一种通用型充电站充电计量装置及其计量方法与流程

本发明涉及智能充电站技术领域，尤其是一种通用型充电站充电计量装置及其计量方法。

背景技术：

随着新能源技术的发展，电动汽车和插电式混动汽车销量逐年上升。随之配套的充电站也以快速的速度在全国开始建设。在给新能源汽车进行充电时，对于电量的计量是一个关键的步骤，这直接关系到充电缴费多少的问题。现有的充电计量方法均为通过采集充电数据对充电电量进行直接计算，这种方法存在明显的缺点：当充电过程的充电电流或电压发生干扰波动或者其信号采集过程出现干扰波动，均会对计量结果产生直接的干扰，导致计量的电量与实际的充电电量出现较大偏差，这一偏差有时会达到1%甚至更大，使得即便使用高标准电度表，充电计量准确度也无法提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种通用型充电站充电计量装置及其计量方法，能够解决现有技术的不足，提高了充电站充电计量的准确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种通用型充电站充电计量装置，包括，

充电站放电电流监控模块，用于检测充电站放电电流；

充电站放电电压监控模块，用于检测充电站放电电压；

充电站放电功率监控模块，用于检测充电站放电功率；

蓄电池充电电流监控模块，用于检测蓄电池充电电流；

蓄电池充电电压监控模块，用于检测蓄电池充电电压；

蓄电池充电功率监控模块，用于检测蓄电池充电功率；

对比模块，分别与充电站放电电流监控模块、充电站放电电压监控模块、充电站放电功率监控模块、蓄电池充电电流监控模块、蓄电池充电电压监控模块、蓄电池充电功率监控模块通讯连接，用于将充电站一端采集的数据与蓄电池一端采集的数据进行对比；

纠错模块，与对比模块通讯连接，用于对比结果的纠错；

计量模块，与纠错模块通讯连接，用于计量充电量。

一种上述的通用型充电站充电计量装置的计量方法，包括以下步骤：

a、充电站放电电流监控模块、充电站放电电压监控模块和充电站放电功率监控模块分别对充电站的放电过程进行监控，并将监控结果发送至对比模块；

b、蓄电池充电电流监控模块、蓄电池充电电压监控模块和蓄电池充电功率监控模块分别对蓄电池充电过程进行监控，并将监控结果发送至对比模块；

c、对比模块将放电电流与充电电流进行对比，得到电流偏差波形图；

d、对比模块将放电电压与充电电压进行对比，得到电压偏差波形图；

e、对比模块将放电功率与充电功率进行对比，得到功率偏差波形图；

f、纠错模块对电流偏差波形图、电压偏差波形图和功率偏差波形图进行纠错处理；

g、计量模块使用经过步骤f纠错后的数据进行电量计量。

作为优选，步骤c中，在放电电流中注入周期性的检测信号，检测信号包括一个低频部，低频部的两侧对称设置有高频部，在低频部和高频部分别选取若干个特征区域，并在充电电流中对特征区域进行捕捉；

对放电电流中的特征区域与充电电流中的特征区域进行时域对比，得出时域映射关系集合，将时域映射关系集合中的时域映射关系进行分类，对每一类时域映射关系进行拟合，得出时域映射拟合关系；

对放电电流中的特征区域与充电电流中的特征区域进行频域对比，得出频域映射关系集合，将频域映射关系集合中的频域映射关系进行分类，对每一类频域映射关系进行拟合，得出频域映射拟合关系；

根据时域映射拟合关系和频域映射拟合关系对充电电流进行修正，使用修正后的充电电流与放电电流进行对比，得出电流偏差波形图。

作为优选，步骤c中，对时域映射关系进行分类时，选取若干个标准时域映射关系，然后采用各个时域映射关系与标准时域映射关系之间的重合点数量和相邻重合点之间的平均变化率的差异值进行分类，当重合点数量超过设定阈值且相邻重合点之间的平均变化率的差异值小于设定阈值时，将目标时域映射关系与对应的标准时域映射关系归为一类，将无法归类的目标时域映射关系删除；

对频域映射关系进行分类时，选取若干个标准频率范围，将此标准频率范围内具有自身最大幅频值的频域映射关系归为一类，将无法归类的频域映射关系删除。

作为优选，步骤d中，根据在放电电流中注入周期性的检测信号后对于放电电压与充电电压的扰动映射关系，对充电电压进行修正，使用修正后的充电电压与放电电压进行对比，得到电压偏差波形图。

作为优选，步骤f中，使用电流偏差波形图和电压偏差波形图中电流偏差幅值和电压偏差幅值计算电流与电压的相位差，进而对相应时间点的功率因数进行修正，然后通过功率因数的平均值对充电功率进行修正。

