CN208969165U - 基于新型储能元件的智能电能表 - Google Patents

基于新型储能元件的智能电能表 Download PDF

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杨超超
叶鹏
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肖鹏
王栋
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Abstract

本实用新型涉及电子仪表技术领域,具体涉及一种基于新型储能元件的智能电能表,包括电源模块、主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及通信模块,电源模块包括蓄电器件、放电控制电路以及掉电检测电路,通信模块包括宽带载波电路,蓄电器件包括超级电容,掉电检测电路的输入端与交直流转换电路的输出端连接、输出端与放电控制电路的输入端和主控制模块电连接,放电控制电路的输出端与宽带载波电路和主控制模块电连接。通过上述设置,在市电电源停止供电时,超级电容通过放电控制电路对低功耗模块、主控制模块以及宽带载波电路供电,以使主控制模块通过宽带载波电路向关联的采集终端发送掉电信息,并有效避免发送掉电信息完成后浪费电能的情况。

Description

基于新型储能元件的智能电能表
技术领域
本实用新型涉及电子仪表技术领域,具体而言,涉及一种基于新型储能元件的智能电能表。
背景技术
目前,我国已经基本实现了智能电表的全覆盖工作,在实际应用中电表在掉电时时钟电池欠压问题偶有发生,时钟电池欠压将导致停电后电表时间错误、掉电事件漏记等问题。
发明人经研究发现,现有的电表掉电后,由于其中的电池仅用于低功耗模块的工作,而实现掉电信息上报通常需要维持电表中主控制模块和通信模块等的正常工作,进而会消耗过多电能,影响电表的低功耗工作时长。因此,提供一种能够在掉电时实现掉电信息上报,并有效节约电能的电表,进而能够继续维持电表时钟低功耗工作是亟待解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于,提供一种基于新型储能元件的智能电能表以有效改善上述问题。
本实用新型实施例提供了一种基于新型储能元件的智能电能表,包括电源模块、主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及通信模块,所述电源模块、低功耗模块、常规功耗模块和通信模块分别与所述主控制模块电连接;
所述电源模块包括交直流转换电路、掉电检测电路、充电控制电路、蓄电器件以及放电控制电路,所述通信模块包括宽带载波电路,所述蓄电器件包括超级电容,所述交直流转换电路的输入端与市电电源连接、输出端与所述主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及通信模块分别电连接以进行供电,所述掉电检测电路的输入端与所述交直流转换电路的输出端连接、输出端与所述放电控制电路的输入端和主控制模块电连接,所述放电控制电路的输出端与所述宽带载波电路和主控制模块电连接,所述充电控制电路的输入端与所述交直流转换电路的输出端连接、输出端与所述超级电容连接以对所述超级电容充电,所述超级电容与所述放电控制电路连接;
所述掉电检测电路检测到所述交直流转换电路为低电平时向所述放电控制电路和主控制模块分别输出低电平信号,所述主控制模块在接收到所述低电平信号时控制所述常规功耗模块停止运行,所述放电控制电路在接收到所述低电平信号时控制所述超级电容通过该放电控制电路对所述低功耗模块、主控制模块以及宽带载波电路供电,以使所述主控制模块通过所述宽带载波电路向所述采集终端发送掉电信息。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述蓄电器件还包括扣式电池,所述扣式电池与所述放电控制电路连接;
所述放电控制电路在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容的电压大于所述扣式电池的电压时,控制所述超级电容通过该放电控制电路对所述主控制模块、低功耗模块以及宽带载波电路供电;
