CN106885940A - 一种用于车载移动充电装置的电能计量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电动汽车领域的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，包括连接车载移动充电装置中汽车充电电路的信号隔离变换回路和连接车载移动充电装置中主处理器的计量通信回路，所述计量通信回路上设有连接所述主处理器的电能计量芯片U1，所述电能计量芯片U1上设有用于接收来自所述信号隔离变换回路的第二电压信号的V1P接口和V1N接口，以及用于接收来自所述信号隔离变换回路的第一电压信号的V2P接口和V2N接口。其技术效果是：其计量精度高且不会收到外来干扰信号的影响。
Description
技术领域
本发明涉及供电领域的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路。
背景技术
由于电动汽车的显著优势，目前电动汽车已经快速发展成为一种非常重要的交通工具。各主要国家都把推广和发展电动汽车作为重要的发展战略，作为节能减排的重要的手段。我国目前的各种电动汽车已经达到几千万辆。现有的电动汽车大多用电池作为储能装置，在电动汽车使用过程中，由于人为疏忽或设备故障，会出现因为电能耗尽而停在路途中的情况，需要补充能源才能到达附近的充/换电点。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其计量精度高且不会收到外来干扰信号的影响。
实现上述目的的一种技术方案是：一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，包括连接车载移动充电装置中汽车充电电路的信号隔离变换回路和连接车载移动充电装置中主处理器的计量通信回路，所述计量通信回路上设有连接所述主处理器的电能计量芯片U1，所述电能计量芯片U1上设有用于接收来自所述信号隔离变换回路的第二电压信号的V1P接口和V1N接口，以及用于接收来自所述信号隔离变换回路的第一电压信号的V2P接口和V2N接口。
进一步的，所述信号隔离变换回路包括连接所述汽车充电电路的第一电流互感器TV1；
所述第一电流互感器TV1一次侧的同名端与所述汽车充电电路的火线之间通过电阻R5连接，所述第一电流互感器TV1一次侧的非同名端连接所述汽车充电电路的零线，所述第一电流互感器TV1低压侧的非同名端接地，同名端连接所述电能计量芯片U1的V2P接口，所述第一电流互感器TV1的低压侧的同名端和非同名端之间并联有电阻R6、电容C9、二极管VD5和二极管VD6，其中所述二极管VD5的负极接地，所述二极管VD6的正极接地，所述信号隔离变换回路还包括连接在所述电能计量芯片U1的V2N接口和接地端之间的，相互并联的电阻R7和电容C10。
再进一步的，所述信号隔离变换回路还包括连接所述汽车充电电路的第二电流互感器TA1；
所述第二电流互感器TA1一次侧的非同名端连接与所述汽车充电电路所对应的充电枪的火线端口，所述第二电流互感器TA1一次侧的同名端连接所述汽车充电电路的火线，所述第二电流互感器TA1低压侧的同名端连接接地的电阻R2，非同名端连接接地的电阻R3，所述第二电流互感器TA1的同名端通过电阻R1连接接地的电容C3，以及二极管VD1的正极和二极管VD2的负极，形成连接所述电能计量芯片U1的V1P接口的V1P信号端，所述第二电流互感器TA1的非同名端通过电阻R4连接接地的电容C4，以及二极管VD3的负极和二极管VD4的正极，形成连接所述电能计量芯片U1的V1N接口的V1N信号端，所述二极管VD1的负极、所述二极管VD2的正极、所述二极管VD3的正极和所述二极管VD4的负极均接地。
进一步的，所述电能计量芯片U1设有RESET接口、DVDD接口、AVDD接口，ESET接口、DVDD接口、AVDD接口同时接+5V电源端并通过相互并联的极性电容C2和电容C1数字接地。
进一步的，所述电能计量芯片U1设有AGND接口、REFin/out接口和DGND接口，AGND接口模拟接地，DGND接口数字接地，REFin/out接口，通过互并联的极性电容C8和电容C7同时数字接地和模拟接地。
进一步的，所述电能计量芯片U1设有连接车载移动充电装置中主处理器的DIN接口和DOUT接口。
