CN102411089B - 用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法，属于电能计量技术领域。首先对取自用电回路的模拟电压信号与模拟电流信号以固定的速率进行采样与模数转换，得到离散的数字电压信号与数字电流信号。将上述的数字电压信号以秒为单位进行运算，得到电压有效值；将数字电压信号与数字电流信号同样以秒为单位进行相关的运算，得到平均功率值；再用该秒内的平均功率值除以该秒内的电压有效值得到该秒内的电流有效值；将每一秒测量出来的平均功率值进行累加运算就得到了电能量。

Description

用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法

技术领域

本发明涉一种用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法。

背景技术

随着以石油为主的能源资源不断减少与环境保护理念的在全世界范围内的逐步深入，能耗低、能效高、清洁环保的电动汽车正走进人们的生活。由于目前电动汽车大都使用的是大容量的直流电池，而电动汽车的电池在充放电过程中电压与电流往往不是恒定不变的，其中存在了很多的交流成分，甚至是高频谐波成分，所以为直流计量带来了困难。

发明内容

本发明提供了用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法，能克服在电动汽车车载电池充放电过程中，电压与电流不稳定的缺陷，准确计量车载电池充电与放电时的电能量，同时测量电池充电与放电时每一秒的电压有效值、电流有效值与平均功率值。

1、一种用于电动汽车直流电能计量装置的直流计量方法，其特征在于对取自直流用电回路的模拟电压信号u(t)与模拟电流信号i(t) 分别按照相同的固定采样频率F_S用A/D转换器进行模数转换，A/D转换的参考电压范围为-U_REF—+U_REF，得到离散的数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)，将所述数字电压信号以秒为单位进行运算，得到直流电压有效值；将数字电压信号与数字电流信号同样以秒为单位进行相关的运算，得到直流平均功率值；再用该秒内的平均功率值除以该秒内的电压有效值得到该秒内的直流电流有效值；将每一秒测量出来的平均功率值进行累加运算得到直流电能量，其中-U_REF 为A/D转换器的负参考电压，+U_REF 为A/D转换器的正参考电压，n=0,1,2,3,4,……。

本发明由于采用的参考电压范围为-U_REF—+U_REF ，所以当流经电流分流器的电流方向发生变化时，仍然可以测量反向功率与反向电能量。由于本发明采用的是以秒为单位对A/D转换器转换的数字信号u(n)与i(n)进行点积运算，n=0,1,2,3,4,……，计算该秒内的平均功率值，所以当电流与电压幅值发生变化时，仍可以正确测量该秒内的平均功率。因此本发明能对电动汽车的直流电能计量装置各种直流参数进行准确计量。

附图说明

图1是本发明的原理方框图;

图2是图1中的数字运算流程图。

具体实施方式

从图1和图2可以看出本发明用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量方法：包括以下步骤：       

（1）对从用电回路中取得的用于计量直流电能的一对模拟电压信号u(t)与模拟电流信号i(t)（其中u(t)取自电阻分压网络，单位为伏特（V），i(t)取自电流分流器的分压信号，单位为安培（A），t表示时间）,分别按照相同的固定采样频率用N位的A/D转换器进行模数转换，A/D转换的参考电压范围为-U_REF—+U_REF，得到离散的数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)，其中-U_REF 为A/D转换器的负参考电压，+U_REF 为A/D转换器的正参考电压，n=0,1,2,3,4,……。其中采样频率选取固定值F_S，单位为赫兹（Hz）。

（2）将第一步中得到的数字电压信号u(n)以秒为单位进行计算，累加第k秒内数字电压信号u(n)的平方和，得到U(k)：

                                                      

，

式中

用U(k)除以一秒钟内的采样点数F_S，之后进行开方运算，由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，所以最后再乘以增益系数U_GAIN，得到这一秒内的电压有效值U₀(k)：

       

（3）将第一步中得到的数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)以秒为单位进行乘积与累加的运算，得到第k秒内的累加和P(k)：

       

，

然后用P(k)除以一秒内的采样点数F_S，同理需要乘以增益系数P_GAIN,以修正由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，这样就得到这一秒内的平均功率值P₀(k)，其单位为瓦特（W）： 

       ，

如果P₀(k)的值为负数，则表示这一秒内的功率为反向功率。

（4）将上述第2步与第3步得到的第k秒内的电压有效值与平均功率值进行除运算，得到第k秒内的电流有效值I₀(k)，单位为安培（A）：

       

    （5）根据第3步得到的每一秒内的平均功率值，将k秒内每一秒的平均功率值进行累加，就得到了到第k秒时流过的电能量值W₀(k)，单位为焦耳（J）：

           

