来表示；如材料特征用1、2、3、
……
来表示不同的材料，直接将位置特征中的经纬度转换为数字。将上述数字化表示的材料特征和位置特征与环境数据拼接起来，生成电阻偏移序列，其中环境数据也用数字表示。
43.在一个优选的实施例中，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据，包括：提取直流充电桩对应的电阻偏移序列，以及调用电阻偏移模型；将电阻偏移序列输入至电阻偏移模型，获取对应的电阻偏移数据。
44.将电阻偏移序列输入至对应训练的电阻偏移模型中，获取的输出值即为对应的电阻偏移数据，也就是具体的电阻偏移值。电阻偏移数据的偏移基准为标准环境条件或者上一次实时偏移电阻获取时对应的环境条件，且电阻偏移数据在合理范围内可正可负。
45.在一个优选的实施例中，电阻偏移模型基于人工智能模型和实验数据构建，包括：获取实验数据；通过实验输入数据和实验输出数据训练人工智能模型，完成后标记为电阻偏移模型；其中，人工智能模型基于bp神经网络模型或rbf神经网络模型构建。
46.本实施例中的实验数据包括实验输入数据和实验输出数据，实验输入数据为特征数据和环境数据的组合，实验输出数据为实测的电阻偏移数据。实验输入数据是不同特征数据或者环境数据组合生成的数据序列，实验输出数据为实验输入数据对应的电阻偏移数据。
47.简单来说，电阻偏移模型就是通过实验数据来训练人工智能模型，人工智能模型训练完成之后则可以获取电阻偏移模型。其关键在于如何组合特征数据和环境数据，也影响着后续不同环境条件、不同需求的电阻偏移数据的获取。
48.在一个可选的实施例中，实验数据中的实验输入数据包括材料特征、位置特征以及实时数据与标准环境条件的差值，而实验输出数据则是电阻偏移数据相对于标准环境条件下的偏移量。通过本实施例实验输入数据和实验输出数据训练获取的电阻偏移模型仅适用于一个环境数据情况下。需要说明的是，标准环境条件在合理范围内选定，当然可以将最佳工作环境作为标准环境条件。
49.当电阻偏移序列中不包括预测数据时，则通过电阻偏移模型获取的电阻偏移数据为当前环境条件下的电阻偏移数据；以及将当前环境条件下的电阻偏移数据与标准环境条件下的标准绝缘电阻结合，验证实时绝缘电阻是否合理；是，则不进行预警；否则，进行预警。
50.在另外一个可选的实施例中，实验数据中的实验输入数据包括材料特征、位置特征以及预测数据与实时数据之间的差值，而实验输出数据则是电阻偏移数据相对于实验数据对应环境条件下的偏移量。本实施例的电阻偏移模型可以将上一次获取实时绝缘电阻时对应的环境条件作为标准环境条件，避免标准环境条件不变带来的非线性预测误差，拓宽
电阻偏移模型的适用范围以及提高精度。需要说明的是，这里的非线性预测误差是指电阻偏移数据与实时环境条件和标准环境条件差值的对应关系非线性带来的预测误差，一般出现在实时环境条件与标准环境条件差别较大时。
51.联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻，包括：获取电阻偏移数据；预测数据通过气象平台获取；将实时绝缘电阻与电阻偏移数据之和标记为预测绝缘电阻。需要说明的是，这里的电阻偏移数据对应的电阻偏移序列包括实时数据和预测数据(实际是二者的差值)。
52.接下来，绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警，包括：当预测绝缘电阻小于绝缘电阻阈值时，判定直流充电桩绝缘状态正常；否则，判定绝缘状态异常，生成绝缘预警信号；将绝缘预警信号以及对应的绝缘状态异常时刻通过绝缘预警设备进行预警。
53.请参阅图2，本发明第二方面实施例提供了一种直流充电桩用绝缘监测方法，包括：检测直流充电桩的实时绝缘电阻；以及通过数据传感器或者气象平台采集直流充电桩对应的环境数据；整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；其中，特征数据包括材料特征和位置特征；将预测绝缘电阻与绝缘电阻阈值比较生成绝缘预警信号，根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警。
54.本发明的工作原理：
55.检测直流充电桩的实时绝缘电阻；以及通过数据传感器或者气象平台采集直流充电桩对应的环境数据；其中，数据传感器包括温度传感器或湿度传感器。
56.整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；其中，特征数据包括材料特征和位置特征。
57.将预测绝缘电阻与绝缘电阻阈值比较生成绝缘预警信号，根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警；其中，绝缘预警设备包括显示屏或者智能终端。
58.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

