CN105759236A - 充电桩直流电能表检定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电桩直流电能表检定装置，包括直流充电桩主体、飞思卡尔IMX6处理器、频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备等，检定时可以根据实际需要选择合适量程，采用实时脉冲周期比较法校准电能，实时测量被检电能表的脉冲周期，并与标准脉冲周期进行比较，测量方便快捷。

Description

充电桩直流电能表检定装置

技术领域

本发明涉及直流充电桩领域，尤其涉及一种充电桩直流电能表检定装置。

背景技术

电动汽车作为国家新能源战略的重要组成部分，正在飞速发展中。根据电动汽车使用的车载电池的特性，大中型电动汽车一般采用直流方式充电。由于充电时的直流电压为400～800V，电流为0～500A，市场上原有的直流电能表在功能上无法适应充电桩电能计量的需要。如果用交流侧使用交流电能表计量电能，会将整流时的电能损耗算在了用户侧，增加用户充电费用，不利于电动汽车个人用户的普及。一些电能表生产厂家针对这种情况研制了用直流充电桩电能计量的直流电能表。由于该类电能表额定电压和额定电流高，现有的计量检定装置无法根据直流电能表检定规程对电能表的性能进行检测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种充电桩直流电能表检定装置，一方面，对直流充电桩的内部结构和辅助结构进行设备实现和改良，从而迎合电动汽车充电的各种需求；另一方面，将汽车类型采集***建立在直流充电桩上，在直流充电桩上集成了识别车辆的红外线传感阵列和识别电动车辆的目标匹配设备，还使用了频分双工通信设备以提高识别数据的传输效率。

根据本发明的一方面，提供了一种充电桩直流电能表检定装置，所述充电桩包括直流充电桩主体、飞思卡尔IMX6处理器、频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备，直流充电桩主体用于对电动汽车的电池组进行充电，红外线传感阵列用于检测附近道路是否有汽车通过，目标匹配设备用于识别通过汽车的车辆信息，飞思卡尔IMX6处理器与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，基于通过汽车的车辆信息确定并无线发送通过汽车的统计数。

更具体地，在所述充电桩直流电能表检定装置中，包括：直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路和CAN总线通讯接口；第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电；驱动电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于接收飞思卡尔IMX6处理器发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和飞思卡尔IMX6处理器分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于基于飞思卡尔IMX6处理器发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给飞思卡尔IMX6处理器；输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给飞思卡尔IMX6处理器；红外线传感阵列，水平设置在附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；MS存储卡，用于预先存储电动汽车的基准特征向量，电动汽车的基准特征向量由基准电动汽车图像的8个几何特征组成，8个几何特征分别为基准欧拉孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；图像数据采集设备，包括防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头用于对附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像；图像预处理设备，与所述CMOS摄像头连接，包括中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态滤波子设备；所述中值滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行中值滤波，以滤除所述附近道路图像中的点噪声，获得第一滤波图像；所述低通滤波子设备与所述中值滤波子设备连接，用于去除所述第一滤波图像中的随机噪声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子设备与所述低通滤波子设备连接，用于对所述第二滤波图像执行图像增强，以获得增强道路图像；目标匹配设备，与所述图像预处理设备和所述MS存储卡分别连接，包括图像分割子设备和特征向量识别子设备，所述图像分割子设备用于将所述增强道路图像中的目标识别出来以获得目标图像；所述特征向量识别子设备与所述图像分割子设备连接，基于所述目标图像确定目标的8个几何特征，将所述8个几何特征组成目标特征向量，并将目标特征向量与电动汽车的基准特征向量进行匹配，匹配成功则输出存在电动汽车信号，匹配失败则输出不存在电动汽车信号；频分双工通信接口，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；飞思卡尔IMX6处理器，与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到存在电动汽车信号时，电动汽车数量自加1，非电动汽车数量为汽车数量减去电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每月自动清零，飞思卡尔IMX6处理器通过频分双工通信接口将汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量发送给远端的电动汽车信息采集中心位置处的服务器；其中，飞思卡尔IMX6处理器还基于直流采样数据确定均流控制信号，飞思卡尔IMX6处理器还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。

