一种直流充电桩用电信息采集系统的制作方法

1.本技术涉及充电桩及电能信息采集领域，具体涉及一种直流充电桩用电信息采集系统。


背景技术：

2.电动汽车充电设施建设是发展新能源汽车产业的重要保障，是完善城市基础设施、促进城市低碳发展、实现电能替代的重要举措，对于国家能源战略转型具有重要意义，目前电动汽车充电桩、充换电站正处于快速建设时期，充电桩的电能计量装置属于交易结算仪表，其准确性关系着电能贸易结算是否公平。新能源汽车主要靠为汽车电池充电维持续航，由于电力电子技术的快速发展，直流快充因其快速高效的特点己成为充电站主流充电方案，直流快充具有快速高效的特点正逐渐取代交流慢充，因此，直流计量方式必将成为其贸易结算的必然趋势。目前市场上常用的直流电能表大都存在测量精度差、测量范围小的问题，对直流电能数据处理的理论研究还比较少，设计思想基本都是参照交流电表的相关标准，难以解决直流计量特有的难题。直流充电桩输出存在大电流大电压的特点，现有直流电能表根本不能满足充电桩的性能需求，应用于直流充电站的电表研究才刚刚起步，充电站基本还是采用交流电表来进行电费结算。目前的充电方式分为恒压、恒流、恒阻等模式，但是在充电过程中都存在电流电压输出信号时变、动态范围过大的问题；其次，由于直流充电桩内大量的电子开关器件性能的影响，整流出来的直流中往往含有脉动信号和高频谐波干扰，这对直流计量装置的研究带来了巨大的挑战，并且应用在直流充电站的直流电表存在诸多问题，如软硬件一体化、法制计量与非法制计量部分互相干扰、不支持远程升级，在线检测、时钟电池欠压频繁发生、扩展功能有限、无法满足分时电价、电网大数据时代的需求等。因此，为了实现直流充电桩电能计量的分时段计量功能、周期检测、日常运维监控管理等更高要求，满足对电表提出的最新要求，设计了直流充电桩用电信息采集系统来满足直流电能表规程要求。
3.如图1所示，为现有技术的电压信号采集电路，以放大器u1b为核心，能够实时检测电压信号，但只适合捕捉微小的电压信号，对强电压信号不适用，同时，该电路不存在纹波的处理功能，在信号采集时噪声较大。
4.如图2所示，为现有技术的电计量监测电路，以芯片tl074为运算核心，适用于高度智能化的处理系统，然而由于芯片自身的局限性，检测范围较小，同时，外围电路受外界影响较大，稳定性低。