作为优选，当充电监控信号出现缺失时，电流偏差波形图、电压偏差波形图和功率偏差波形图上会出现对应的图像缺失；利用图像缺失前后两个方向上的修正后的充电电流和充电电压分别对缺失部分的充电电流和充电电压进行模拟，使用两条模拟波形上的重合点作为特征点，将充电电流的特征点与充电电压的特征点进行对比，利用修正后的功率因数对特征点进行修正，使用修正后的特征点拟合出充电电流波形和充电电压波形，然后利用拟合出的充电电流波形和充电电压波形计算出充电功率波形。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过对充电电流和充电电压进行具有针对性的修正，避免了在充电过程中的电流电压的不对称波动对计量的干扰。通过注入周期性检测信号，利用信号在放电侧和充电侧的波形畸变，对充电电流进行时域和频域的修正，可以有效提高电流监测的准确度。利用电流信号与电压信号的对应关系，通过检测信号对电压波形干扰的前后变化，可以有效获得电压波形传递过程中的变化，从而可以对电压检测信号进行修正。利用统一检测信号对电压和电流进行修正，可以保证修正的基准统一。修正后的电压信号和电流信号可以真实表示出充电电流和电压的相位差，从而实现对于充电功率因数的修正，进而可以得到真实的充电电量。由于充电的电流和电压进行了修正，故在充电检测信号发生短暂缺失时，可以利用缺失前后的信号进行模拟，然后利用模拟出的波形进行拟合，从而提高模拟出的波形与实际波形的贴合度。本发明可以提高除充电监测过程中放电侧与充电侧监测信号的一致性，保证实际采用的功率因数的准确性，并且可以对监测信号进行准确的模拟，保证计量过程的连续性。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的系统原理图。

图2是本发明一个具体实施方式中滤波模块的电路图。

图中：1、充电站放电电流监控模块；2、充电站放电电压监控模块；3、充电站放电功率监控模块；4、蓄电池充电电流监控模块；5、蓄电池充电电压监控模块；6、蓄电池充电功率监控模块；7、对比模块；8、纠错模块；9、计量模块；10、滤波模块；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；rc、可变电阻；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；cc、可变电容；q、三极管；a1、第一运放；a2、第二运放。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-2，本发明一个具体实施方式包括，

充电站放电电流监控模块1，用于检测充电站放电电流；

充电站放电电压监控模块2，用于检测充电站放电电压；

充电站放电功率监控模块3，用于检测充电站放电功率；

蓄电池充电电流监控模块4，用于检测蓄电池充电电流；

蓄电池充电电压监控模块5，用于检测蓄电池充电电压；

蓄电池充电功率监控模块6，用于检测蓄电池充电功率；

对比模块7，分别与充电站放电电流监控模块1、充电站放电电压监控模块2、充电站放电功率监控模块3、蓄电池充电电流监控模块4、蓄电池充电电压监控模块5、蓄电池充电功率监控模块6通讯连接，用于将充电站一端采集的数据与蓄电池一端采集的数据进行对比；

纠错模块8，与对比模块7通讯连接，用于对比结果的纠错；

计量模块9，与纠错模块8通讯连接，用于计量充电量。

一种上述的通用型充电站充电计量装置的计量方法，包括以下步骤：

a、充电站放电电流监控模块1、充电站放电电压监控模块2和充电站放电功率监控模块3分别对充电站的放电过程进行监控，并将监控结果发送至对比模块7；

b、蓄电池充电电流监控模块4、蓄电池充电电压监控模块5和蓄电池充电功率监控模块6分别对蓄电池充电过程进行监控，并将监控结果发送至对比模块7；

c、对比模块7将放电电流与充电电流进行对比，得到电流偏差波形图；

d、对比模块7将放电电压与充电电压进行对比，得到电压偏差波形图；

e、对比模块7将放电功率与充电功率进行对比，得到功率偏差波形图；

f、纠错模块8对电流偏差波形图、电压偏差波形图和功率偏差波形图进行纠错处理；

g、计量模块9使用经过步骤f纠错后的数据进行电量计量。

步骤c中，在放电电流中注入周期性的检测信号，检测信号包括一个低频部，低频部的两侧对称设置有高频部，在低频部和高频部分别选取若干个特征区域，并在充电电流中对特征区域进行捕捉；

对放电电流中的特征区域与充电电流中的特征区域进行时域对比，得出时域映射关系集合，将时域映射关系集合中的时域映射关系进行分类，对每一类时域映射关系进行拟合，得出时域映射拟合关系；

