CN208109932U - 用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置，包括电气测量模块，其耦接至电动汽车供电设备的电能输出端，用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的至少一个电气参数。该装置还包括处理器、电源模块、第一加强隔离模块和第二加强隔离模块。处理器耦接至电气测量模块，用于接收并处理至少一个电气参数。电源模块耦接至电气测量模块，用于向电气测量模块供电。第一加强隔离模块耦接在电气测量模块和处理器之间，用于将电气测量模块与处理器电气隔离，但允许电气测量模块和处理器之间进行通信。第二加强隔离模块耦接在电气测量模块和电源模块之间，用于将电气测量模块与电源模块电气隔离。负载包括电阻负载、电子负载和电动汽车等。

Description

用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置

技术领域

本申请涉及电气测量与检定装置，更具体地，涉及一种用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置。

背景技术

随着电动汽车的普及率逐渐提高，对电动汽车供电设备(electric vehiclesupply equipment，EVSE)的需求也快速增加。充电桩是一种常见的电动汽车供电设备，在充电桩用于商业使用的过程中，充电桩会对其提供给电动汽车的电能进行计量，并根据计量的电能向用户收取费用。通常，充电桩内会配备电能表，以用于计量由充电桩向电动汽车提供的电能。

为了确定充电桩自身计量的电能是否准确，充电桩检定装置被用于对充电桩提供的电能进行检定。通常而言，通过比较充电桩检定装置测量的电能和充电桩计量的电能，能够确定充电桩计量的电能是否准确。

在使用充电桩检定装置对充电桩提供的电能进行检定时，充电桩的充电枪连接到充电桩检定装置的输入端。由于充电枪提供的电能的电压较高，在充电枪连接充电桩检定装置以进行检定操作时，充电桩检定装置的用户接口(例如，触摸板、通信接口、液晶显示屏和按键等)应当工作在较低的电压下，以防止充电枪提供的较高电压影响检定装置的正常工作。

实用新型内容

本申请的一个目的在于提供一种用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置，在测量电能的同时解决因电动汽车供电设备提供的高电压对检定装置正常工作可能造成的影响。

根据本申请的一个方面，提供一种用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置。所述装置包括电气测量模块，其被耦接至所述电动汽车供电设备的电能输出端，用于测量从所述电动汽车供电设备向负载递送的电能的至少一个电气参数。所述装置还包括处理器和电源模块。所述处理器被耦接至所述电气测量模块，用于接收并处理所述至少一个电气参数；所述电源模块被耦接至所述电气测量模块，用于向所述电气测量模块供电。所述装置还包括第一加强隔离模块和第二加强隔离模块。所述第一加强隔离模块被耦接在所述电气测量模块和所述处理器之间，用于将所述电气测量模块与所述处理器电气隔离，但允许所述电气测量模块和所述处理器之间进行通信。所述第二加强隔离模块被耦接在所述电气测量模块和所述电源模块之间，用于将所述电气测量模块与所述电源模块电气隔离。

在某一实施例中，所述第一加强隔离模块包括电磁耦合隔离器或光学耦合隔离器等。

在某一实施例中，所述第二加强隔离模块包括直流隔离供电模块。

在某一实施例中，所述电气测量模块包括：电流测量子模块，其用于测量由所述电动汽车供电设备输出的电流；以及电压测量子模块，其用于测量由所述电动汽车供电设备输出的电压。

在某一实施例中，所述电流测量子模块包括电流传感器，所述电流传感器用于测量所述电动汽车供电设备输出的电流并生成与被测电流成比例的电流信号。

在某一实施例中，所述电流测量子模块还包括电流采样电路，其被耦接至所述电流传感器，用于对由所述电流传感器生成的电流信号进行采样，并生成电流采样信号。所述电流测量子模块还包括第一放大电路，其被耦接至所述电流采样电路，用于放大所述电流采样信号。所述电流测量子模块还包括第一模数转换器，其被耦接在所述第一放大电路和所述第一加强隔离模块之间，用于将所述放大的电流采样信号转换成第一数字信号，并将所述第一数字信号经由所述第一加强隔离模块发送至所述处理器。

