CN112014635B - 一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩 - Google Patents

一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩，通过读取电能计量装置内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn，根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压，对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii，根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi计算得到有功功率P，最后根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。本发明的实施例相较于现有技术，通过读取电能计量装置内的FLASH得到的待补偿的相位补偿电容值Cn对电压互感器输出电压进行补偿。

Description

一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩
技术领域
本发明属于电动汽车的充电桩领域，尤其涉及一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩。
背景技术
电磁环境限值与测试方法等系列标准于2020年4月28日发布，对无线充电系统的计量点是在充电侧的原边线圈上传输的无线磁场能量，由于无线磁场的波动大，工作频率高(几十KHz到几百KHz)、工作过程频率不固定等特点，传统的无论是50Hz的交流电能表、还是直流电能表或谐波电能表都无法满足无线充电桩计量的技术要求。现有技术中，对于电压和电流通道的采集的同步性，由于AD转换电路是芯片内部集成的两路同步AD，两个通道差为0.1ns，可以忽略，主要的相位差是宽频带电流互感器和宽频带电压互感器的延时差异引起的相位差，由于宽频带电流互感器大约有0.5us左右的延时，由于延时的存在会导致计量的电能值不准确。
因此，研发出一种电动汽车无线充电电能计量方法，用于解决现有技术中由于延时的存在会导致计量的电能值不准确，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩，用于解决现有技术中由于延时的存在会导致计量的电能值不准确的技术问题。
本发明的实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法，所述电能计量方法包括如下步骤：
S1：读取电能计量装置内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn；
S2：获取电压互感器输出的电压和电流互感器输出的电流；
S3：根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压；
S4：对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii；
S5：获取电压互感器的变比Kv和电流互感器的变比rKi；
S6：根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，获取有功功率P；
S7：获取采样时间间隔Ts；
S8：根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。
优选地，所述S1之前还包括：
S0：通过向电能计量装置输送相位同步的测量电压和测量电流，获取校准电压和校准电流；
根据所述校准电压和校准电流，获取校准电压和校准电流的相位差ΔΦ；
根据相位差ΔΦ，获取时间差Δt；
获取电压互感器的低压臂电阻R2；
根据时间差△t和电压互感器的低臂电阻R2，获取增加的电容值△C；
获取当前相位补偿电容值C1；
根据当前相位补偿电容值C1和增加的电容值△C，获取待补偿的相位补偿电容值Cn并将所述待补偿的相位补偿电容值Cn写入电能计量装置的FLASH内。
优选地，所述S8之后还包括：
S9：获取电能计量装置的脉冲常数C；
根据脉冲常数C，获取单位脉冲的电能量E1p；
当所述有功电能Ep积累的电能量大于等于E1p的整数倍时，则输出对应的单位脉冲信号。
优选地，所述S6的具体计算过程为：
Figure BDA0002666684660000021
其中，i为采样点，KN为采样次数，P为有功功率，V_Ui为电压的离散采样值，V_Ii为电流的离散采样值，Kv为电压互感器的变比，rKi为电流互感器的变比。
优选地，所述S7的具体计算过程为：
Figure BDA0002666684660000031
其中，i为采样点，n为累积的采样点数，Pi为采样点的有功功率，Ts为采样时间间隔，Ep单位为kWh。
优选地，所述S4之后还包括：
S10：根据所述电压的离散采样值V_Ui和电压互感器的变比Kv，计算得到电压的有效值U；
将所述电压的有效值U与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围相比较；