技术实现要素：

5.（一）技术问题1. 现有技术的充电桩，在电量检测时容易发生抖动，噪声大。
6.2. 现有技术的充电桩，测量范围小、精度低、稳定性差。
7.（二）技术方案
针对上述技术问题，本技术提出一种直流充电桩用电信息采集系统，包括电流电压信号采集电路、同步电能计量处理电路、计量控制输出电路。
8.电流电压信号的采集电路，能够对直流充电桩整流柜出口处的电流电压信号进行采集输入，并且处理为精度高、稳定性好的电流信号，降低系统级功耗并减少扭矩纹波。信号输入后通过二极管d1、二极管d3、二极管d5起到保护电路以及稳定输入信号的作用，经过可变电阻r12调节输入信号大小，经过电容c4和电阻c6进行滤波，去除纹波和高频干扰，经过可变电阻r18控制输入到场效应晶体管q13的信号量，并且交流信号通过电容输入到场效应晶体管q2、场效应晶体管q13的栅极进行处理，然后分别输出给晶体三极管q4和三极管q11的基极，经过电阻r13限流输出至下一级，电阻r10、电阻r15能够将直流大电压信号变成小电压信号，经过采集电路的信号具有高性能、支持精确电流输出的功能。
9.同步电能计量处理电路，信号采样电路输出的电压电流小信号直接输入到该电路中进行处理，将计量芯片计算好的电能值存储、并将电量值以电脉冲的形式输送出给下一级，同时还可以监测输入信号的有效性及完整性。首先经过限流电阻r13的信号输入到三极管q9的基极，然后输入到双级联三极管q1、双级联三极管q6的基极，通过全差分方式输入至放大器u1的同相端和反相端进行比较输出，电阻r2、电阻r6起到分压的作用，二极管d2防止反向信号的干扰，双向二极管d7和二极管d8共同起到钳位信号的作用，保证信号的稳定性，电阻r17和电容c5构成rc滤波电路，保证信号的精度和可靠性，并且提高信号的抗干扰能力，经过处理过后的信号分别输出给三极管q3、三极管q8、三极管q10，电阻r5和电阻r8以及r14和人6起到分压作用，可变电阻r19能够调节反馈信号的大小。通过该级电路处理得到采样频率固定的信号和相应速率快的脉冲信号。
10.计量控制输出电路中信号通过该级电路进行隔离和放大输出，消除前级电路损耗，提高信号驱动能力。通过三极管q8、三极管q3和三极管q10的信号一方面起到隔离作用，防止后级信号对前级电路造成串扰，保证信号的完整性，另一方面能够将小信号进行放大，通过电阻r19调节反馈信号，提供反馈补偿功能，通过电容c3进行滤波，隔绝直流信号，保证信号的高精度，通过二极管d4和二极管d6保证信号的流向，实现多路抑制，具有良好的抗干扰特性，三极管q14的导通与截至能够控制级联三极管q12的输出，与三极管q7互补输出，保证输出信号的稳定性与可靠性。保证了直流电能表所需的时钟精度，实现了电能表的计量功能。
11.（三）有益效果本技术提出的一种直流充电桩用电信息采集系统，首先，能够在直流计量的过程中能够对纹波信号、高频谐波干扰进行滤波、降噪处理。其次，具有测量精度高、测量范围大、稳定性良好的优点，能够保证充电桩计量数据的法制可信性和精度准确性。
12.附图说明
13.图1为现有技术的电压信号采集电路。
14.图2为现有技术的电计量监测电路。
15.图3为本技术的电路原理图。
16.附图标记
具体实施方式
17.下面结合实施例对本发明做进一步说明。
18.如图3所示，为本技术提出一种直流充电桩用电信息采集系统，包括电流电压信号采集电路、同步电能计量处理电路、计量控制输出电路。
19.电流电压信号的采集电路，能够对直流充电桩整流柜出口处的电流电压信号进行采集输入，并且处理为精度高、稳定性好的电流信号，降低系统级功耗并减少扭矩纹波。信号输入后通过二极管d1、二极管d3、二极管d5起到保护电路以及稳定输入信号的作用，经过可变电阻r12调节输入信号大小，经过电容c4和电阻c6进行滤波，去除纹波和高频干扰，经过可变电阻r18控制输入到场效应晶体管q13的信号量，并且交流信号通过电容输入到场效应晶体管q2、场效应晶体管q13的栅极进行处理，然后分别输出给晶体三极管q4和三极管q11的基极，经过电阻r13限流输出至下一级，电阻r10、电阻r15能够将直流大电压信号变成小电压信号，经过采集电路的信号具有高性能、支持精确电流输出的功能。
20.具体而言，所述电流电压信号采集电路中包括输入的input，2个场效应晶体管q2、q13，2个三极管q4、q11，6个电阻分别为r1、r4、r10、r13、r15、r20，2个滑动变阻器r12、r18，2个电容c4、c6，3个二极管分别为d1、d3、d5，所述电流电压信号采集电路中输入端口input分别与二极管d3的负极、二极管d5的正极、滑动变阻器r12的滑片端连接，电阻r1的一端与高电平vcc连接，电阻r1的另一端分别与二极管d1的正极、电容c4的一端、场效应晶体管q2的栅极连接，电容c4的另一端与滑动变阻器r12电阻的一端连接，滑动变阻器r12电阻的另一端与电容c6的一端连接，电容c6的另一端分别与滑动变阻器r18的滑片端、场效应晶体管q13的栅极连接，场效应晶体管q2的漏端与高电平vcc连接，场效应晶体管q2的源端分别与三极管q4的基极、电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端分别与电阻r15的一端、三极管q4的发射极、三极管q11的发射极、电阻r13的一端连接，电阻r15的另一端与三极管q11的基极连接，电阻r13的另一端与三极管q9的基极连接。
21.具体而言，所述电流电压信号采集电路中包括输入的input，2个场效应晶体管q2、q13，2个三极管q4、q11，6个电阻分别为r1、r4、r10、r13、r15、r20，2个滑动变阻器r12、r18，2个电容c4、c6，3个二极管分别为d1、d3、d5，所述电流电压信号采集电路中电阻r4的一端与高电平vcc连接，电阻r4的另一端与三极管q4的集电极连接，场效应晶体管q13的漏端与三极管q11的基极连接，场效应晶体管q13的源端接地，三极管q11的集电极接地，二极管d1的负极与二极管d3的正极连接，二极管d5的负极与滑动变阻器r18电阻的一端连接，滑动变阻器r18电阻的另一端与电阻r20的一端连接，电阻r20的另一端接地。