在某一实施例中，所述装置还包括电源调整模块，所述电源调整模块耦接到所述第二加强隔离模块，用于调节由所述电源模块经由所述第二加强隔离模块提供的电源，其中所述电源调整模块包括第一低压差线性稳压器，其被耦接在所述电流传感器的正输入端和所述第二加强隔离模块的电压输出之间，用于生成对所述电流传感器的正供电电压。所述电流测量子模块还包括反相转换器，其被耦接于所述第二加强隔离模块的电压输出，用于对所述第二加强隔离模块的电压输出进行反相。所述电流测量子模块还包括第二低压差线性稳压器，其被耦接在所述电流传感器的负输入端和所述反相转换器的输出端之间，用于生成对所述电流传感器的负供电电压。

在某一实施例中，所述电压测量子模块包括分压器，其被耦接至所述电动汽车供电设备，用于生成与所述电动汽车供电设备输出的电压成比例的电压信号。

在某一实施例中，所述电压测量子模块还包括第二放大电路，其被耦接至所述分压器，用于放大由所述分压器生成的电压信号。所述电压测量子模块还包括第二模数转换器，其被耦接在所述第二放大电路和所述第一加强隔离模块之间，用于将所述放大的电压信号转换成第二数字信号，并将所述第二数字信号经由所述第一加强隔离模块发送至所述处理器。

本申请的检定装置具有耦接在电气测量模块和处理器之间的第一加强隔离模块和耦接在电气测量模块和电源模块之间的第二加强隔离模块。通过两个加强隔离模块的设置，例如处理器、用户接口等部件能够与对高电压电路进行测量的电气测量模块电气隔离，从而避免电动汽车供电设备提供的高电压对检定装置中的这些低压器件正常工作的影响。此外，隔离的高压也可以减少操作人员操作时的安全隐患。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了根据本申请一个实施例的电动汽车供电设备检定场景10的示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的检定装置200的示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

图1示出了根据本申请一个实施例的电动汽车供电设备检定场景10的示意图。如图1所示，电动汽车供电设备检定场景10包括电动汽车供电设备(电动汽车供电设备)100、检定装置200和负载300。电动汽车供电设备100的电源输出端连接检定装置200的输入端，检定装置200的输出端连接负载的输入端。在电动汽车供电设备100输出电源为负载300充电时，检定装置200能够测量电动汽车供电设备100输出的电能的电气参数，以用于确定电动汽车供电设备100自身计量的电能是否准确。在一些实施例中，负载300可以包括电动汽车中的电池，或者其它独立的电子负载和电阻负载。在某些实施例中，检定装置200中可以包括负载，该负载可以模拟例如汽车电池的工作，因此不需要连接额外的负载300即可以用于电动汽车供电设备100的检定。

图2示出了根据本申请一个实施例的检定装置200。检定装置200包括电气测量模块201，电气测量模块201被耦接至如图1所示的电动汽车供电设备100的电源输出端，以用于测量从电动汽车供电设备100向负载300递送的电能的至少一个电气参数。

如图2所示，电气测量模块201包括正极输入401和负极输入402，以分别耦接直流充电桩的正极输出和负极输出。例如，检定装置200可以通过与充电桩的输出接口相匹配的接口连接到充电桩，从而使得正极输入401和负极输入402分别与充电桩的正极输出和负极输出耦接。在某些实施例中，电气测量模块包括电能表，其可以直接测得由电动汽车供电设备100提供的电源的电能值，以用于与由电动汽车供电设备100测得的电能值进行比较，从而完成对电动汽车供电设备100进行检定。在图2所示的实施例中，电气测量模块201分别测量由电动汽车供电设备100提供电能的电流和电压，并根据测得的电流和电压计算具体的电能值，从而用于电动汽车供电设备100的检定。下文将详细描述用于分别测量电流和电压的子模块。可以看到，在所述的实施例中，检定装置200用于测量例如直流电源的电压和电流等至少一个电气参数。在图2所示的实施例中，电动汽车供电设备100是直流充电设备，因而其提供直流输出电源。根据不同的需要，电动汽车供电设备100能够提供直流输出电源或者交流输出电源。相应地，在其它的实施例中，本领域技术人员可以根据电动汽车供电设备100提供电源类型的不同，在检定装置200中设计具体的电气测量模块以进行测量。例如，在一些实施例中，检定装置200可以具有交流形式的电气测量模块，以用于测量交流充电桩提供的交流电源的电气参数。