当所述电压的有效值U在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电压增益倍数；
根据所述电压增益倍数对补偿后的电压进行增益处理。
优选地，S11：根据所述电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，计算得到电流的有效值I；
将所述电流的有效值I与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围相比较；
当所述电流的有效值I在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电流增益倍数；
根据所述电流增益倍数对电流互感器输出的电流进行增益处理。
优选地，所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围及其对应的增益倍数包括：
电压第一档为电压的有效值U≥500V，电压第一档对应的增益倍数为1倍；
电压第二档为电压的有效值U在250V-500V的范围内，电压第二档对应的增益倍数为2倍；
电压第三档为电压的有效值U在100V-250V的范围内，电压第三档对应的增益倍数为5倍；
电压第四档为电压的有效值U＜100V，电压第四档对应的增益倍数为10倍；
所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围及其对应的增益倍数包括：
电流第一档为电流的有效值I≥100A，电流第一档对应的增益倍数为1倍；
电流第二档为电流的有效值I在50A-100A的范围内，电流第二档对应的增益倍数为2倍；
电流第三档为电流的有效值I在20A-50A的范围内，电流第三档对应的增益倍数为5倍；
电流第三档为电流的有效值I<20A，电流第三档对应的增益倍数为10倍。
本发明的实施例还提供了一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备所述电能计量设备，包括电流可编程增益放大器、电压可编程增益放大器、相位补偿电容器、AD同步转换电路和电能计量装置；
电流可编程增益放大器用于对接入的电流根据电能计量装置的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电流输入到AD同步转换电路内；
所述相位补偿电容器用于对接入的电压根据校准电压和校准电流的相位差ΔΦ通过接入不同数量的电容器进行补偿并将补偿后的电压输入到电压可编程增益放大器内；
电压可编程增益放大器用于对接入的补偿后的电压根据电能计量装置的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电压输入至AD同步转换电路内；
AD同步转换电路用于对增益放大后的电流和增益放大后的电压进行离散采样得到电流的有效值和电压的有效值并将电流有效值、电压的有效值输入及有用功率至电能计量装置内；
电能计量装置用于对电流有效值、电压的有效值及有功功率进行计算得到有功电能Ep、根据FLASH内的相位补偿电容值Cn对相位补偿电容器内接入的电容器数量进行控制、根据电流有效值判断电流可编程增益放大器的档位并根据电流可编程增益放大器的档位输出逻辑信号至电流可编程增益放大器和根据电压的有效值判断电压可编程增益放大器的档位并根据电压可编程增益放大器的档位输出逻辑信号至电压可编程增益放大器。
本发明的实施例还提供了一种电动汽车无线充电桩，所述充电桩包括电源、发射端、电流互感器、电压互感器以及如上述的一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备，所述电流互感器套到发射端的线圈绕组上，所述电压互感器连接在电源与发射端之间的电路上，所述电压互感器与所述电压可编程增益放大器相连接，所述相位补偿电容器与电压互感器和电压可编程增益放大器之间的电路相连接，所述电流互感器所述电流可编程增益放大器相连接。
从以上技术方案可以看出，本发明的实施例具有以下优点：
本发明的实施例提供了一种电动汽车无线充电电能计量方法，通过读取电能计量装置内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn，根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压，对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii，根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi计算得到有功功率P，最后根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。本发明的实施例相较于现有技术，通过读取电能计量装置内的FLASH得到的待补偿的相位补偿电容值Cn对电压互感器输出电压进行补偿，能够与电压互感器构成低通滤波延时，能够有效地提高在电压和电流延时同步的准确度，从而解决了现有技术中由于延时的存在会导致计量的电能值不准确的技术问题。
附图说明