所述放电控制电路在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容的电压小于所述扣式电池的电压时,控制所述扣式电池通过该放电控制电路对所述主控制模块和低功耗模块供电。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述电源模块还包括升压电路,所述升压电路连接于所述放电控制电路与所述宽带载波电路之间,以对所述超级电容通过所述放电控制电路对所述宽带载波电路进行供电的电压进行升压处理。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述通信模块包括内置通信模块和外置通信模块,所述内置通信模块与所述主控制模块电连接,所述外置通信模块与所述主控制模块可拆卸连接。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述内置通信模块包括红外通信电路、RS485通信电路以及所述宽带载波电路,且所述红外通信电路、RS485通信电路以及宽带载波电路分别与所述主控制模块电连接,所述外置通信模块为微功率无线模块、窄带载波模块或双模通信模块。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述低功耗模块包括时钟电路、存储电路、液晶显示电路以及按键电路,所述时钟电路、存储电路、液晶显示电路以及按键电路分别与所述主控制模块电连接。
可选的,在上述基于新型储能元件的智能电能表中,所述常规功耗模包括电压采样电路、电流采样电路、指示灯电路、液晶背光电路以及报警电路,所述电压采样电路、电流采样电路、指示灯电路、液晶背光电路以及报警电路分别与所述主控制模块电连接。
本实用新型实施例提供的基于新型储能元件的智能电能表,包括电源模块、主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及关联有采集终端的通信模块,电源模块包括蓄电器件、放电控制电路以及掉电检测电路,通信模块包括宽带载波电路,蓄电器件包括超级电容,掉电检测电路的输入端与交直流转换电路的输出端连接、输出端与放电控制电路的输入端和主控制模块电连接,放电控制电路的输出端与宽带载波电路和主控制模块电连接。通过上述设置,以在市电电源停止供电时,超级电容通过放电控制电路对低功耗模块、主控制模块以及宽带载波电路供电,以使主控制模块通过所述宽带载波电路向采集终端发送掉电信息,并有效避免发送掉电信息完成后浪费电能的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型提供的一种基于新型储能元件的智能电能表的应用示意图。
图2为本实用新型提供的一种基于新型储能元件的智能电能表的连接框图。
图3为本实用新型提供的一种基于新型储能元件的智能电能表的另一连接框图。
图4为本实用新型提供的一种基于新型储能元件的智能电能表的另一连接框图。
图标:100-基于新型储能元件的智能电能表;110-电源模块;111-交直流转换电路;112-蓄电器件;112a-超级电容;112b-扣式电池;113-放电控制电路;114-掉电检测电路;115-充电控制电路;116-升压电路;120-主控制模块;130-低功耗模块;131-时钟电路;132-存储电路;133-液晶显示电路;134-按键电路;140-常规功耗模块;141-电压采样电路;142-电流采样电路;143-指示灯电路;144-液晶背光电路;145-报警电路;150-通信模块;151-内置通信模块;151a-宽带载波电路;151b-红外通信电路;151c-RS485通信电路;152-外置通信模块;200-采集终端。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参阅图1,本实用新型提供一种基于新型储能元件的智能电能表100,包括电源模块110、主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及关联有采集终端200的通信模块150,所述电源模块110、低功耗模块130、常规功耗模块140和通信模块150分别与所述主控制模块120电连接。
请结合图2和图3,所述电源模块110包括交直流转换电路111、掉电检测电路114、蓄电器件112、放电控制电路113以及充电控制电路115,所述通信模块150包括宽带载波电路151a,所述交直流转换电路111的输入端与市电电源连接、输出端与所述主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及通信模块150分别电连接以进行供电,所述掉电检测电路114的输入端与所述交直流转换电路111的输出端连接、输出端与所述放电控制电路113的输入端和主控制模块120电连接,所述放电控制电路113的输出端与所述宽带载波电路151a和主控制模块120电连接,所述蓄电器件112包括超级电容112a,所述充电控制电路115的输入端与所述交直流转换电路111的输出端连接、输出端与所述超级电容112a连接以对所述超级电容112a充电,所述超级电容112a与所述放电控制电路113连接。
具体的,在市电电源为正常时,所述交直流转换电路111的输出端输出高电平并能够对所述超级电容112a充电,当所述掉电检测电路114检测到所述交直流转换电路111为高电平时生成一高电平信号并分别发送至所述放电控制电路113和主控制模块120,且所述交直流转换电路111的输出端分别与所述主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及通信模块150连接以进行供电。
