CN202153235U - 双向直流电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双向直流电能表，涉及电能计量领域，它包括计量单元、CPU控制单元、液晶屏和电源电路，所述计量单元、CPU控制单元均与电源电路相连，所述CPU控制单元分别与计量单元和液晶屏相连，它还包括均与CPU控制单元相连的第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路，所述第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路还均与电源电路相连。本实用新型的可靠性高、精度高、使用寿命长，适应电压范围宽，适用于额定电压750V以内的直流电能的计量，且整机出厂后无须调整，可广泛应用于电动汽车充电站、充电桩等直流大电流的计量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能计量领域，特别是涉及一种双向直流电能表。
背景技术
在能源和环境的巨大压力下，人类在不断地寻求清洁的代用燃料，以改善日益恶化的交通排放现状，电动汽车逐渐成为各国政府和汽车制造商关注的焦点，人们不遗余力地展开对电动汽车的研究，试图使其成为新世纪汽车的发展主流。当代融合多种高新技术而兴起的蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车及燃料电池汽车正在引发世界汽车工业的一场革命，展现了汽车工业的光明未来。所以，美、日以及一些欧盟国家相继推出专项研究计划，以期推动电动汽车的发展。
对以蓄电池作为能源系统的电动汽车来讲，蓄电池充电站、充电桩是不可缺少的子系统之一，它的功能是将电网的电能转化为电动汽车车载蓄电池的电能。电动汽车实现商品化所面临的挑战之一，就是如何使它的用户在蓄电池电能用完之后，能够快速和方便地再充电使用。
针对我国的国情，要缓解城市交通的压力，同时又要注意对环境的保护，降低城市大气和噪音的污染，必然要大力的发展电动公交系统，因此，研制大功率的电动汽车用非车载智能充电站、充电桩就成为必然的需求。充电站、充电桩在进行充电时，需要具有对电流、电压、电量等参数进行监测、计量和显示功能的仪表。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种双向直流电能表，它可靠性高、精度高、使用寿命长，适应电压范围宽，适用于额定电压750V以内的直流电能的计量，且整机出厂后无须调整，可广泛应用于电动汽车充电站、充电桩等直流大电流的计量。
本实用新型提供的双向直流电能表，它包括计量单元、CPU控制单元、液晶屏和电源电路，所述计量单元、CPU控制单元均与电源电路相连，所述CPU控制单元分别与计量单元和液晶屏相连，它还包括均与CPU控制单元相连的第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路，所述第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路还均与电源电路相连。
在上述技术方案中，所述计量单元的主芯片采用ATT7053芯片。
在上述技术方案中，它还包括印刷电路板，所述CPU控制单元、计量单元、液晶屏、第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路均集成在所述印刷电路板上。
在上述技术方案中，它还包括外壳，所述印刷电路板封装在所述外壳内部。
在上述技术方案中，所述印刷电路板通过自攻螺丝固定。
在上述技术方案中，它还包括LED指示灯，所述LED指示灯与CPU控制单元相连。
在上述技术方案中，它还包括数据保存电路，所述数据保存电路与CPU控制单元相连。
本实用新型工作时，电压、电流经传感器件转换为采样信号，通过滤波处理后送入计量单元(ATT7053芯片)，计量单元(ATT7053芯片)将能量信号转化为脉冲信号，送到CPU控制单元，进行电量脉冲采集、电量累计和各项计算分析处理，其结果保存在数据保存电路中；同时CPU控制单元完成抄表、LCD显示等功能。此外，本实用新型还带有温度补偿电路芯片，保证时钟在标称温度下时钟日误差小于0.5s/d，测量精度高；数据安全性上采用冗余设计，数据采用多重备份，确保计量数据可靠；具有二个RS485通信接口，通信接口物理层彼此独立，一个通信信道的损坏不影响另一个信道。
综上所述，本实用新型的可靠性高、精度高、使用寿命长，适应电压范围宽，适用于额定电压750V以内的直流电能的计量，且整机出厂后无须调整，可广泛应用于电动汽车充电站、充电桩等直流大电流的计量。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
