一種用于電動(dòng)汽車充電樁的直流電能表

電動(dòng)汽車相比較以汽油為動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車，在環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源等方面顯示著的優(yōu)勢(shì)，作為國(guó)家新能源戰(zhàn)略的重要組成部分，正在飛速發(fā)展中。根據(jù)電動(dòng)汽車使用的車載電池的特性，大中型電動(dòng)汽車一般采用直流方式充電。在電動(dòng)汽車進(jìn)行充電時(shí),充電電壓為400~800V,充電電流為0~500A。電能計(jì)量裝置作為電能使用者和供應(yīng)者之間貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，起著巨大的作用。對(duì)于電動(dòng)汽車充電時(shí)所消耗電能的計(jì)量,如采用交流側(cè)使用交流電能表計(jì)量電能,會(huì)將整流時(shí)的電能損耗算在了用戶側(cè)，增加用戶充電電量,不利于電動(dòng)汽車個(gè)人用戶的普及。研發(fā)能夠直接用于直流充電樁電能計(jì)量的直流電能表，對(duì)電動(dòng)汽車的推廣普及及用戶充電電費(fèi)的核算，都有著重要的意義。

目前，一些直流電能表生產(chǎn)廠家根據(jù)電動(dòng)汽車充電的特點(diǎn)研制出了用于直流充電樁電能計(jì)量的直流電能表。由于電動(dòng)汽車在快速充電時(shí)充電電流較大，充電電流可達(dá)500 A,傳統(tǒng)直流電能表在這類規(guī)格設(shè)計(jì)時(shí)基本都采用外附分流器來(lái)實(shí)現(xiàn)電流采樣的目的。這種電流采樣方式不利于整表的計(jì)量準(zhǔn)確度檢定，同時(shí)分流器成本高、體積大，大電流充電時(shí)發(fā)熱損耗也較大。本文研制了一種基于電子式電流互感器的直流電能表,將電流傳感器模塊與整表集成在一起,降低了直流電能表的成本及損耗，提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1-直流電能表的主要功能特點(diǎn)、性能參數(shù)

直流電能表主要由電源單元、采樣單元、電能計(jì)量單元、中央處理單元、顯示單元、輸出單元、通信單元等部分組成。通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)電壓、電流的實(shí)時(shí)采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)所消耗的電能量的計(jì)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示功能。

1.1直流電能表的工作原理

直流電能表的一次電流經(jīng)過(guò)電子式電流互感器采樣后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由計(jì)量芯片采樣;電壓線路直接計(jì)入到表內(nèi)，經(jīng)過(guò)分壓后由計(jì)量芯片采樣。計(jì)量芯片對(duì)采樣的電流和電壓信號(hào)進(jìn)行處理后得到對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)，供單片機(jī)做數(shù)據(jù)分析。直流電能表原理圖如圖1所示。

1.2直流電能表的技術(shù)參數(shù)

型號(hào):DJZ666

測(cè)量電壓:0～700V測(cè)量電流:0～~500 A準(zhǔn)確度等級(jí):0.5級(jí)

2-直流電能表硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1電壓、電流采樣電路

計(jì)量芯片采用鉅泉公司的HT7017,根據(jù)輸入電壓及采樣信號(hào)期望值的關(guān)系,結(jié)合分壓電阻的耐壓特性，電壓采樣回路采用精度為1%，溫度系數(shù)為50 PPMC,1206封裝的電阻，分壓電阻數(shù)量12個(gè)。電阻阻值依據(jù)電壓規(guī)格和采樣信號(hào)期望值計(jì)算后平均分配。

電流傳感器模塊需由直流電能表電源模塊供電,電流量程范圍內(nèi)功率消耗約1W,電流測(cè)量信號(hào)不宜超過(guò)計(jì)量芯片HT7017滿量程的70%,即輸入計(jì)量芯片的電流采樣有效值不超過(guò)±400 mV。

2.2電能計(jì)量單元

計(jì)量單元功能框圖如圖2所示。

電壓、電流采樣信號(hào)輸入到計(jì)量芯片內(nèi)部經(jīng)AD轉(zhuǎn)換、濾波、乘法器終獲得電壓、電流、功率等電參量信息。

2.3數(shù)據(jù)處理單元

數(shù)據(jù)處理單元主要完成對(duì)計(jì)量單元數(shù)據(jù)采集生成各種電量參數(shù)用于電能累計(jì)、需量計(jì)算及負(fù)荷記錄等,完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及通訊，通過(guò)LCD實(shí)時(shí)刷新顯示內(nèi)容等。

3-直流電能表軟件設(shè)計(jì)

電能表軟件主要實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交互。當(dāng)處理器采集到計(jì)量芯片發(fā)出的電脈沖后，將其累計(jì)并轉(zhuǎn)換成電能,并在指定的凍結(jié)、轉(zhuǎn)存等規(guī)則下,將數(shù)據(jù)處理成可以用于交互和結(jié)算的電量數(shù)據(jù)，如結(jié)算日數(shù)據(jù)、凍結(jié)數(shù)據(jù)、負(fù)荷記錄數(shù)據(jù)等。直流電能表軟件邏輯控制圖如圖3所示。

4-綜合性能分析比較

通過(guò)用同一塊直流電能表改變其電流采樣傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出:用于0.5級(jí)及以下直流電能表的計(jì)量時(shí),兩種元器件的誤差數(shù)據(jù)均能滿足檢定規(guī)程要求。但是，采用電子式電流互感器的直流電能表與傳統(tǒng)的直流電能表相比:計(jì)量精確度高、量程寬、功耗低、體積小，并且采用電子式電流互感器的直流電能表,其電流采樣電路可以集成在表內(nèi)，這樣不僅使表計(jì)便于安裝，降低了其故障的概率,還方便了表計(jì)的檢定工作。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，采用隧道磁阻技術(shù)開(kāi)發(fā)的用于直流大電流計(jì)量的電子式電流互感器與0.1級(jí)精度外附分流器在精度相當(dāng)?shù)那闆r下，一個(gè)分流器的成本為400元左右，而電子式電流互感器的成本僅為40元。因此，采用電子式電流互感器在成本方面也有較大的優(yōu)勢(shì)。