继续参考图2，检定装置200还包括处理器202，处理器202被耦接至电气测量模块201，以用于接收并处理由电气测量模块201测得的电气参数。在一些实施例中，处理器202可以被实现为微控制单元(MCU)，或者可以实现为FPGA或ASIC或者其他形式的集成电路。在某些实施例中，处理器202还与用户接口耦接，用户接口例如包括通信接口、触摸板、液晶显示屏和按键等，用于与用户或其他电子设备或组件进行交互。在某一实施例中，处理器202基于电气测量模块201测得的电流和电压，计算得到电动汽车供电设备100提供的电能(例如功率或者一定时间范围内的能量)，并将电压、电流和/或电能值显示在液晶显示屏上，以供操作人员参考。基于电流、电压计算电能的处理可以基于W＝U*I*t的原理进行计算，其中W表示电能值，U表示电压，I表示电流，而t表示电能值计算的时间段。

在某一实施例中，检定装置200能够通过另一输入端接收由电动汽车供电设备100提供的、指示电动汽车供电设备100计量的电量的电能脉冲，并将接收的电能脉冲与检定装置200自身计算获得电能进行比较，从而得到电能误差值，并将误差值显示在液晶显示屏上。在另一实施例中，操作人员可以人工读取电动汽车供电设备100测得的电能值，并通过触摸板或按键将该电能值输入至检定装置200，处理器202将输入的电能值与其自身计算获得的电能值进行比较，从而得到电能误差值，并将误差值显示在液晶显示屏上。本领域技术人员可以理解，处理器202能够具有除上述以外的其它功能，在此不作赘述。

检定装置200还包括电源模块203。在某些实施例中，电源模块203包括整流器，整流器将外部交流电源(例如工频电)输入到检定装置200的交流电转换成直流电，以用于向检定装置202的各个模块或部件(例如，电气测量模块201和处理器202等)供电。在可选的实施例中，电源模块203也可以包括电池，电池可以存储电能，并在外部电源不可用的情况下向检定装置的各个模块或部件供电。在一些替代的实施例中，电源模块203也可以仅包括电池，也即单独由电池来进行供电。

检定装置200还包括加强隔离模块205。加强隔离模块205被耦接在电气测量模块201和电源模块203之间，以用于将电气测量模块201与电源模块203电气隔离。加强隔离模块205具有较高的隔离性能参数(例如包括隔离等级、额定工作电压、瞬间抑制性等)，以满足检定装置200的电气隔离要求。在某些实施例中，加强隔离模块205具有CAT III 300V，DC1000V以上的隔离等级，6kV RMS以上的耐压。在某一实施例中，加强隔离模块205包括直流隔离供电模块，直流隔离供电模块在电气隔离电气测量模块201和电源模块203的同时，将电源模块203提供的直流电源转换成为电气测量模块201供电的另一直流电源，其中这两个直流电源可以具有相同或不同的电压。

仍参考图2所示，检定装置200还包括加强隔离模块204，其被耦接在电气测量模块201和处理器202之间。加强隔离模块204能够将电气测量模块201与处理器202电气隔离，以保护处理器202以及与处理器202耦接的其它电路或模块。此外，加强隔离模块204仍允许电气测量模块201和处理器202之间进行通信，以使得处理器202能够接收来自电气测量模块201的信号，或向电气测量模块201发送信号。加强隔离模块204具有较高的隔离性能参数(例如包括隔离等级、额定工作电压、瞬间抑制性等)，以满足检定装置200中严格的电气隔离要求。在某些实施例中，加强隔离模块204具有CAT III 300V、DC1000V以上的隔离等级，6kV RMS以上的耐压。在某一实施例中，加强隔离模块204包括电磁耦合隔离器，电磁耦合隔离器通过电磁感应原理在电气测量模块201和处理器202之间传递信号，而同时隔绝电气测量模块201和处理器202之间的电连接。可以理解，本领域技术人员可以根据实际需要，采用能够实现上述功能的其它隔离器，例如光学耦合隔离器。