进一步的，所述电能计量芯片U1设有CLKOUT接口和CLKIN接口，CLKOUT接口和CLKIN接口之间设有计量时钟电路，所述计量时钟电路包括连接在CLKOUT接口和CLKIN接口之间的晶振Y1，以及连接在CLKOUT接口和数字地之间电容C5以及连接在CLKIN接口和数字地之间的电容C6。
采用了本发明的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路的技术方案，包括连接车载移动充电装置中汽车充电电路的信号隔离变换回路和连接车载移动充电装置中主处理器的计量通信回路，所述计量通信回路上设有连接所述主处理器的电能计量芯片U1，所述电能计量芯片U1上设有用于接收来自所述信号隔离变换回路的第二电压信号的V1P接口和V1N接口，以及用于接收来自所述信号隔离变换回路的第一电压信号的V2P接口和V2N接口。其技术效果是：其计量精度高且不会收到外来干扰信号的影响。
附图说明
图1为车载移动充电装置的结构示意图。
图2为车载移动充电装置的监控系统结构示意图。
图3为车载移动充电装置中CAN总线接口的结构图。
图4为本发明的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路的计量通信回路的结构图。
图5为本发明的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路的信号隔离变换回路的结构图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1，车载移动充电装置包括：充电控制电路1、电池组2、电源转换电路3、汽车充电电路4、监控系统5和充电枪6。电源转换电路3可以为逆变控制电路31和DC/DC变换控制电路32。车载移动充电装置安装固定在移动车辆上，在道路上给因电能耗尽不能继续行驶的车辆充电。
充电控制电路1连接若干电池组2，每个电池组2连接一个电源转换电路3，每个电源转换电路3均连接匹配的汽车充电电路4，汽车充电电路4连接匹配的充电枪6。电池组2由数量众多的单体电池通过串/并联方式组合而成，充电枪6可以为美标充电枪、欧标充电枪或国标充电枪。
外部提供的市电通过充电控制电路1置换成直流电，并将直流电的电能转换为化学能存储在电池组2中。在需要对外输出电能的时候，电池组2中的化学能通过电源转换电路3转化为标准的交流电或满足电动汽车需求的直流电。电动汽车充电电路4负责和外部电动汽车进行通信，对充电枪6进行管理和控制。电源转换电路3中将电池组2中的化学能转化为标准的交流电的是逆变控制电路31，将电池组2中的化学能转化为满足电动汽车需求的直流电是DC/DC变换控制电路32。
监控系统5控制充电控制电路1、电池组2、电源转换电路3、汽车充电电路4和充电枪6。，并具有显示、计量、计费的功能。
请参阅图2，监控系统5包括主处理器50、以及与主处理器50连接的电能计量电路51、看门狗52、键盘53、液晶显示器54、刷卡接口装置55、语音提示装置56、报警装置57、无线网络接口58、GPS接口59和均衡充电电路500。远程监控终端可以通过GPS接口59实现对车载移动充电装置的定位，通过无线网络接口58实现对车载移动充电装置状态数据的采集、监视和远程传输，从而支持在大范围内对的车载移动充电装置进行集中监视和控制。监控系统5上还设有三路的CAN总线接口。电能计量电路51即为本发明的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路。
第一路所述CAN总线接口连接所有的汽车充电电路4，每个汽车充电电路4连接对应的充电枪6。汽车充电电路4可在主处理器50的控制下，根据充电枪6制式的不同，完成相应的操作。
第二路所述CAN总线接口连接所有的电源转换电路3，即所有的逆变控制电路31和DC/DC变换控制电路32。每个逆变控制电路31将对应电池组2存储的低压直流电转换为标准的工频正弦交流电，同时对逆变过程的状态参数进行监视。DC/DC变换控制电路32，主要为直流电动汽车提供充电电源，主要实现把电池组2存储的低压直流电转换为较高电压的直流电，同时对变换过程的温度、电压和电流等参数进行监视。
第三路所述CAN总线接口连接所有的电池监视电路20，每个电池监视电路20连接对应的电池组2。电池监视电路20，主要实现对电池组2和电池组2中单体电池的状态参数，电压、温度等，进行测量、监视和评估。电池监视电路20测量的单体电池电压的传感器也是均衡充电电路500对充电控制电路1进行控制的重要的参数采集传感器。