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的设备示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的电压可编程增益放大器和电流可编程增益放大器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的相位补偿电容器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的AD同步转换电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩的充电桩的结构示意图。
对应说明书附图内的附图标记参考如下：
1、电能计量设备；101a、电压可编程增益放大器；101b、电流可编程增益放大器；102、AD同步转换电路；103、电能计量装置；104、显示模块；105、输入模块；106、电源模块；109、相位补偿电容器；1090、隔离电源；2、电压互感器；3、电流互感器；4、电源；
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电动汽车无线充电电能计量方法、设备及充电桩，用于解决的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电电能计量方法，所述电能计量方法包括如下步骤：
S1：读取电能计量装置103内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn；
通过读取电能计量装置103内的FLASH存储的待补偿的相位补偿电容值Cn，所述相位补偿电容值Cn的获取方式即所述S1之前还包括：
S0：通过向电能计量装置103输送相位同步的测量电压和测量电流，获取校准电压和校准电流；
根据所述校准电压和校准电流，获取校准电压和校准电流的相位差ΔΦ；
根据相位差ΔΦ，获取时间差Δt；
时间差Δt具体的计算过程为：
Figure BDA0002666684660000071
获取电压互感器的低压臂电阻R2；
根据时间差△t和电压互感器的低臂电阻R2，获取增加的电容值△C；
增加的电容值△C具体的计算过程为：
Figure BDA0002666684660000072
获取当前相位补偿电容值C1；
所述当前相位补偿电容值C1通常在使用到过程中可以是出厂时候设定的相位补偿电容值，也可以是上一次相位补偿后保存的相位补偿电容值。
根据当前相位补偿电容值C1和增加的电容值△C，获取待补偿的相位补偿电容值Cn并将所述待补偿的相位补偿电容值Cn写入电能计量装置103的FLASH内。
所述相位补偿电容值Cn的计算具体为：
Cn＝C1+ΔC；
将得到的相位补偿值Cn存储到电能计量装置103内，如图2所示，本申请实施例中的电能计量装置103包括BF609芯片及外设模块，所述外设模块包括2个SPI接口、3个SPORT口、超过16个通用IO口、AMC接口(异步存储接口)等，256MBYTEDRAM和实时时钟等。其中，通用IO中的6个用于键盘的输入、2个用于相位补偿电容器109的数字调节即发送相位补偿电容值Cn至相位补偿电容器109内、2个用于电流可编程增益仪表放大器101a的增益调节、2个用于电压可编程增益仪表放大器的增益调节。所述电能计量装置103还包括有通过外设接口接通的输入模块105和显示模块104，所述输入模块105通常为键盘用于通过输入修改电能计量装置103的参数，所述显示模块104通常为显示器或者显示屏，所述显示模块104通过AMC接口驱动，用于显示测试过程以及测试结果。
所述电能计量装置103还包括电源模块106，电源模块106采用+/-15V和5V和1.8V和3.3V输出的电源，电流输出0.8A至BF609芯片及外设模块上。
S2：获取电压互感器输出的电压和电流互感器输出的电流；
所述电流互感器为宽频带电流互感器，所述电压互感器为宽频带电压互感器；
宽频带电流互感器采用PEARSON(皮尔逊)3025型号宽频带电流互感器，原边为1匝穿心，副边转换为电压输出，原边1A对应副边0.025V，带宽7Hz～4MHz，最大测试电流为325A,准确度1％，该准确度可以通过软件进行校准提高到0.2％的水平，对于1％的准确也符合本发明的设计要求。一般无线充电桩的原边线圈电流不会超过250A，宽频带电流互感器1符合设计的要求。
宽频带电压互感器，由1ppm的精密电阻使用电桥原理进行分压。高压臂R1为990K，低压臂为10K,分压比为100:1。
S3：根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压；
如图4所示，所述相位补偿电容值Cn对电压互感器输出的电压进行补偿是通过连接相位补偿电容器109来实现的；在本实施例中，所述相位补偿电容器109由10个MAX1474芯片的可编程电容并联而成(如图4中的1091、1092……10910为并联的10个MAX1474芯片)，并增加隔离电源1090，使用隔离电源1090目的是让MAX1474芯片对低端的分布电容最小化。每颗MAX1474芯片的电容范围为0.424pF～10.93pF，10颗MAX1474芯片并联可调整范围为4.24pF～109.3pF，所述相位补偿电容器109根据相位补偿电容值Cn来选取接入的MAX1474芯片的数量，达到电压互感器输出的电压和电流互感器输出的电流之间相位补偿的目的。