在市电电源停止供电时,所述掉电检测电路114检测到所述交直流转换电路111为低电平并向所述放电控制电路113和主控制模块120分别输出低电平信号,所述主控制模块120在接收到所述低电平信号时控制所述常规功耗模块140停止运行,所述放电控制电路113在接收到所述低电平信号时控制所述超级电容112a通过该放电控制电路113对所述低功耗模块130、主控制模块120以及宽带载波电路151a供电,以使所述主控制模块120通过所述宽带载波电路151a向所述采集终端200发送掉电信息。
其中,所述主控制模块120通过所述宽带载波电路151a向所述采集终端200发送掉电信息的具体为,所述主控制模块120通过采用所述宽带载波电路151a以实现通过电力线向所述采集终端200发送掉电信息。所述采集终端200可以是集中器或专变终端,在此不作具体限定。
通过上述设置,以在市电电源停止对所述基于新型储能元件的智能电能表100供电时,所述电源模块110通过所述放电控制电路113对所述低功耗模块130、主控制模块120以及宽带载波电路151a供电,以使所述主控制模块120通过所述宽带载波电路151a向采集终端200发送掉电信息,并有效避免发送掉电信息完成后浪费电能的情况。此外,通过采用所述宽带载波电路151a可以有效保障所述基于新型储能元件的智能电能表100进行通信时的稳定性和成功率。
具体的,所述交直流转换电路111用于将交流电转换为基于新型储能元件的智能电能表100中其它模块能够使正常工作的直流电,例如,可以包括生成多路电压值不同的直流电以供给主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及通信模块150。
所述掉电检测电路114用于检测交直流转换电路111是否有电压输出,当有电压输出时为高电平,没有电压输出时为低电平,即所述掉电检测电路114在检测到交直流转换电路111为低电平时判断所述基于新型储能元件的智能电能表100掉电并向所述主控制模块120和放电控制电路113输出低电平信号,否则输出高电平信号,以使放电控制电路113在接收到低电平信号时获知所述基于新型储能元件的智能电能表100掉电,从而控制蓄电器件112进行放电;当基于新型储能元件的智能电能表100重新上电时,掉电检测电路114重新输出高电平信号至放电控制电路113和主控制模块120,放电控制电路113因此获知电表已上电,从而控制蓄电器件112停止放电。
所述蓄电器件112还可以包括蓄电池或充电电池等,在此不作具体限定。
可选的,在本实施例中,所述蓄电器件112还包括扣式电池112b,所述扣式电池112b与所述放电控制电路113连接。所述放电控制电路113在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容112a的电压大于所述扣式电池112b的电压时,控制所述超级电容112a通过该放电控制电路113对所述主控制模块120、低功耗模块130以及宽带载波电路151a供电。所述放电控制电路113在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容112a的电压小于所述扣式电池112b的电压时,控制所述扣式电池112b通过该放电控制电路113对所述主控制模块120和低功耗模块130供电。
通过上述设置,以在市电电源停止供电一段时间后,所述超级电容112a和扣式电池112b仍能维持电表继续工作,且通过上述设置推迟了所述扣式电池112b的启用时间,甚至避免了所述扣式电池112b的使用,从而了延长扣式电池112b寿命、避免扣式电池112b欠压的情况进而有效保障时钟的准确性。进一步的,在超级电容112a停止供电时,扣式电池112b能够维持所述基于新型储能元件的智能电能表100掉电后低功耗模块130的运行,相比传统的锂亚电池成本更低、性能更好。此外,通过采用所述宽带载波电路151a结合超级电容112a以进行通信,能够在掉电后及时上报掉电信息,上报完成后立即停止向宽带载波电路151a放电,进而能够节约超级电容112a的能量。
需要说明的是,所述宽带载波电路151a正常工作所需电压高于主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140的工作电压。
由于所述宽带载波电路151a与主控制模块120和低功耗模块130所需的电压不同,为实现使所述超级电容112a能够对所述宽带载波电路151a进行供电,在本实施例中,所述电源模块110还包括升压电路116,所述升压电路116连接于所述放电控制电路113与所述宽带载波电路151a之间,以对所述超级电容112a通过所述放电控制电路113对所述宽带载波电路151a进行供电的电压进行升压处理。