电能计量电路51、看门狗52、键盘53、液晶显示器54、刷卡接口装置55、语音提示装置56、报警装置57、无线网络接口58和GPS接口59、均衡充电电路500,与汽车充电电路4、逆变控制电路31、DC/DC变换控制电路32、电池监视电路20，以及主处理器50及其外围电路共同构成了一个完整的分布式监测网络，可以实施对车载移动充电装置的全面监视和控制。
监控系统5具有良好的可扩展性，适应于不同规模的车载移动充电装置。
此外主处理器50还配置了必要的存储器、时钟和电源。
所述CAN总线接口包括CAN总线接口芯片U3，CAN总线收发芯片U4，以及第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6。其中CAN总线接口芯片U3为SJA100芯片，CAN总线收发芯片U4为82C50芯片。第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6均为6N137芯片。
其中CAN总线接口芯片U3上设有AD0～AD7接口，CS1接口，ALE/AS1接口，RD/E接口，WR接口、INT1接口、RST1接口和CLKOUT1接口。
其中INT1接口通过阻值为4.7kΩ的电阻R20连接+5V电源端。AD0～AD7接口用于实现主处理器50，和汽车充电电路4、逆变控制器31、DC/DC变换控制器32、电池监视电路20之间的通信。
CAN总线接口芯片U3上还设有TXD1接口、TX1接口、RXD1接口、RX1接口、MODE接口、VDD1接口、VDD2接口、VDD3接口、VSS1接口、VSS2接口、VSS3接口、XTAL1接口和XTAL2接口，其中RX1接口通过阻值为2kΩ的电阻R8连接+5V电源端，通过阻值为4.7kΩ的电阻R19接地。MODE接口、VDD1接口、VDD2接口和VDD3接口连接+5V电源端，VSS1接口、VSS2接口、VSS3接口接地，接地端和+5V电源端之间设有电容值为0.1μF的电容C15。XTAL1接口和XTAL2接口之间连接时钟电路，该时钟电路包括两端分别连接XTAL1接口和XTAL2接口的振动频率为16MHZ的晶振jz2，以及将XTAL1接口接地的，依次串联的电容值为30pF的电容C16和阻值为10MΩ的电阻R9，以及将XTAL2接口接地的电容值为30pF的电容C17。
CAN总线收发芯片U4上设有TXD2接口、RXD2接口、VREF接口、RS接口、CANH接口、CANL接口、VCC2接口、GND2接口，RS接口通过阻值为47kΩ的电阻R12接地。CANH接口通过阻值为5Ω的电阻R10和电容值为30pF的电容C18接地，CANL接口通过阻值为5Ω的电阻R11和电容值为30pF的电容C19接地，VCC2接口连接+5V电源端，并通过电容值为0.1μF的电容C20接地。GND2接口接地。
第一隔离芯片U5包括NC5接口、VF5+接口、VF5-接口、NC7接口、VE5接口、VO5接口、GND5接口和VCC5接口。其中VF5+接口通过阻值为1kΩ的电阻R13接+5V电源端，VF5-接口连接CAN总线接口芯片U3的TXD1接口。VF5+接口和VF5-接口在第一隔离芯片U5内通过第一发光二极管连接。VE5接口、VO5接口、GND5接口在第一隔离芯片U5内通过第一PMOS管连接，VE5接口、VO5接口、GND5接口对应连接所述第一PMOS管的基极、发射极和离散极。GND5接口接地，VE5接口通过依次串联的阻值为10kΩ的电阻R14和电容值为0.1μF的电容C21接地，VO5接口通过阻值为330Ω的电阻R15连接+5V电源端并连接CAN总线收发芯片U4上的TXD2接口，VCC5接口连接+5V电源端。
第二隔离芯片U6包括NC6接口、VF6+接口、VF6-接口、NC8接口、VE6接口、VO6接口、GND6接口和VCC6接口。其中VF6+接口通过阻值为1kΩ的电阻R16接+5V电源端，VF6-接口连接CAN总线收发芯片U4上的RXD2接口。VF6+接口和VF6-接口在第二隔离芯片U6内通过第二发光二极管连接。VE6接口、VO6接口、GND6接口在第二隔离芯片U6内通过第二PMOS管连接，VE6接口、VO6接口、GND6接口对应连接所述第二PMOS管的基极、发射极和离散极。GND6接口接地，VE6接口通过依次串联的阻值为10kΩ的电阻R17和电容值为0.1μF的电容C22接地，VO6接口通过阻值为330Ω的电阻R18连接+5V电源端并连接CAN总线接口芯片U3上的RXD1接口，VCC6接口连接+5V电源端。
