CN112630492A - 一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法，利用电压采样模块对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；利用电力载波通信模块通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；利用运放模块对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；利用主处理模块根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。本发明相较于传统电动汽车充电桩电能计量装置，解决了目前参与贸易结算的电动汽车充电桩在充电过程中电能计量位置与理论上贸易结算位置不统一的问题，同时也降低了充电电缆电压损耗造成的计量误差，提高充电桩电能计量的准确性。

Description

一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法
技术领域
本发明涉及电能计量装置技术领域，并且更具体地，涉及一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法。
背景技术
随着电动汽车行业的发展，充电设施建设规模也越来越大，投入运营的充电设备也越来越多。电动汽车与充电设备的一种连接方式为：充电电缆及车辆插头与桩体永久连接在一起，此类充电设备参与贸易结算时，电能贸易结算点应为车辆插头处。而目前已投入运营的充电设备，电能计量点设置在桩体内部，或电能输出侧或电能输入侧。因此采用此连接方式的充电设备在参与贸易结算存在如下问题：1、实际电能结算点与贸易结算点不一致；2、充电电缆存在电压降，桩体内电能计量点电能计量与贸易结算点电能计量不一致。
因此，需要一种能够实现电能计量点计量的电能和贸易结算点计量的电能统一的电动汽车充电桩的电能计量装置。
发明内容
本发明提出一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法，以解决如何实现电能计量点计量的电能和贸易结算点计量的电能统一的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车充电桩的电能计量装置，所述装置包括：
电压采样模块，通过电力载波通信模块与主处理模块相连接，用于对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；
电力载波通信模块，用于通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；
运放模块，与主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；
主处理模块，用于根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述装置还包括：
电阻分压模块，与所述主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
优选地，其中所述装置还包括：
模数转换模块，分别与所述运放模块和电阻分压模块的输出端以及所述主处理模块的输入端相连接，用于将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
优选地，其中所述主处理模块，还用于：
根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述预设的误差阈值为20％。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电动汽车充电桩的电能计量方法，所述方法包括：
电压采样模块对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；
电力载波通信模块通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；
运放模块对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；
主处理模块根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述方法还包括：
电阻分压模块对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
优选地，其中所述方法还包括：
模数转换模块将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
优选地，其中所述方法还包括：
主处理模块根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述预设的误差阈值为20％。
本发明提供了一种电动汽车充电桩的电能计量装置及方法，利用电压采样模块对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；利用电力载波通信模块通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；利用运放模块对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；利用主处理模块根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。本发明相较于传统电动汽车充电桩电能计量装置，解决了目前参与贸易结算的电动汽车充电桩在充电过程中电能计量位置与理论上贸易结算位置不统一的问题，同时也降低了充电电缆电压损耗造成的计量误差，提高充电桩电能计量的准确性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的电动汽车充电桩的电能计量装置100的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的电力载波传输车辆插头电压采样的交流充电桩电能计量装置的示例图；
图3为根据本发明实施方式的电力载波传输车辆插头电压采样的非车载充电机电能计量装置的示例图；
图4为根据本发明实施方式的电动汽车充电桩的电能计量方法400的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的电动汽车充电桩的电能计量装置100的结构示意图。如图1所示，本发明实施提供的电动汽车充电桩的电能计量装置，相较于传统电动汽车充电桩电能计量装置，解决了目前参与贸易结算的电动汽车充电桩在充电过程中电能计量位置与理论上贸易结算位置不统一的问题，同时也降低了充电电缆电压损耗造成的计量误差，提高充电桩电能计量的准确性。本发明实施方式提供的电动汽车充电桩的电能计量装置100，包括：电压采样模块101、电力载波通信模块102、运放模块103和主处理模块104。
优选地，所述电压采样模块101，通过电力载波通信模块与主处理模块相连接，用于对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据。
优选地，所述电力载波通信模块102，用于通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块。
优选地，所述运放模块103，与主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据。
优选地，其中所述装置还包括：
电阻分压模块，与所述主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
优选地，其中所述装置还包括：