技术特征：
1.一种直流充电桩用绝缘监测设备，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和绝缘预警模块；其特征在于：中枢控制模块通过与数据采集模块相连接的绝缘监测设备检测直流充电桩的实时绝缘电阻；以及通过数据采集模块相连接的数据传感器或者气象平台采集直流充电桩对应的环境数据；其中，数据传感器包括温度传感器或湿度传感器；中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；其中，特征数据包括材料特征和位置特征；中枢控制模块将预测绝缘电阻与绝缘电阻阈值比较生成绝缘预警信号，绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警；其中，绝缘预警设备包括显示屏或者智能终端。2.根据权利要求1所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述中枢控制模块分别与数据采集模块和绝缘预警模块通信和/或电气连接；所述绝缘预警模块与绝缘预警设备通信和/或电气连接；所述数据采集模块分别与绝缘监测设备、数据传感器和气象平台通信和/或电气连接；其中，绝缘监测设备和数据传感器均设置于直流充电桩内部或者表面。3.根据权利要求1所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述中枢控制模块整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，包括：提取特征数据和环境数据；其中，环境数据为实时数据或者预测数据；将特征数据中的材料特征和位置特征数字化，与环境数据拼接整合成电阻偏移序列；其中，位置特征包括经纬度。4.根据权利要求1所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据，包括：提取直流充电桩对应的电阻偏移序列，以及调用电阻偏移模型；其中，电阻偏移模型基于人工智能模型和实验数据构建；将电阻偏移序列输入至电阻偏移模型，获取对应的电阻偏移数据。5.根据权利要求4所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述电阻偏移模型基于人工智能模型和实验数据构建，包括：获取实验数据；其中，实验数据包括实验输入数据和实验输出数据，实验输入数据为特征数据和环境数据的组合，实验输出数据为实测的电阻偏移数据；通过实验输入数据和实验输出数据训练人工智能模型，完成后标记为电阻偏移模型；其中，人工智能模型基于bp神经网络模型或rbf神经网络模型构建。6.根据权利要求5所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，当所述电阻偏移序列中不包括预测数据时，则通过电阻偏移模型获取的电阻偏移数据为当前环境条件下的电阻偏移数据；以及将当前环境条件下的电阻偏移数据与标准环境条件下的标准绝缘电阻结合，验证实时绝缘电阻是否合理；是，则不进行预警；否则，进行预警。7.根据权利要求5所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻，包括：
获取电阻偏移数据；其中，电阻偏移数据对应的电阻偏移序列包括实时数据和预测数据，预测数据通过气象平台获取；将实时绝缘电阻与电阻偏移数据之和标记为预测绝缘电阻。8.根据权利要求6或7所述的一种直流充电桩用绝缘监测设备，其特征在于，所述绝缘预警模块根据绝缘预警信号来控制绝缘预警设备进行预警，包括：当预测绝缘电阻小于绝缘电阻阈值时，判定直流充电桩绝缘状态正常；否则，判定绝缘状态异常，生成绝缘预警信号；将绝缘预警信号以及对应的绝缘状态异常时刻通过绝缘预警设备进行预警；其中，绝缘预警设备中的显示屏安装在直流充电桩上，智能终端与维护人员关联。

技术总结
本发明公开了一种直流充电桩用绝缘监测设备，涉及新能源汽车技术领域，解决了现有技术监测预警不及时以及精度低，无法保证充电安全或者人员安全的技术问题；本发明整合直流充电桩绝缘监测部位的特征数据和环境数据，构建电阻偏移序列，结合电阻偏移模型获取电阻偏移数据；联合实时绝缘电阻和电阻偏移数据确定预测绝缘电阻；本发明能够结合绝缘电阻的影响因素预测未来绝缘电阻的变化，提前预警以避免在直流充电桩使用过程中发生绝缘异常；本发明基于标准环境条件或者基于上一次实时绝缘电阻检测时对应的环境条件来构建实验数据，进而完成电阻偏移模型的构建；本发明的电阻偏移模型适用范围广，且能够降低非线性误差对预测绝缘电阻的影响。电阻的影响。电阻的影响。


技术研发人员：杜吉飞 张栋彬 魏健
受保护的技术使用者：苏州共元自控技术有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/8/9