所述车载移动充电装置的监控系统5通过图3所示的CAN总线接口连接到外部的总线扩展模块，降低了不同CAN总线扩展模块的电位差对监控系统5通信和监测功能产生影响，同时通过第一隔离芯片U5和第二隔离芯片U6的光电隔离措施，提高监控系统5抗干扰性。
车载移动充电装置通过对汽车充电电路4、逆变控制电路31、DC/DC变换控制电路32、电池监视电路20的模块化设计，通过标准的CAN总线接口和自定义的用户层协议实现与主处理器50之间数据、信号、控制指令和控制参数的传输。
电能计量电路51包括信号隔离变换回路512和计量通信回路511。
计量通信回路511包括电能计量芯片U1，电能计量芯片U1为ADE7758电能计量芯片。电能计量芯片U1上设有RESET接口、DVDD接口、AVDD接口、V1P接口、V1N接口、V2N接口、V2P接口、AGND接口、REFin/out接口、DGND接口、DIN接口、DOUT接口、SCLK接口、CS0接口、CLKOUT接口，CLKIN接口、IRQ接口、SAG接口、ZX接口和CF接口。
其中，RESET接口、DVDD接口、AVDD接口同时接+5V电源端并通过相互并联的极性电容C2和电容C1数字接地。其中极性电容C2的电容值为10μF，击穿电压50V。电容C1的电容值0.1μF。AGND接口模拟接地。DGND接口数字接地。REFin/out接口，通过互并联的极性电容C8和电容C7同时数字接地和模拟接地。其中极性电容C8的电容值为10μF，击穿电压50V。电容C7的电容值0.1μF。DIN接口和DOUT接口连接主处理器50。CLKOUT接口和CLKIN接口之间设有计量时钟电路，所述计量时钟电路包括连接在CLKOUT接口和CLKIN接口之间的晶振Y1，以及连接在CLKOUT接口和数字地之间的电容值为22pF的电容C5以及连接在CLKIN接口和数字地之间的电容值为22pF的电容C6。
信号隔离变换回路512包括连接汽车充电电路4的第一电流互感器TV1和第二电流互感器TA1，其中第一电流互感器TV1一次侧的同名端与汽车充电电路4的火线之间连接阻值为200kΩ的电阻R5，第一电流互感器TV1一次侧的非同名端连接汽车充电电路4的零线，第一电流互感器TV1低压侧的非同名端接地，同时第一电流互感器TV1的低压侧的同名端和非同名端之间并联有阻值为200Ω的电阻R6、电容值为33nF的电容C9、二极管VD5和二极管VD6，其中二极管VD5的负极接地，二极管VD6的正极接地。第一电流互感器TV1的低压侧的同名形成连接电能计量芯片U1的V2P接口的V2P信号端。同时信号隔离变换回路512还包括连接在电能计量芯片U1的V2N接口和接地端之间的，相互并联的阻值为1kΩ的电阻R7和电容值为33nF的电容C10，为信号隔离变换回路512的V2N信号端。
充电枪6的零线端口连接汽车充电电路4的零线，充电枪6的火线端口连接第二电流互感器TA1一次侧的非同名端，第二电流互感器TA1一次侧的同名端连接汽车充电电路4的火线。第二电流互感器TA1低压侧的同名端连接阻值为200Ω且接地的电阻R2，非同名端连接阻值为200Ω且接地的电阻R3，第二电流互感器TA1低压侧的同名端通过阻值为1kΩ的电阻R1连接电容值为33nF且接地的电容C3，以及二极管VD1的正极和二极管VD2的负极，形成信号隔离变换回路512的V1P信号端。第二电流互感器TA1的非同名端通过阻值为1kΩ的电阻R4连接电容值为33nF且接地的电容C4，以及二极管VD3的负极和二极管VD4的正极，形成信号隔离变换回路512的V1N信号端。二极管VD1的负极、二极管VD2的正极、二极管VD3的正极和二极管VD4的负极均接地。
信号隔离变换回路512首先将交流电压通过电阻R5转换为2mA的电流信号，然后通过第一电流互感器TV1进行隔离变换，在低压侧形成一个幅值约2mA的交流信号，通过在低压侧并联一个200Ω的电阻R6形成与一次侧电压成比例变化的第一电压信号,即V2P信号和V2N信号。针对电流信号测量，在充电枪6或汽车充电电路4中，串联第二电流互感器TA1把电流按比例转化为标准的5A的额定电流信号，然后在信号隔离变换回路512中通过第二电流互感器TA1,把第二电流互感器TA1的一次侧的额定电流信号转换成为第二电流互感器TA1的低压侧的低压信号，并通过在第二电流互感器TA1的低压侧并联电阻R2和电阻R3，得到与一次电流成比例变化的第二电压信号即V1N信号和V1N信号。