参见图1所示，本实用新型实施例提供的双向直流电能表，它包括电源电路、计量单元(主芯片采用ATT7053芯片)、CPU控制单元、第一RS485通讯电路、第二RS485通讯电路、液晶屏、LED指示灯和数据保存电路，计量单元、CPU控制单元、第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路均与电源电路相连，CPU控制单元分别与计量单元、第一RS485通讯电路、第二RS485通讯电路、液晶屏、LED指示灯和数据保存电路相连。本实用新型实施例的外壳内设置有PCB板(Printed Circuit Board，印刷电路板)，CPU控制单元、计量单元、液晶屏、第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路均集成在PCB板上，整个PCB板封装在外壳内部，并通过自攻螺丝固定。
下面详细说明本实用新型实施例的工作原理。
计量单元(主芯片为ATT7053芯片)，一方面对输入的零线电流、火线电流、电压进行电能计量，转换成电能脉冲，经光电隔离后，送到CPU控制单元进行计量，反向电路亦转成正向电能计量；另一方面，经用电脉冲输出电路送到电能表的信号接线端上，便于检测和外部远传使用。计量单元同时对电压和电流采样，经过运算把实时的功率和功率因数等电网参数送入CPU控制单元。
CPU控制单元对电量进行计量，并把数据通过液晶屏显示出来。CPU控制单元是电能表的核心，包括4MHz的XT晶体时钟振荡电路，内部有硬件看门狗，硬件上按要求采用分时复用技术，实现计算和控制。
液晶屏通过CPU控制单元直接驱动显示，显示电能表剩余电量，累计电量，当前功率，通讯状态和电表工作状态等内容。
数据保存电路采用Microchip E2ROM 24LC256芯片，可擦写1000万次，用于保存电费、电量、编号等数据和状态。
电源电路的电源变压器采用三个2VA/3绕组，一个绕组输出9V/20mA供给第一RS485通讯电路，一个绕组输出9V/20mA供给第二RS485通讯电路，一个绕组输出10.5V/120mA供给CPU控制单元和计量单元，整流后的电压直接送给数据保存电路。电源变压器的初级绕组与CPU控制单元的绕组间隔离电压大于4000V，计量单元的绕组与CPU控制单元的绕组之间隔离电压大于4000V，初级绕组与计量单元的绕组及RS485接口绕组间隔离电压大于2000V，电源电路设计须考虑420V电压情况，78L05前电压不能超过36V，另外电源变压器的初级绕组需串连一个热敏电阻，以保障高电压下不损坏。
计量单元的电磁兼容性和抗干扰由ATT7053芯片和布局决定，整个CPU控制单元与计量单元的信号传输采用光电隔离，隔离电压大于4000V，同时还要注意电路板的物理隔离。在输入电压线路的火线、零线上加有压敏电阻，目的是阻止雷击和高频脉冲传入CPU控制单元，干扰CPU控制单元工作。
本实用新型实施例的主要功能如下：
1、计量功能
1.1电量计量
(1)具有双向直流电能计量功能，能存储其数据。
(2)具有分时计量功能，有功电能量按相应的时段分别累计、存储总、尖、峰、平、谷电能量。
(3)能存储上12个月的总电能和各费率电能量；数据存储分界时刻为月末24时，或在每月1号至28号内的整点时刻。
1.2电量冻结
电量冻结可以冻结正向(反向)有功及尖、峰、平、谷电量，具体分为以下几种情况：
(1)定时冻结：电表按照用户约定的时间及间隔冻结电能量数据；每个冻结量保存12次。
(2)瞬时冻结：在非正常情况下，冻结当前的日历、时间、所有电能量和有功功率的数据；瞬时冻结量保存最后3次的数据。
(3)约定冻结：在新老两套费率/时段转换、阶梯电价转换或电力公司认为有特殊需要时，冻结转换时刻的电能量以及其他重要数据，保存最后2次冻结数据。
(4)日冻结：存储每天零点时刻的电能量，存储60天的数据。
(5)整点冻结：存储整点时刻或半点时刻的有功总电能和无功总电量以及冻结时间，可存储96个数据。
冻结内容及对应的数据标识均符合DL/T 645-2007及其备案文件要求，冻结电量可通过用户卡、检查卡或其它通信接口抄出，便于进行用电量分析和线损统计。
2、费率和时段及电价方案
2.1电能表采用硬件带温度自动补偿时钟设计，在参比温度、参比电压下，计时准确度优于0.5s/d。
2.2日历、时钟和费率时段及电价方案均可通过RS485、红外数据接口等进行设置和调整，设置时需按下编程键，进入编程状态。
2.3具有两套费率时段表，可在约定的时刻自动转换。
2.4每套费率表包括两个时区，在一个自然日内至少可编程设置4种费率和8个时段，时段设置的最小时间间隔为15分钟，时段可跨越零点设置。
3、电力参数测量及监测
智能电表能测量、记录、显示当前电压、电流、有功功率等运行参数，测量误差(引用误差)±1％以内。
4、事件记录
电量的事件记录功能可以记录对电表的编程和清零操作、以及电表运行状态，具体分为以下几种情况：
4.1永久记录电能表清零事件的发生时刻及清零时的电能量数据。
4.2记录编程总次数、最近10次编程的时刻、操作者代码、编程项的数据标识。
4.3记录校时总次数(不包含广播校时)，最近10次校时的时刻、操作者代码。
4.4记录掉电的总次数，最近10次掉电发生及结束的时刻。