模数转换模块，分别与所述运放模块和电阻分压模块的输出端以及所述主处理模块的输入端相连接，用于将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
优选地，所述主处理模块104，用于根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述主处理模块，还用于：
根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述预设的误差阈值为20％。
如图2和图3所示，分别是电力载波传输车辆插头电压采样信号的交流充电桩/非车载充电机电能计量装置的示例图。其中，非车载充电机的车辆插头电压采样模块需利用充电机充电电缆已有辅助电源线路供电，交流充电桩车辆插头电压采样模块需充电电缆单独增设一路220V或12V线路供电。用于电能计量的充电电压信号通过电压采样模块供电线路采集并传送至桩内。
具体地，在电动汽车充电桩车辆插头内部增设远程电压采样模块1，在充电桩内部的电能计量表计2中设置如下模块：CPU①、模数转换模块②、电阻分压模块③、运放模块④、电源转换模块⑤和电力载波通信模块⑥。
充电桩在充电过程时，车辆插头处内部增设的远程电压采样模块1可以对插头处(充电贸易结算点)的充电电压进行采样，并将充电电压信号调制转化为载波信号发送至CPU。充电桩内部安装的电能计量表计2通过电力载波通信模块⑥接收远程电压采样模块1发送的充电电压数据。表计2内部分别通过电阻分压模块和运放模块对输出电压信号和输出电流信号进行采集，并经过模数转换模块②将模拟量的信号转化为数字量的输出电压数据和输出电流数据再传输至CPU。CPU利用电力载波通信模块获取所述充电电压信号和输出电流信号，并根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。由基尔霍夫定律可知回路中电流值处处相等，因此能够实现电能计量点和贸易结算点的电能量的统一。
另外，本发明还可以根据电力载波通信模块获取到的车辆插头处的充电电压数据和由电阻分压模块获取到的输出电压数据进行分析充电电缆电压损耗，并与预设的电压损耗阈值进行对比，当超过预设的电压损耗阈值±20％时，则利用输出电压信号和预设损的电压损耗阈值确定电压修正值；并利用电压修正值和输出电流信号确定实际电能量。
本发明的充电桩电能计量装置还包括除了构成电动汽车充电桩实现除电能计量功能外的其他功能的部件，如桩体、充电电缆、显示、保护器件等必要部件。
根据基尔霍夫定律，同一支路电流处处相等，本发明区别于传统电动汽车充电桩电能计量之处在于：通过改变电压采样位置，并根据该位置的电压数据和表计采集的电流数据计算电能量，从而使电能计量点与贸易结算点相统一，提高了充电桩电能计量的准确性。
图4为根据本发明实施方式的电动汽车充电桩的电能计量方法400的流程图。如图4所示，本发明实施方式提供的电动汽车充电桩的电能计量方法400，从步骤401处开始，在步骤401电压采样模块对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据。
在步骤402，电力载波通信模块通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块。
在步骤403，运放模块对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据。
在步骤404，主处理模块根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述方法还包括：
电阻分压模块对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
优选地，其中所述方法还包括：
模数转换模块将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
优选地，其中所述方法还包括：
主处理模块根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
优选地，其中所述预设的误差阈值为20％。
本发明的实施例的电动汽车充电桩的电能计量方法400与本发明的另一个实施例的电动汽车充电桩的电能计量装置100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电桩的电能计量装置，其特征在于，所述装置包括：
电压采样模块，通过电力载波通信模块与主处理模块相连接，用于对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；
电力载波通信模块，用于通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；
运放模块，与主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；
主处理模块，用于根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
电阻分压模块，与所述主处理模块相连接，用于对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
模数转换模块，分别与所述运放模块和电阻分压模块的输出端以及所述主处理模块的输入端相连接，用于将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主处理模块，还用于：
根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预设的误差阈值为20％。
6.一种电动汽车充电桩的电能计量方法，其特征在于，所述方法包括：
电压采样模块对充电插头处的充电电压信号进行采集，获取充电电压数据；
电力载波通信模块通过电力载波信号的方式将所述充电电压数据发送至主处理模块；
运放模块对充电电源输出的电流信号进行采集，获取输出电流数据；
主处理模块根据所述充电电压数据和输出电流数据计算实际电能量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
电阻分压模块对充电电源输出的电压信号进行采集，获取输出电压数据。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
模数转换模块将所述输出电流数据和输出电压数据转换为数字量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
主处理模块根据所述充电电压数据和输出电压数据计算充电电缆的电压损耗，计算所述充电电缆的电压损耗和预设的电压损耗阈值的误差，并当所述误差大于等于预设的误差阈值时，根据所述输出电压数据和所述预设的电压损耗阈值确定电压修正数据，并根据所述电压修正数据和所述输出电流数据计算实际电能量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预设的误差阈值为20％。
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陈文;赵玉祥;孙佳琪;: "电动汽车充电桩远程监测评价方法的研究", 仪表技术, no. 04, pages 25 - 28 *

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CN114325086A (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 北京博电新力电气股份有限公司 充电电能计量方法、装置、设备、介质及计算机程序产品

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