S4：对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii；
如图5所示，离散采样是通过AD同步转换电路102来实现的，如图5所示，由AD转换信号AD7380、分压电阻Ra1、分压电阻Rb1、分压电阻Ra2、分压电阻Rb2、电阻R1、电阻R2和参考电压模块ADR441B组成，
其中，AD73801为核心器件，AD位数:16位，双通道同步采样，全差分模拟输入，采样率速率：4MSPS，SNR典型值:92.5dB，片内过采样功能，基本分辨率增强功能，INL(最大值)2.0LSB，相当于2/65536＝0.003％。对于2级电能表(2％)完全满足要求。
分压电阻Ra1、分压电阻Rb1、分压电阻Ra2和分压电阻Rb2使用1ppm的高精确度电阻，目的是把输入电压缩小16倍满足对AD输入范围的要求，AD的输入范围只能满足输入为0～2.5V的电压输入。
ADR441B为输出为2.5V3ppm的温漂的基准，对于2％的电能表完全满足要求。
AD7380在本发明实施例中工作在采样率为4MHz。
电阻R1和电阻R2分压产生一个参考电压的一半的信号用于提高AD输入的共模电压。
S5：获取电压互感器的变比Kv和电流互感器的变比rKi；
电压互感器的变比Kv根据电压互感器特性可以直接得到，所述电流互感器的变比rKi也同样可以根据电流互感器特性能够直接得到。
S6：根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，获取有功功率P；
所述S6的具体计算过程为：
Figure BDA0002666684660000091
其中，N为每个周波的采样点数，K为参与计算的周波数，i为采样点，P为有功功率，V_Ui为电压的离散采样值，V_Ii为电流的离散采样值，Kv为电压互感器的变比，rKi为电流互感器的变比。
在本实施例中，电压互感器的变比为Kv＝100；
电压互感器的变比要输入到BF609芯片及外设模块内作为参数进行一次电压的还原。
电流互感器的变比为rKi＝0.025
电流互感器的变比要输入到BF609芯片及外设模块内作为参数进行一次电流的还原。
S7：获取采样时间间隔Ts；
根据采样频率能够得到采样时间间隔Ts，本实施例中的采样时间间隔为1/4Mhz＝0.00000025秒；
S8：根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。
所述S8的具体计算过程为：
Figure BDA0002666684660000101
其中，i为采样点，n为累积的采样点数，Pi为采样点的有功功率，Ts为采样时间间隔，Ep单位为kWh。
本实施例通过提供了一种电动汽车无线充电电能计量方法，通过读取电能计量装置103内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn，根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压，对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii，根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi计算得到有功功率P，最后根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。本发明的实施例相较于现有技术，通过读取电能计量装置103内的FLASH得到的待补偿的相位补偿电容值Cn对电压互感器输出电压进行补偿，能够与电压互感器构成低通滤波延时，能够有效地提高在电压和电流延时同步的准确度，从而解决了现有技术中由于延时的存在会导致计量的电能值不准确的技术问题。
其中，所述S8之后还包括：
S9：获取电能计量装置103的脉冲常数C；
所述脉冲常数可以直接通过电能计量装置103获得，在本实施例中可以直接通过BF609芯片的特性及参数能够直接得到脉冲常数C，所述脉冲常数C的单位为imp/kWh；其中imp为圈数，kWh为千瓦时；
根据脉冲常数C，获取单位脉冲的电能量E1p；
单位脉冲的电能量：
Figure BDA0002666684660000102
当所述有功电能Ep积累的电能量大于等于E1p的整数倍时，则输出对应的单位脉冲信号。
即当有功电能Ep积累的电能量大于等于E1p的整数倍，输出一个电能计量装置103的脉冲信号，即有功电能Ep积累的电能量大于等于每一个E1p的整数倍时，就出输出一个电能计量装置103的脉冲信号，即电能计量装置103转动一圈，供电能计量装置103使用更高等级的标准表进行检定。
其中，所述S4之后还包括：
S10：根据所述电压的离散采样值V_Ui和电压互感器的变比Kv，计算得到电压的有效值U；
将所述电压的有效值U与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围相比较；
当所述电压的有效值U在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电压增益倍数；