更具体地，在所述充电桩直流电能表检定装置中：直流充电桩主体包括飞思卡尔IMX6处理器。

更具体地，在所述充电桩直流电能表检定装置中：直流充电桩主体包括圆柱形外壳，飞思卡尔IMX6处理器设置在圆柱形外壳内。

更具体地，在所述充电桩直流电能表检定装置中：圆柱形外壳由不锈钢材料塑模制造而成。

更具体地，在所述充电桩直流电能表检定装置中：MS存储卡、图像预处理设备和目标匹配设备都设置在圆柱形外壳内。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的充电桩直流电能表检定装置的结构方框图。

附图标记：1直流充电桩主体；2飞思卡尔IMX6处理器；3频分双工通信接口；4红外线传感阵列；5目标匹配设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的充电桩直流电能表检定装置的实施方案进行详细说明。

按充电方式分，充电桩(栓)可分为直流充电桩(栓)，交流充电桩(栓)和交直流一体充电桩(栓)。

当前，制约电动汽车发展的一个主要原因在于其充电电网的配置很难与电动汽车的分布情况相适应，例如，对于直流充电的电动汽车，如果布置太多直流充电桩，虽然能够避免电动汽车无电可充的情况发生，但是却占用太多资源，给经营者带来难以承受的经济负担，相反，如果只在电动汽车出现频繁的道路旁边布置直流充电桩，虽然减少了对资源的占用，但一方面，电动汽车出现频繁的判断一般依靠过往的经验，判断不够科学，另一方面，容易造成电动汽车难以寻找到直流充电桩的情况发生。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种充电桩直流电能表检定装置，首先，以直流充电桩结构为硬件平台，完成附近道路车辆类型的统计；其次，优化了现有技术中的直流充电桩结构，提高了充电桩的充电效率。

图1为根据本发明实施方案示出的充电桩直流电能表检定装置的结构方框图，所述充电桩包括直流充电桩主体、飞思卡尔IMX6处理器、频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备，直流充电桩主体用于对电动汽车的电池组进行充电，红外线传感阵列用于检测附近道路是否有汽车通过，目标匹配设备用于识别通过汽车的车辆信息，飞思卡尔IMX6处理器与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，基于通过汽车的车辆信息确定并无线发送通过汽车的统计数。

接着，继续对本发明的充电桩直流电能表检定装置的具体结构进行进一步的说明。

所述充电桩包括：直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路、CAN总线通讯接口。

第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离。

第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电。

驱动电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于接收飞思卡尔IMX6处理器发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和飞思卡尔IMX6处理器分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据。

均流控制电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于基于飞思卡尔IMX6处理器发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给飞思卡尔IMX6处理器。

输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给飞思卡尔IMX6处理器。

所述充电桩包括：红外线传感阵列，水平设置在附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号。

其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布。

所述充电桩包括：MS存储卡，用于预先存储电动汽车的基准特征向量，电动汽车的基准特征向量由基准电动汽车图像的8个几何特征组成，8个几何特征分别为基准欧拉孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度。

所述充电桩包括：图像数据采集设备，包括防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头用于对附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像。

所述充电桩包括：图像预处理设备，与所述CMOS摄像头连接，包括中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态滤波子设备。

所述中值滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行中值滤波，以滤除所述附近道路图像中的点噪声，获得第一滤波图像；所述低通滤波子设备与所述中值滤波子设备连接，用于去除所述第一滤波图像中的随机噪声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子设备与所述低通滤波子设备连接，用于对所述第二滤波图像执行图像增强，以获得增强道路图像。

所述充电桩包括：目标匹配设备，与所述图像预处理设备和所述MS存储卡分别连接，包括图像分割子设备和特征向量识别子设备。

所述图像分割子设备用于将所述增强道路图像中的目标识别出来以获得目标图像；所述特征向量识别子设备与所述图像分割子设备连接，基于所述目标图像确定目标的8个几何特征，将所述8个几何特征组成目标特征向量，并将目标特征向量与电动汽车的基准特征向量进行匹配，匹配成功则输出存在电动汽车信号，匹配失败则输出不存在电动汽车信号；频分双工通信接口，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路。

所述充电桩包括：飞思卡尔IMX6处理器，与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到存在电动汽车信号时，电动汽车数量自加1，非电动汽车数量为汽车数量减去电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每月自动清零。

飞思卡尔IMX6处理器还通过频分双工通信接口将汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量发送给远端的电动汽车信息采集中心位置处的服务器。

其中，飞思卡尔IMX6处理器还基于直流采样数据确定均流控制信号，飞思卡尔IMX6处理器还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。