计量通信回路511把经过隔离变换的电压和电流信号传递到电能计量芯片U1，完成相位、幅值、有效值的测量，并计算功率和功率参数，传递给主处理器50。
电能计量电路51可进行电压、电流、有功，无功和视在功率测量，完全满足车载移动充电装置的计量、监视和计费的需求，且计量精度高并不受外来干扰信号的影响。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (7)
1.一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：包括连接车载移动充电装置中汽车充电电路的信号隔离变换回路和连接车载移动充电装置中主处理器的计量通信回路，所述计量通信回路上设有连接所述主处理器的电能计量芯片U1，所述电能计量芯片U1上设有用于接收来自所述信号隔离变换回路的第二电压信号的V1P接口和V1N接口，以及用于接收来自所述信号隔离变换回路的第一电压信号的V2P接口和V2N接口。
2.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述信号隔离变换回路包括连接所述汽车充电电路的第一电流互感器TV1；
所述第一电流互感器TV1一次侧的同名端与所述汽车充电电路的火线之间通过电阻R5连接，所述第一电流互感器TV1一次侧的非同名端连接所述汽车充电电路的零线，所述第一电流互感器TV1低压侧的非同名端接地，同名端连接所述电能计量芯片U1的V2P接口，所述第一电流互感器TV1的低压侧的同名端和非同名端之间并联有电阻R6、电容C9、二极管VD5和二极管VD6，其中所述二极管VD5的负极接地，所述二极管VD6的正极接地，所述信号隔离变换回路还包括连接在所述电能计量芯片U1的V2N接口和接地端之间的，相互并联的电阻R7和电容C10。
3.根据权利要求2所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述信号隔离变换回路还包括连接所述汽车充电电路的第二电流互感器TA1；
所述第二电流互感器TA1一次侧的非同名端连接与所述汽车充电电路所对应的充电枪的火线端口，所述第二电流互感器TA1一次侧的同名端连接所述汽车充电电路的火线，所述第二电流互感器TA1低压侧的同名端连接接地的电阻R2，非同名端连接接地的电阻R3，所述第二电流互感器TA1的同名端通过电阻R1连接接地的电容C3，以及二极管VD1的正极和二极管VD2的负极，形成连接所述电能计量芯片U1的V1P接口的V1P信号端，所述第二电流互感器TA1的非同名端通过电阻R4连接接地的电容C4，以及二极管VD3的负极和二极管VD4的正极，形成连接所述电能计量芯片U1的V1N接口的V1N信号端，所述二极管VD1的负极、所述二极管VD2的正极、所述二极管VD3的正极和所述二极管VD4的负极均接地。
4.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述电能计量芯片U1设有RESET接口、DVDD接口、AVDD接口，ESET接口、DVDD接口、AVDD接口同时接+5V电源端并通过相互并联的极性电容C2和电容C1数字接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述电能计量芯片U1设有AGND接口、REFin/out接口和DGND接口，AGND接口模拟接地，DGND接口数字接地，REFin/out接口，通过互并联的极性电容C8和电容C7同时数字接地和模拟接地。
6.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述电能计量芯片U1设有连接车载移动充电装置中主处理器的DIN接口和DOUT接口。
7.根据权利要求1所述的一种用于车载移动充电装置的电能计量电路，其特征在于：所述电能计量芯片U1设有CLKOUT接口和CLKIN接口，CLKOUT接口和CLKIN接口之间设有计量时钟电路，所述计量时钟电路包括连接在CLKOUT接口和CLKIN接口之间的晶振Y1，以及连接在CLKOUT接口和数字地之间电容C5以及连接在CLKIN接口和数字地之间的电容C6。
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