如前所述，电气测量模块201包括电压测量子模块和电流测量子模块，以分别测量电动汽车供电设备100输出的电压和电流。

参考图2，电压测量子模块包括分压器403，分压器403耦接至电动汽车供电设备100，用于生成与电动汽车供电设备100输出的电压成比例的电压信号。在图2中，分压器403耦接在正极输入401和负极输入402之间，以将电动汽车供电设备100提供的高电压转换成能够被后续处理的低电压信号。应当理解，图2仅示例性地示出了一种示例性分压器403，在可替换的实施例中，可以使用具有其它等同结构和功能的分压器。电压测量子模块还包括放大电路404和模数转换器(ADC)405。放大电路404被耦接至分压器403，以放大由分压器403生成的电压信号。ADC 405被耦接至放大电路404，以将放大的电压信号转换成电压数字信号，其例如是指示电压幅度的数字信号。该电压数字信号经由加强隔离模块204而被处理器202接收，以用于后续的电能计算。

电流测量子模块包括电流传感器406，电流传感器406能够测量电动汽车供电设备100输出的电流并生成与被测电流成比例的电流信号。在某些实施例中，电流传感器406可以是分流器、电磁式电流互感器或电子式电流互感器等。在图2中，电流测量子模块包括电流采样电路407，其被耦接至电流传感器406，以用于对由电流传感器406生成的电流信号进行采样，并生成随电动汽车供电设备100输出的电流变化的电流采样信号。在一些实施例中，电流采样电路407可以包括采样电阻，电流采样信号可以是被采样电阻转换成的电压信号。电流测量子模块还包括放大电路408和模数转换器409。放大电路408被耦接至电流采样电路407，以用于放大电流采样信号。模数转换器409被耦接至放大电路408，以将放大的电流采样信号转换成电流数字信号，其例如是指示电流幅度的数字信号。该电流数字信号经由加强隔离模块204而被处理器202接收，以用于后续的电能计算。

可以理解，由于加强隔离模块204的特性，加强隔离模块204能够在对测量模块201和处理器202进行电气隔离的情况下，将电压数字信号和电流数字信号从电气测量模块201传递到处理器202。处理器202基于接收的电压和电流数字信号用于后续操作。

在某些实施例中，电气测量模块201还包括电源调整模块413，其耦接到加强隔离模块205，用于调节由电源模块203经由加强隔离模块205提供的电源，例如改变电源的电压。电源调整模块413调节输出的电压可以用于为电气测量模块201的一些部件供电。如图2所示，电源调整模块413包括低压差线性稳压器410，其接收加强隔离模块205的电压输出，以生成对电流传感器的正供电电压。电源调整模块413还包括反相转换器411和低压差线性稳压器412，反相转换器411被耦接至加强隔离模块205的电压输出，以对加强隔离模块205的电压输出进行反相。低压差线性稳压器412被耦接至反相转换器411，以生成对电流传感器的负供电电压。在某一实施例中，低压差线性稳压器410生成的正电压和低压差线性稳压器412生成的负电压被分别耦接至电流传感器406的正输入端和负输入端，以用于为电流传感器406供电。可以理解，低压差线性稳压器410和412提供的正和负供电电压能够被耦接至电气测量模块中的需要提供电源的其它部件，在此不再逐一描述。