对放电电流中的特征区域与充电电流中的特征区域进行频域对比，得出频域映射关系集合，将频域映射关系集合中的频域映射关系进行分类，对每一类频域映射关系进行拟合，得出频域映射拟合关系；

根据时域映射拟合关系和频域映射拟合关系对充电电流进行修正，使用修正后的充电电流与放电电流进行对比，得出电流偏差波形图。

步骤c中，对时域映射关系进行分类时，选取若干个标准时域映射关系，然后采用各个时域映射关系与标准时域映射关系之间的重合点数量和相邻重合点之间的平均变化率的差异值进行分类，当重合点数量超过设定阈值且相邻重合点之间的平均变化率的差异值小于设定阈值时，将目标时域映射关系与对应的标准时域映射关系归为一类，将无法归类的目标时域映射关系删除；

对频域映射关系进行分类时，选取若干个标准频率范围，将此标准频率范围内具有自身最大幅频值的频域映射关系归为一类，将无法归类的频域映射关系删除。

步骤c中，低频部信号的频率为5hz，高频部信号的频率为200hz。低频部与高频部的信号强度之比为40:1。标准时域映射关系的选择标准为：其与其余时域映射关系的重合点数量高于设定阈值，且其与其余标准时域映射关系至少有一个重合点。标准频率范围的选择为：3～8hz、20～25hz、48～53hz、100～105hz、198～203hz。

步骤d中，根据在放电电流中注入周期性的检测信号后对于放电电压与充电电压的扰动映射关系，对充电电压进行修正，使用修正后的充电电压与放电电压进行对比，得到电压偏差波形图。

步骤f中，使用电流偏差波形图和电压偏差波形图中电流偏差幅值和电压偏差幅值计算电流与电压的相位差，进而对相应时间点的功率因数进行修正，然后通过功率因数的平均值对充电功率进行修正。

当充电监控信号出现缺失时，电流偏差波形图、电压偏差波形图和功率偏差波形图上会出现对应的图像缺失；利用图像缺失前后两个方向上的修正后的充电电流和充电电压分别对缺失部分的充电电流和充电电压进行模拟，使用两条模拟波形上的重合点作为特征点，将充电电流的特征点与充电电压的特征点进行对比，利用修正后的功率因数对特征点进行修正，使用修正后的特征点拟合出充电电流波形和充电电压波形，然后利用拟合出的充电电流波形和充电电压波形计算出充电功率波形。

波形通过以下步骤模拟：首先使用缺失部分前后两部分的波形中最后一个周期的波形对缺失部分进行填充，然后使用缺失部分所对应的放电端的波形与填充的波形进行对比，通过对填充的波形进行修正，保持填充波形与放电端的对应波形的导数线性相关，将修正后的填充波形作为模拟波形。

本发明为了降低各监控模块向对比模块7传输监控信号时的干扰，在通讯路径上加装了滤波模块10。滤波模块10的输入端in通过串联的第一电阻r1和第一电容c1连接至第一运放a1的正相输入端，第一运放a1的反相输入端通过第二电阻r2接地，第一运放a1的反相输入端通过可变电阻rc连接至第一运放a1的输出端，第一运放a1的正相输入端通过第三电阻r3接地，第一电阻r1和第一电容c1之间通过第二电容c2接地，第一运放a1的输出端连接至滤波模块10的输出端out，第一运放a1的输出端通过第四电阻r4连接至第二运放a2的正相输入端，第二运放a2的反相输入端通过第五电阻r5接地，第二运放a2的反相输入端通过第三电容c3连接至第二运放a2的输出端，第二运放a2的输出端连接至三极管q的基极，第二运放a2的输出端通过第六电阻r6连接至第一电阻r1和第一电容c1之间，第一电阻r1和第一电容c1之间通过第一电阻r7连接至三极管q的集电极，三极管q的发射极通过可变电容cc接地。

此滤波电路通过第二运放采集滤波后信号的波动趋势，对滤波电路的中心频率和通带放大倍数进行实时调整，实现滤波电路根据输出信号对滤波参数进行实时调整的功能。这可以避免现有滤波电路参数恒定，无法根据滤波结果进行实时调整的缺陷所带来的在某些信号输出情况下，滤波效果不佳的问题。

此电路中，第一电阻r1为12kω、第二电阻r2为20kω、第三电阻r3为5kω、第四电阻r4为1kω、第五电阻r5为25kω、第六电阻r6为1kω、第七电阻r7为7kω、可变电阻rc的阻值范围为1～15kω。第一电容c1为120μf、第二电容c2为300μf、第三电容c3为30μf、可变电容cc的电容值范围为10～200μf。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。