在本实施例中,主控制模块120可以用于控制放电控制电路113对升压电路116的电压输出、控制宽带载波电路151a通信、控制低功耗模块130和常规功耗模块140工作等。其中,控制宽带载波电路151a通信包括:在所述基于新型储能元件的智能电能表100掉电后控制所述宽带载波电路151a上报掉电信息,控制低功耗模块130工作包括:在所述基于新型储能元件的智能电能表100掉电后继续维持时钟电路131以及存储电路132等低功耗模块130内的电路正常工作。
所述主控制模块120可以是通用处理器,包括中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU)、网络处理器(Network Processor,NP)等,还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件,在此不作具体限定。
为实现提高所述基于新型储能元件的智能电能表100进行通信稳定性和成功率,在本实施例中,所述通信模块150包括内置通信模块151和外置通信模块152,所述内置通信模块151与所述主控制模块120电连接,所述外置通信模块152与所述主控制模块120可拆卸连接。
通过上述设置,以使所述内置通信模块151和外置通信模块152结合形成双模或三模通信,保障进行通信时的稳定性和成功率。
具体的,在本实施例中,所述内置通信模块151包括红外通信电路151b、RS485通信电路151c以及所述宽带载波电路151a,且所述红外通信电路151b、RS485通信电路151c以及宽带载波电路151a分别与所述主控制模块120电连接,所述外置通信模块152为微功率无线模块、窄带载波模块或双模通信模块。
其中,所述RS485通信电路151c基于RS485通信协议通过专用通信线传输所述基于新型储能元件的智能电能表100的数据和控制命令。所述红外通信电路151b利用红外线传输方式传输所述基于新型储能元件的智能电能表100的数据和控制命令。所述宽带载波电路151a用于通过电力线传输通信数据,尤其是在基于新型储能元件的智能电能表100掉电后上报掉信息。
请结合图4,所述低功耗模块130可以包括但不限于时钟电路131、存储电路132、液晶显示电路133、按键电路134和/或开盖检测电路等。
其中,时钟电路131为所述基于新型储能元件的智能电能表100的计量、数据记录、事件记录提供时间信息,所述存储电路132用于存储上述的记录,所述液晶显示电路133可用于显示上述的记录,所述按键电路134供用户切换电表液晶屏幕的显示项、执行远程合闸等操作,所述开盖检测电路用于检测电表面盖是否被异常开启。
可选的,在本实施例中,所述低功耗模块130包括时钟电路131、存储电路132、液晶显示电路133以及按键电路134,所述时钟电路131、存储电路132、液晶显示电路133以及按键电路134分别与所述主控制模块120电连接。
所述常规功耗模块140可以包括但不限于电压采样电路141、电流采样电路142、指示灯电路143、液晶背光电路144、继电器电路、蜂鸣器电路、脉冲输出电路和/或霍尔传感器电路等。
其中,所述电压采样电路141和电流采样电路142分别用于对所述基于新型储能元件的智能电能表100的进线电压和负载电流进行采样,以便计算所述基于新型储能元件的智能电能表100的功率、电能量、电压等数据,所述指示灯电路143用于指示电表跳闸、异常报警、脉冲频率等状态,所述液晶背光电路144用于在所述基于新型储能元件的智能电能表100未掉电的情况下用户按下对应的按键开关时照亮液晶屏幕,所述继电器电路用于控制用户用电的通断,所述蜂鸣器电路用于异常报警或提示用户操作结果,所述脉冲输出电路用于输出用户的实时电能量消耗信息,所述霍尔传感器电路用于检测电表周边的磁场强度。
可选的,在本实施例中,所述常规功耗模块140包括电压采样电路141、电流采样电路142、指示灯电路143、液晶背光电路144以及报警电路145,所述电压采样电路141、电流采样电路142、指示灯电路143、液晶背光电路144以及报警电路145分别与所述主控制模块120电连接。
可以理解,为便于安装和所述基于新型储能元件的智能电能表100,在本实施例中,所述基于新型储能元件的智能电能表100还包括箱体结构,所述电源模块110、主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及通信模块150分别设置于所述箱体结构内。