下面是一个用于电动汽车的直流电能计量装置的直流计量的具体实施方式：

采样频率F_S为4096Hz，采样的参考电压为-0.6V—+0.6V，A/D转换器采用16位的。用如下步骤分别得到直流电能计量装置的各种直流计量参数：

1.首先从直流用电回路中取得的模拟电压信号u(t)与模拟电流信号i(t)，u(t)通过电阻分压网络得到，i(t)则是电流流经分流器时产生的分压信号。以4096Hz的采样速率，用16位的A/D转换器采样u(t)与i(t)信号，采样的参考电压为-0.6V—+0.6V，这样就得到了离散的数字信号u(n)与i(n)。

    2．将上述第1步中得到的数字电压信号进行u(n) 以秒为单位进行计算，具体计算步骤如，从第k秒开始，首先累加第k秒内数字电压信号u(n)的平方和，得到U(k)：

             

，

再用U(k)除以一秒钟内的采样点数4096，之后进行开方运算，由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，所以最后再乘以增益系数U_GAIN，得到这一秒内的电压有效值U₀(k)：

增益系数U_GAIN视不同的分压电阻网络与不同的规格电流分流器会有所不同。

3．将第1步中得到的数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)以秒为单位进行乘积与累加的运算，得到第k秒内的累加和P(k)：

       

，

然后用P(k)除以一秒内的采样点数4096，同理需要乘以增益系数P_GAIN,以修正由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，这样就得到这一秒内的平均功率值P₀(k)：

       ，

如果P₀(k)的值为负数，则表示这一秒内的功率为反向功率。

4．将上述第2步与第3步得到的第k秒内的电压有效值与平均功率值进行除运算，得到第k秒内的电流有效值I₀(k)：

       

，

如P₀(k)=50kW，U₀(k)=500V，则第k秒的电流有效值

。

5．根据第3步得到的每一秒内的平均功率值，将k秒内每一秒的平均功率值进行累加，就得到了到第k秒时流过的电能量值W₀(k)：

           ，

如从第0秒到第10秒的平均功率为50.1kW、50.2kW、50.3kW、49.8kW、49.9kW、49.2kW、49.7kW、-50.3kW、50.5kW、50.2kW、50.0kW,则到第10秒时，累计的电能量

    本发明获得直流电能量不受电流方向的影响，并且当直流电压与直流电流幅度发生变化时，仍可以较准确的进行计量与测量。

Claims (2)

1.一种用于电动汽车直流电能计量装置的直流计量方法，其特征在于对取自直流用电回路的模拟电压信号u(t)与模拟电流信号i(t)分别按照相同的固定采样频率F_S用A/D转换器进行模数转换，A/D转换的参考电压范围为-U_REF—+U_REF，得到离散的数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)，将所述数字电压信号以秒为单位进行运算，得到直流电压有效值；将数字电压信号与数字电流信号同样以秒为单位进行相关的运算，得到直流平均功率值；再用该秒内的平均功率值除以该秒内的电压有效值得到该秒内的直流电流有效值；将每一秒测量出来的平均功率值进行累加运算得到直流电能量，其中-U_REF为A/D转换器的负参考电压，+U_REF为A/D转换器的正参考电压，n=0,1,2,3,4,……,将所述数字电压信号u(n)以秒为单位进行计算，累加第k秒内数字电压信号u(n)，得到U(k)：

$U\left(k\right)=\underset{n=1}{\overset{F_S}{\mathrm{\Σ}}}[u\left(n\right)\×u\left(n\right)],$

式中n=0,1,2,3,4,……，

用U(k)除以一秒钟内的采样点数F_S，之后进行开方运算，由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，所以最后再乘以增益系数U_GAIN，得到这一秒内的电压有效值U₀(k)：

$U_0\left(k\right)=U_{\mathrm{GAIN}}\×\sqrt{\frac{U\left(k\right)}{F_S}}.$

2.根据权利要求1的直流计量方法，其特征在于将所述数字电压信号u(n)与数字电流信号i(n)以秒为单位进行乘积与累加的运算，得到第k秒内的累加和P(k)：

$P\left(k\right)=\underset{n=1}{\overset{F_S}{\mathrm{\Σ}}}[u\left(n\right)\×i\left(n\right)],$

然后用P(k)除以一秒内的采样点数F_S，同理需要乘以增益系数P_GAIN,以修正由于模拟前端电路、前端数据转换与数据运算过程带来了固定的增益，这样就得到这一秒内的平均功率值P₀(k)：

$P_0\left(k\right)=P_{\mathrm{GAIN}}\×\frac{P\left(k\right)}{F_S},$

如果P₀(k)的值为负数，则表示这一秒内的功率为反向功率，

将所述第k秒内的电压有效值与平均功率值进行除运算，得到第k秒内的电流有效值I₀(k)：

$I_0\left(k\right)=\frac{P_0\left(k\right)}{U_0\left(k\right)}.$

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