可选地，在所述充电桩直流电能表检定装置中：直流充电桩主体包括飞思卡尔IMX6处理器；直流充电桩主体包括圆柱形外壳，飞思卡尔IMX6处理器设置在圆柱形外壳内；圆柱形外壳由不锈钢材料塑模制造而成；以及MS存储卡、图像预处理设备和目标匹配设备都可以被设置在圆柱形外壳内。

另外，滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号。

随着数字式电子计算机技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，导致信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。为了滤除这些噪声，恢复原本的信号，需要使用各种滤波器进行滤波处理。

采用本发明的充电桩直流电能表检定装置，针对现有技术难以确定合适的直流充电桩分布方式的技术问题，一方面，以直流充电桩为硬件平台，搭建了一套汽车类型统计分析设备，并通过无线网络发送给充电桩的管理方；另一方面，采用改良后的直流充电桩硬件结构，提高了充电效率的同时，增加了更多的辅助功能。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种充电桩直流电能表检定装置，所述充电桩包括直流充电桩主体、飞思卡尔IMX6处理器、频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备，直流充电桩主体用于对电动汽车的电池组进行充电，红外线传感阵列用于检测附近道路是否有汽车通过，目标匹配设备用于识别通过汽车的车辆信息，飞思卡尔IMX6处理器与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，基于通过汽车的车辆信息确定并无线发送通过汽车的统计数据。

2.如权利要求1所述的充电桩直流电能表检定装置，其特征在于，所述充电桩包括：

直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路和CAN总线通讯接口；

第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；

IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；

高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；

第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电；

驱动电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于接收飞思卡尔IMX6处理器发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；

采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和飞思卡尔IMX6处理器分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；

均流控制电路与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于基于飞思卡尔IMX6处理器发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；

输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与飞思卡尔IMX6处理器连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给飞思卡尔IMX6处理器；

输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给飞思卡尔IMX6处理器；

红外线传感阵列，水平设置在附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；

MS存储卡，用于预先存储电动汽车的基准特征向量，电动汽车的基准特征向量由基准电动汽车图像的8个几何特征组成，8个几何特征分别为基准欧拉孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；

图像数据采集设备，包括防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头用于对附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像；

图像预处理设备，与所述CMOS摄像头连接，包括中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态滤波子设备；所述中值滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述附近道路图像执行中值滤波，以滤除所述附近道路图像中的点噪声，获得第一滤波图像；所述低通滤波子设备与所述中值滤波子设备连接，用于去除所述第一滤波图像中的随机噪声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子设备与所述低通滤波子设备连接，用于对所述第二滤波图像执行图像增强，以获得增强道路图像；

目标匹配设备，与所述图像预处理设备和所述MS存储卡分别连接，包括图像分割子设备和特征向量识别子设备，所述图像分割子设备用于将所述增强道路图像中的目标识别出来以获得目标图像；所述特征向量识别子设备与所述图像分割子设备连接，基于所述目标图像确定目标的8个几何特征，将所述8个几何特征组成目标特征向量，并将目标特征向量与电动汽车的基准特征向量进行匹配，匹配成功则输出存在电动汽车信号，匹配失败则输出不存在电动汽车信号；

频分双工通信接口，与远端的电动汽车信息采集中心建立无线双向通信链路；

飞思卡尔IMX6处理器，与频分双工通信接口、红外线传感阵列和目标匹配设备分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到存在电动汽车信号时，电动汽车数量自加1，非电动汽车数量为汽车数量减去电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每月自动清零，飞思卡尔IMX6处理器通过频分双工通信接口将汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量发送给远端的电动汽车信息采集中心位置处的服务器；

其中，飞思卡尔IMX6处理器还基于直流采样数据确定均流控制信号，飞思卡尔IMX6处理器还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作，飞思卡尔IMX6处理器还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。

3.如权利要求2所述的充电桩直流电能表检定装置，其特征在于：

直流充电桩主体包括飞思卡尔IMX6处理器。

4.如权利要求3所述的充电桩直流电能表检定装置，其特征在于：

直流充电桩主体包括圆柱形外壳，飞思卡尔IMX6处理器设置在圆柱形外壳内。

5.如权利要求4所述的充电桩直流电能表检定装置，其特征在于：

圆柱形外壳由不锈钢材料塑模制造而成。

6.如权利要求4-5任一所述的充电桩直流电能表检定装置，其特征在于：

MS存储卡、图像预处理设备和目标匹配设备都设置在圆柱形外壳内。