综上,本实用新型提供的一种基于新型储能元件的智能电能表100,通过设置电源模块110、主控制模块120、低功耗模块130、常规功耗模块140以及通信模块150,且电源模块110包括交直流转换电路111、蓄电器件112、放电控制电路113以及掉电检测电路114,通信模块150包括宽带载波电路151a,蓄电器件112包括超级电容112a,以在市电电源停止供电时,超级电容112a通过放电控制电路113对低功耗模块130、主控制模块120以及宽带载波电路151a供电,以使主控制模块120通过所述宽带载波电路151a向采集终端200发送掉电信息,并有效避免发送掉电信息完成后浪费电能的情况。
在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接。可以是机械连接,也可以是电连接。可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,包括电源模块、主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及通信模块,所述电源模块、低功耗模块、常规功耗模块和通信模块分别与所述主控制模块电连接;
所述电源模块包括交直流转换电路、掉电检测电路、充电控制电路、蓄电器件以及放电控制电路,所述通信模块包括宽带载波电路,所述蓄电器件包括超级电容,所述交直流转换电路的输入端与市电电源连接、输出端与所述主控制模块、低功耗模块、常规功耗模块以及通信模块分别电连接以进行供电,所述掉电检测电路的输入端与所述交直流转换电路的输出端连接、输出端与所述放电控制电路的输入端和主控制模块电连接,所述放电控制电路的输出端与所述宽带载波电路和主控制模块电连接,所述充电控制电路的输入端与所述交直流转换电路的输出端连接、输出端与所述超级电容连接以对所述超级电容充电,所述超级电容与所述放电控制电路连接;
所述掉电检测电路检测到所述交直流转换电路为低电平时向所述放电控制电路和主控制模块分别输出低电平信号,所述主控制模块在接收到所述低电平信号时控制所述常规功耗模块停止运行,所述放电控制电路在接收到所述低电平信号时控制所述超级电容通过该放电控制电路对所述低功耗模块、主控制模块以及宽带载波电路供电,以使所述主控制模块通过所述宽带载波电路向关联的采集终端发送掉电信息。
2.根据权利要求1所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述蓄电器件还包括扣式电池,所述扣式电池与所述放电控制电路连接;
所述放电控制电路在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容的电压大于所述扣式电池的电压时,控制所述超级电容通过该放电控制电路对所述主控制模块、低功耗模块以及宽带载波电路供电;
所述放电控制电路在接收到所述低电平信号,并在所述超级电容的电压小于所述扣式电池的电压时,控制所述扣式电池通过该放电控制电路对所述主控制模块和低功耗模块供电。
3.根据权利要求2所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述电源模块还包括升压电路,所述升压电路连接于所述放电控制电路与所述宽带载波电路之间,以对所述超级电容通过所述放电控制电路对所述宽带载波电路进行供电的电压进行升压处理。
4.根据权利要求1所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述通信模块包括内置通信模块和外置通信模块,所述内置通信模块与所述主控制模块电连接,所述外置通信模块与所述主控制模块可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述内置通信模块包括红外通信电路、RS485通信电路以及所述宽带载波电路,且所述红外通信电路、RS485通信电路以及宽带载波电路分别与所述主控制模块电连接,所述外置通信模块为微功率无线模块、窄带载波模块或双模通信模块。
6.根据权利要求1所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述低功耗模块包括时钟电路、存储电路、液晶显示电路以及按键电路,所述时钟电路、存储电路、液晶显示电路以及按键电路分别与所述主控制模块电连接。
7.根据权利要求1所述的基于新型储能元件的智能电能表,其特征在于,所述常规功耗模包括电压采样电路、电流采样电路、指示灯电路、液晶背光电路以及报警电路,所述电压采样电路、电流采样电路、指示灯电路、液晶背光电路以及报警电路分别与所述主控制模块电连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112098713A (zh) * 2020-07-31 2020-12-18 宁波三星医疗电气股份有限公司 电能表运行控制方法
CN114063529A (zh) * 2021-11-24 2022-02-18 广州傲视物联网信息技术有限公司 一种通讯机柜的监控系统

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