在运行时，该检定装置200可以连接到电动汽车供电设备，并且通过电气测量模块201采集并获得电动汽车供电设备输出的电压和电流的测量值。之后，该测量值会通过加强隔离模块204提供给处理器202，并且由处理器202计算确定输出的电能值。在此过程中，电源模块203通过加强隔离模块205向电气测量模块201的至少一部分进行供电，从而使得电气测量模块201能够正常工作。可以看出，两个加强隔离模块204和205将检定装置200大体分为了高压部分和低压部分，其中高压部分包括电气测量模块201以及其他模块，而低压部分包括处理器202和电源模块203。上述高压部分和低压部分的隔离大大提高了检定装置200的安全性和可靠性。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了检定装置的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本申请的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (12)

1.一种用于测量从电动汽车供电设备向负载递送的电能的装置，其特征在于，所述装置包括：

电气测量模块，其被耦接至所述电动汽车供电设备的电能输出端，用于测量从所述电动汽车供电设备向负载递送的电能的至少一个电气参数；

处理器，其被耦接至所述电气测量模块，用于接收并处理所述至少一个电气参数；

电源模块，其被耦接至所述电气测量模块，用于向所述电气测量模块供电；

第一加强隔离模块，其被耦接在所述电气测量模块和所述处理器之间，用于将所述电气测量模块与所述处理器电气隔离，但允许所述电气测量模块和所述处理器之间进行通信；以及

第二加强隔离模块，其被耦接在所述电气测量模块和所述电源模块之间，用于将所述电气测量模块与所述电源模块电气隔离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一加强隔离模块包括电磁耦合隔离器或光学耦合隔离器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二加强隔离模块包括直流隔离供电模块。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电气测量模块包括：

电流测量子模块，其用于测量由所述电动汽车供电设备输出的电流；以及

电压测量子模块，其用于测量由所述电动汽车供电设备输出的电压。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电流测量子模块包括电流传感器，所述电流传感器用于测量所述电动汽车供电设备输出的电流并生成与被测电流成比例的电流信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流测量子模块还包括：

电流采样电路，其被耦接至所述电流传感器，用于对由所述电流传感器生成的电流信号进行采样，并生成电流采样信号；

第一放大电路，其被耦接至所述电流采样电路，用于放大所述电流采样信号；以及

第一模数转换器，其被耦接至所述第一放大电路，用于将所述放大的电流采样信号转换成第一数字信号，并将所述第一数字信号经由所述第一加强隔离模块发送至所述处理器。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源调整模块，所述电源调整模块耦接到所述第二加强隔离模块，用于调节由所述电源模块经由所述第二加强隔离模块提供的电源，其中所述电源调整模块包括：

第一低压差线性稳压器，其被耦接在所述电流传感器的正输入端和所述第二加强隔离模块的电压输出之间，用于生成对所述电流传感器的正供电电压；

反相转换器，其被耦接于所述第二加强隔离模块的电压输出，用于对所述第二加强隔离模块的电压输出进行反相；以及

第二低压差线性稳压器，其被耦接在所述电流传感器的负输入端和所述反相转换器的输出端之间，用于生成对所述电流传感器的负供电电压。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电压测量子模块包括：

分压器，其被耦接至所述电动汽车供电设备，用于生成与所述电动汽车供电设备输出的电压成比例的电压信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电压测量子模块还包括：

第二放大电路，其被耦接至所述分压器，用于放大由所述分压器生成的电压信号；以及

第二模数转换器，其被耦接在所述第二放大电路和所述第一加强隔离模块之间，用于将所述放大的电压信号转换成第二数字信号，并将所述第二数字信号经由所述第一加强隔离模块发送至所述处理器。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一加强隔离模块包括电磁耦合隔离器或光学耦合隔离器，所述第二加强隔离模块包括直流隔离供电模块。

11.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电压测量子模块包括：

分压器，其被耦接至所述电动汽车供电设备，用于生成与所述电动汽车供电设备输出的电压成比例的电压信号。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电压测量子模块还包括：

第二放大电路，其被耦接至所述分压器，用于放大由所述分压器生成的电压信号；以及

第二模数转换器，其被耦接在所述第二放大电路和所述第一加强隔离模块之间，用于将所述放大的电压信号转换成第二数字信号，并将所述第二数字信号经由所述第一加强隔离模块发送至所述处理器。