根据所述电压增益倍数对补偿后的电压进行增益处理。
S11：根据所述电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，计算得到电流的有效值I；
将所述电流的有效值I与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围相比较；
当所述电流的有效值I在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电流增益倍数；
根据所述电流增益倍数对电流互感器输出的电流进行增益处理。
所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围及其对应的增益倍数包括：
电压第一档为电压的有效值U≥500V，电压第一档对应的增益倍数为1倍；
电压第二档为电压的有效值U在250V-500V的范围内，电压第二档对应的增益倍数为2倍；
电压第三档为电压的有效值U在100V-250V的范围内，电压第三档对应的增益倍数为5倍；
电压第四档为电压的有效值U＜100V，电压第四档对应的增益倍数为10倍；
所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围及其对应的增益倍数包括：
电流第一档为电流的有效值I≥100A，电流第一档对应的增益倍数为1倍；
电流第二档为电流的有效值I在50A-100A的范围内，电流第二档对应的增益倍数为2倍；
电流第三档为电流的有效值I在20A-50A的范围内，电流第三档对应的增益倍数为5倍；
电流第四档为电流的有效值I<20A，电流第四档对应的增益倍数为10倍。
所述电压可编程增益放大器101a和电流可编程增益放大器101b均是通过电能计量装置103输出的逻辑信号来选择档位，所述电能计量装置103根据测得的电压的有效值和电流的有效值以及上述各档位对应的电流范围或电压范围来判断需要调节的档位，通过发送逻辑信号至电流可编程增益放大器101b和电压可编程增益放大器101a来调节电流增益放大器的档位和电压可编程增益放大器101a的档位，从而实现对补偿后的电压以及电流互感器输出的电流值进行增益放大；其中，所述电流可编程增益放大器101b和电压可编程增益放大器101a上均设有A0端和A1端，如图3所示，电压可编程增益放大器101a和电流可编程增益放大器101b均通过AD8250实现；所述A0端和A1端均用于接收电能计量装置103发出的逻辑信号，在电流可编程增益放大器101b和电压可编程增益放大器101a均遵循下列逻辑规律，
当A0端接收到的信号为0，A1端接收到的信号为0的时候，则设定为电流第一档或者电压第一档；
当A0端接收到的信号为0，A1端接收到的信号为1的时候，则设定为电流第二档或者电压第二档；
当A0端接收到的信号为1，A1端接收到的信号为0的时候，则设定为电流第三档或者电压第三档；
当A0端接收到的信号为1，A1端接收到的信号为1的时候，则设定为电流第四档或者电压第四档。
其中，由于电流互感器输出的电流磁通转换会有0.5us左右的延时，通过相位补偿电容器109，也对电压互感器输出的电压进行0.5us左右的延时补偿，从硬件保证电压和电流通道的同步性，从而保证有功功率的准确度。
另外，对于在进行各档位切换的时候，为了提高切换的稳定性，与以确保测得的有功功率的准确度，可以采用下述的切换档位的方式：
1)对于电压档位的软件切换档位选择如下：
a)升一级档位，提高放大倍数
当测量得到的电压的有效值低于电压可编程增益放大器101a内的高一级档位线圈电压的有效值U上限值的95％，才切换到高一级档位，也就是增加放大倍数。只有低于高一级档位的上限值的95％才切换，预留5％的返回系数，可保证在刚刚好临界点位置能够预留有足够的切换档位的空间，以避免了频繁切换档位造成测得的有功功率不准确的问题，从而实现循环档位切换。
b)降低档位
当测量电压的有效值高于电压可编程增益放大器101a的低一级档位的线圈电压值的有效值U的下限值的105％，切换到低一级档位，也就是减少放大倍数。只有高于低一级档位的下限值的105％才切换，预留5％的返回系数，可保证在刚刚好临界点位置能够预留有足够的切换档位的空间，以避免了频繁切换档位造成测得的有功功率不准确的问题，从而实现循环档位切换。
2)对于电流档位的软件切换档位选择如下：
a)增加档位，提高放大倍数
当测量电流有效值低于电流可编程增益放大器101b的高一级档位的线圈电流的有效值I的上限值的95％，切换到高一级档位，也就是增加放大倍数。只有低于高一级档位的上限值的95％才切换，预留5％的返回系数，可保证在刚刚好临界点位置能够预留有足够的切换档位的空间，以避免了频繁切换档位造成测得的有功功率不准确的问题，从而实现循环档位切换。
b)降低档位
当测量电流的有效值高于电流可编程增益放大器101b的低一级档位的线圈电流的有效值I的下限值的105％，切换到低一级档位，也就是减少放大倍数。只有高于低一级档位的下限值的105％才切换，预留5％的返回系数，可保证在刚刚好临界点位置能够预留有足够的切换档位的空间，以避免了频繁切换档位造成测得的有功功率不准确的问题，从而实现循环档位切换。