4.5记录开表盖总次数，最近10次开表盖事件的发生、结束时刻。事件记录可通过通信接口抄出，便于进行统计分析。
5、计时功能
采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路，具有日历、计时、闰年自动转换功能；内部时钟端子输出频率为1Hz。在-25℃～+60℃的温度范围内，时钟准确度不大于±1s/d；在参比温度(23℃)下，时钟准确度不大于±0.5s/d。电能表可接受的广播校时范围不大于5min；广播校时无需编程键和通讯密码配合；每天只允许校对一次，且应避免在电能表执行冻结或结算数据转存操作前后5min内进行。
6、显示功能
6.1显示
该电能表采用大屏幕宽温中文字符液晶显示，具有防紫外线功能，在正常使用情况下，LCD寿命大于10年。
6.1.1电能表具备自动循环显示和按键两种显示方式；自动循环显示时间间隔可设置在5～20秒；按键显示时，LCD应启动背光，带电时无操作60s后自动关闭背光。
6.1.2停电显示
(1)停电后，液晶显示自动关闭；
(2)液晶显示关闭后，可用按键或其他方式唤醒液晶显示；唤醒后如无操作，自动循环显示一遍后关闭显示；按键显示操作结束30秒后关闭显示。
6.2指示灯显示
(1)脉冲指示灯：红色，平时灭，计量直流电能时闪烁；
(2)报警指示灯：红色，正常时灭，报警时常亮。
7、通讯功能
7.1具有二个RS485通信接口，通信接口物理层彼此独立，一个通信信道的损坏不影响另一个信道。
7.2电能表通过通信接口可以与手持终端、数据采集器、检测设备、计算机等进行数据传输、广播对时、设置、抄读、编程、管理等。通讯规约符合DL/T645-2007标准。
7.3RS485通信接口和电能表内部电路实现电气隔离，有效保护电路。RS485通信接口通过电气性能、抗干扰试验，符合DL/T 614-2007的要求。
7.4RS485通信传输速率允许在1200bps、2400bps、4800bps、9600bps中选择，缺省设置为2400bps。
8、端口输出
8.1电能表具备与所计电能成正比的光脉冲测试输出和电脉冲测试输出功能。
8.2光脉冲测试输出装置的特性符合GB/T17215.211-2006的要求。
8.3电脉冲测试输出为光隔离无源输出，脉宽为80ms±20ms，输出装置的特性符GB/T15284-2002的要求。
8.4电能表具备秒时间信号输出端子。
9、报警功能
9.1当电能表出现故障时，在循环显示第一项显示报警代码或报警提示，并且LCD背光灯持续点亮。
9.2当电能表出现故障时，显示出错信息码(用Err-XX表示)：
(1)Err-04表示时钟电池电压低；
(2)Err-08表示时钟故障。
10、编程密码和安全保护
电能表具备编程开关和编程密码双重防护措施，以防止非授权人进行编程操作，仅在允许编程状态才能进行编程操作，广播校时和读表操作不受编程开关的控制。
10.1编程开关
(1)编程开关采用按键式设计，且只有在打开封印后方能触及到编程开关。
(2)在可编程状态下，若240分钟内没有任何操作，电能表将
自动关闭编程状态。
10.2编程密码
(1)电能表需先通过编程密码验证，才能执行编程或其他特殊操作。
(2)密码采用两级管理，每一级密码由6位阿拉伯数字组成；密码权限等级不同，可执行的操作不同。
(3)具有高等级密码权限的人员，可修改低等级密码，并执行低等级密码的所有操作。
(4)如果连续3次密码输入错误，电能表将自动关闭编程功能24小时。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种双向直流电能表，它包括计量单元、CPU控制单元、液晶屏和电源电路，所述计量单元、CPU控制单元均与电源电路相连，所述CPU控制单元分别与计量单元和液晶屏相连，其特征在于：它还包括均与CPU控制单元相连的第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路，所述第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路还均与电源电路相连。
2.如权利要求1所述的双向直流电能表，其特征在于：所述计量单元的主芯片采用ATT7053芯片。
3.如权利要求1所述的双向直流电能表，其特征在于：它还包括印刷电路板，所述CPU控制单元、计量单元、液晶屏、第一RS485通讯电路和第二RS485通讯电路均集成在所述印刷电路板上。
4.如权利要求3所述的双向直流电能表，其特征在于：它还包括外壳，所述印刷电路板封装在所述外壳内部。
5.如权利要求4所述的双向直流电能表，其特征在于：所述印刷电路板通过自攻螺丝固定。
6.如权利要求1所述的双向直流电能表，其特征在于：它还包括LED指示灯，所述LED指示灯与CPU控制单元相连。
7.如权利要求1至6中任一项权利要求所述的双向直流电能表，其特征在于：它还包括数据保存电路，所述数据保存电路与CPU控制单元相连。
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