22.同步电能计量处理电路，信号采样电路输出的电压电流小信号直接输入到该电路中进行处理，将计量芯片计算好的电能值存储、并将电量值以电脉冲的形式输送出给下一级，同时还可以监测输入信号的有效性及完整性。首先经过限流电阻r13的信号输入到三极管q9的基极，然后输入到双级联三极管q1、双级联三极管q6的基极，通过全差分方式输入至放大器u1的同相端和反相端进行比较输出，电阻r2、电阻r6起到分压的作用，二极管d2防止反向信号的干扰，双向二极管d7和二极管d8共同起到钳位信号的作用，保证信号的稳定性，电阻r17和电容c5构成rc滤波电路，保证信号的精度和可靠性，并且提高信号的抗干扰能力，经过处理过后的信号分别输出给三极管q3、三极管q8、三极管q10，电阻r5和电阻r8以及r14和人6起到分压作用，可变电阻r19能够调节反馈信号的大小。通过该级电路处理得到采
样频率固定的信号和相应速率快的脉冲信号。
23.具体而言，所述同步电能计量处理电路中包括放大器u1，三极管q9，2个双级联三极管q1、q6，2个二极管d2、d8，双向二极管d7，2个电容c2、c5，滑动变阻器r19，7个电阻分别为r2、r5、r6、r8、r14、r16、r17，所述同步电能计量处理电路中电阻r2的一端与高电平vcc连接，电阻r2的另一端分别与电阻r6的一端、双级联三极管q1的基极连接，电阻r6的另一端与二极管d2的正极连接，双级联三极管q1的集电极与高电平vcc连接，双级联三极管q1的发射极分别与电容c2的一端、双级联三极管q6的发射极连接，电容c2的另一端与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端与放大器u1的1号接口连接，二极管d2的负极分别与三极管q9的集电极、双级联三极管q6的基极连接，三极管q9的发射极分别与双向二极管d7的一端、双级联二极管q6的集电极、电容c5的一端、电阻r17的一端连接，双向二极管d7的另一端与二极管d8的负极连接，电容c5的另一端接地，电阻r17的另一端与放大器u1的2号接口连接。
24.具体而言，所述同步电能计量处理电路中包括放大器u1，三极管q9，2个双级联三极管q1、q6，2个二极管d2、d8，双向二极管d7，2个电容c2、c5，滑动变阻器r19，7个电阻分别为r2、r5、r6、r8、r14、r16、r17，所述同步电能计量处理电路中放大器u1的5号接口与高电平vcc连接，放大器u1的3号接口接地，放大器u1的4号接口分别与电阻r8的一端、电阻r14的一端、三极管q8的基极连接，电阻r8的另一端与三极管q3的基极连接，电阻r14的另一端分别与电阻r16的一端、三极管q10的基极连接，电阻r16的另一端与滑动变阻器r19的滑片端连接，滑动变阻器r19电阻的一端与放大器u1的2号接口连接，滑动变阻器r19电阻的另一端与三极管q10的发射极连接，电阻r5的一端与高电平vcc连接，电阻r5的另一端与三极管q3的基极连接，二极管d8的正极接地。
25.计量控制输出电路中信号通过该级电路进行隔离和放大输出，消除前级电路损耗，提高信号驱动能力。通过三极管q8、三极管q3和三极管q10的信号一方面起到隔离作用，防止后级信号对前级电路造成串扰，保证信号的完整性，另一方面能够将小信号进行放大，通过电阻r19调节反馈信号，提供反馈补偿功能，通过电容c3进行滤波，隔绝直流信号，保证信号的高精度，通过二极管d4和二极管d6保证信号的流向，实现多路抑制，具有良好的抗干扰特性，三极管q14的导通与截至能够控制级联三极管q12的输出，与三极管q7互补输出，保证输出信号的稳定性与可靠性。保证了直流电能表所需的时钟精度，实现了电能表的计量功能。
26.具体而言，所述计量控制输出电路中包括输出端口output，2个电容c1、c3，2个二极管d4、d6，双级联三极管q12，6个三极管分别为q3、q5、q7、q8、q10、q14，3个电阻分别为r3、r7、r11，所述计量控制输出电路中三极管q3的集电极与高电平vcc连接，三极管q3的基极与三极管q8的集电极连接，三极管q3的发射极与三极管q10的发射极连接，三极管q8的发射极与三极管q10的基极连接，三极管q10的集电极接地，电阻r3的一端与高电平vcc连接，电阻r3的另一端与三极管q5的集电极连接，三极管q5的发射极分别与三极管q7的基极、二极管d4的正极、三极管q3的发射极连接。
27.具体而言，所述计量控制输出电路中包括输出端口output，2个电容c1、c3，2个二极管d4、d6，双级联三极管q12，6个三极管分别为q3、q5、q7、q8、q10、q14，3个电阻分别为r3、r7、r11，所述计量控制输出电路中电容c1的一端与三极管q5的集电极连接，电容c1的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与三极管q7的集电极连接，三极管q7的发射极与
双级联三极管q12的发射极连接，双级联三极管q12的集电极接地，双级联三极管q12的基极与三极管q14的集电极连接，三极管q14的发射极接地，三极管q14基极与三极管q10的基极连接，二极管d4的负极与二极管d6的正极连接，二极管d6的负极与双级联三极管q12的基极连接，电容c3的一端与三极管q3的发射极连接，电容c3的另一端与三极管q5的基极连接，电阻r11的一端与三极管q7的基极连接，电阻r11的另一端接地，输出端口output与三极管q7的发射极连接。
28.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。