本实施例还提供了一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备，所述电能计量设备1包括电流可编程增益放大器101b、电压可编程增益放大器101a、相位补偿电容器109、AD同步转换电路102和电能计量装置103；
电流可编程增益放大器101b用于对接入的电流根据电能计量装置103的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电流输入到AD同步转换电路102内；
所述相位补偿电容器109用于对接入的电压根据校准电压和校准电流的相位差ΔΦ通过接入不同数量的电容器进行补偿并将补偿后的电压输入到电压可编程增益放大器101a内；
电压可编程增益放大器101a用于对接入的补偿后的电压根据电能计量装置103的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电压输入至AD同步转换电路102内；
AD同步转换电路102用于对增益放大后的电流和增益放大后的电压进行离散采样得到电流的有效值和电压的有效值并将电流有效值、电压的有效值输入及有用功率至电能计量装置103内；
电能计量装置103用于对电流有效值、电压的有效值及有功功率进行计算得到有功电能Ep、根据FLASH内的相位补偿电容值Cn对相位补偿电容器109内接入的电容器数量进行控制、根据电流有效值判断电流可编程增益放大器101b的档位并根据电流可编程增益放大器101b的档位输出逻辑信号至电流可编程增益放大器101b和根据电压的有效值判断电压可编程增益放大器101a的档位并根据电压可编程增益放大器101a的档位输出逻辑信号至电压可编程增益放大器101a。
所述AD同步转换电路102上述已经进行描述，在此不再赘述。
所述电能计量装置103上述已经进行描述，在此不再赘述。
通过了宽频带电压互感器、宽频带电流互感器、电流可编程增益仪表放大器、电压可编程增益放大器101a、AD同步转换电路102、相位补偿电容器109、BF609芯片及外设模块，可实现高达1000V、250A的在动态几十kHz到几百kHz的电动汽车无线充电系统的励磁线圈的有功功率计量。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
如图6所示，本实施例还提供了一种电动汽车无线充电桩，其特征在于，所述充电桩包括电源4、发射端、电流互感器3、电压互感器2以及如上述的一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备1，所述电流互感器3套到发射端的线圈绕组上，所述电压互感器2连接在电源4与发射端之间的电路上，所述电压互感器2与所述电压可编程增益放大器101a相连接，所述相位补偿电容器109与电压互感器2和电压可编程增益放大器101a之间的电路相连接，所述电流互感器3所述电流可编程增益放大器101b相连接。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种电动汽车无线充电电能计量方法逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，所述电能计量方法包括如下步骤：
S0：通过向电能计量装置输送相位同步的测量电压和测量电流，获取校准电压和校准电流；
根据所述校准电压和校准电流，获取校准电压和校准电流的相位差ΔΦ；
根据相位差ΔΦ，获取时间差Δt；
获取电压互感器的低压臂电阻R2；
根据时间差△t和电压互感器的低臂电阻R2，获取增加的电容值△C；
获取当前相位补偿电容值C1；
根据当前相位补偿电容值C1和增加的电容值△C，获取待补偿的相位补偿电容值Cn并将所述待补偿的相位补偿电容值Cn写入电能计量装置的FLASH内；
S1：读取电能计量装置内的FLASH，获取待补偿的相位补偿电容值Cn；
S2：获取电压互感器输出的电压和电流互感器输出的电流；
S3：根据相位补偿电容值Cn在电路内增加补偿电容对电压互感器输出的电压进行补偿，获取补偿后的电压；
S4：对所述补偿后的电压和电流互感器输出的电流分别进行KN次离散采样，获取电压的离散采样值V_Ui和电流的离散采样值V_Ii；
S5：获取电压互感器的变比Kv和电流互感器的变比rKi；
S6：根据所述电压的离散采样值V_Ui、电压互感器的变比Kv、电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，获取有功功率P；
S7：获取采样时间间隔Ts；
S8：根据有功功率P和采样时间间隔Ts，计算得到有功电能Ep。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，所述S8之后还包括：
S9：获取电能计量装置的脉冲常数C；
根据脉冲常数C，获取单位脉冲的电能量E1p；
当所述有功电能Ep积累的电能量大于等于E1p的整数倍时，则输出对应的单位脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，所述S6的具体计算过程为：
Figure FDA0003757614640000021
其中，N为每个周波的采样点数，K为参与计算的周波数，i为采样点，P为有功功率，V_Ui为电压的离散采样值，V_Ii为电流的离散采样值，Kv为电压互感器的变比，rKi为电流互感器的变比。
4.根据权利要求2所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，所述S8的具体计算过程为：
Figure FDA0003757614640000022
其中，i为采样点，n为累积的采样点数，Pi为采样点的有功功率，Ts为采样时间间隔，Ep单位为kWh。
5.根据权利要求3所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，所述S5之后还包括：
S10：根据所述电压的离散采样值V_Ui和电压互感器的变比Kv，计算得到电压的有效值U；
将所述电压的有效值U与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围相比较；
当所述电压的有效值U在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电压增益倍数；
根据所述电压增益倍数对补偿后的电压进行增益处理。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，
S11：根据所述电流的离散采样值V_Ii和电流互感器的变比rKi，计算得到电流的有效值I；
将所述电流的有效值I与可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围相比较；
当所述电流的有效值I在可编程增益仪表放大器内置其中一个档位的电压范围内时，则获取该档位对应的电流增益倍数；
根据所述电流增益倍数对电流互感器输出的电流进行增益处理。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车无线充电电能计量方法，其特征在于，
所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电压范围及其对应的增益倍数包括：
电压第一档为电压的有效值U≥500V，电压第一档对应的增益倍数为1倍；
电压第二档为电压的有效值U在250V-500V的范围内，电压第二档对应的增益倍数为2倍；
电压第三档为电压的有效值U在100V-250V的范围内，电压第三档对应的增益倍数为5倍；
电压第四档为电压的有效值U＜100V，电压第四档对应的增益倍数为10倍；
所述可编程增益仪表放大器内置多个档位的电流范围及其对应的增益倍数包括：
电流第一档为电流的有效值I≥100A，电流第一档对应的增益倍数为1倍；
电流第二档为电流的有效值I在50A-100A的范围内，电流第二档对应的增益倍数为2倍；
电流第三档为电流的有效值I在20A-50A的范围内，电流第三档对应的增益倍数为5倍；
电流第四档为电流的有效值I<20A，电流第四档对应的增益倍数为10倍。
8.一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备，其特征在于，所述电能计量设备包括电流可编程增益放大器、电压可编程增益放大器、相位补偿电容器、AD同步转换电路和电能计量装置；
电流可编程增益放大器用于对接入的电流根据电能计量装置的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电流输入到AD同步转换电路内；
所述相位补偿电容器用于对接入的电压根据校准电压和校准电流的相位差ΔΦ通过接入不同数量的电容器进行补偿并将补偿后的电压输入到电压可编程增益放大器内；
电压可编程增益放大器用于对接入的补偿后的电压根据电能计量装置的发送的逻辑信号选择预设档位对应的增益倍数进行增益放大并将增益放大后的电压输入至AD同步转换电路内；
AD同步转换电路用于对增益放大后的电流和增益放大后的电压进行离散采样得到电流的有效值和电压的有效值并将电流有效值、电压的有效值输入及有用功率至电能计量装置内；
电能计量装置用于对电流有效值、电压的有效值及有功功率进行计算得到有功电能Ep、根据FLASH内的相位补偿电容值Cn对相位补偿电容器内接入的电容器数量进行控制、根据电流有效值判断电流可编程增益放大器的档位并根据电流可编程增益放大器的档位输出逻辑信号至电流可编程增益放大器和根据电压的有效值判断电压可编程增益放大器的档位并根据电压可编程增益放大器的档位输出逻辑信号至电压可编程增益放大器；所述相位补偿电容值Cn的计算方法具体为：根据相位差ΔΦ，获取时间差Δt；获取电压互感器的低压臂电阻R2；根据时间差△t和电压互感器的低臂电阻R2，获取增加的电容值△C；获取当前相位补偿电容值C1；根据当前相位补偿电容值C1和增加的电容值△C，获取待补偿的相位补偿电容值Cn。
9.一种电动汽车无线充电桩，其特征在于，所述充电桩包括电源、发射端、电流互感器、电压互感器以及如权利要求8的一种电动汽车无线充电桩用电能计量设备，所述电流互感器套到发射端的线圈绕组上，所述电压互感器连接在电源与发射端之间的电路上，所述电压互感器与所述电压可编程增益放大器相连接，所述相位补偿电容器与电压互感器和电压可编程增益放大器之间的电路相连接，所述电流互感器与 所述电流可编程增益放大器相连接。
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