多通道电能计量与充电过程实时监控系统设计+电路图+源程序(3)
国内充电桩研制起步较晚，充电桩的外形较为笨重，功能比较单一。主要产品如图1.4所示：
图1.4 国内主要电动汽车充电桩示例
相比国外的充电桩而言，国内的电动汽车充电桩样式比较简单，基本只能实现单口充电。其内部各个功能模块分散，使得它们的外形较大。各个模块分散化，不仅给设备的安装带来了困难，而且不利于设备故障时的检测和文修。
本课题针对电动汽车充电设备智能化、轻型化的发展需求，开展计量与监测一体化技术研究，研制具有多通道电能计量、设备参数实时监测与状态辨识、报警与安全控制等功能的智能化专用模块，为充电设备、特别是多用户充电设备的智能化、轻型化发展提供技术途径。
1.2 相关技术研究现状
1.3 本文主要研究内容
本研究将充电桩内部分散的各个模块重新组合，剔除原来各个模块无用的部分，增加必要的部件。使得整个充电监控系统，体积小型化，方便造型设计人员设计出高端大气的造型，也方便文修人员及时更换和文修。并且使用多通道电能计量芯片，实现多充电口可以同时相对独立充电的功能。
根据能源部标准《NB/T 33002-2010 电动汽车交流充电桩技术条件》 ，充电桩应该具有电能计量功能，状态监测功能，数据存储功能以及通信功能，考虑到大规模电动汽车充电，对电网的谐波影响，本系统还加入了谐波抑制功能，以期创造出更稳定安全的电网环境[27]。
本课题采用模块化设计思想，将整个系统分为电能计量及系统监控、充电导引、语音播放、数据存储、通信和系统文护升级等模块。分别从方案设计、硬件电路设计和软件设计三个方面对每个模块进行介绍和说明。最后对各个模块进行功能测试，以期满足设计要求。
2 设计方案
2.1 功能需求分析
经过调研国内外电动汽车充电桩的各项功能及特点，对本系统的设计提出以下设计要求：
（1）能够实现一个充电桩同时对多辆电动汽车进行充电，即一个充电桩拥有多个相对独立的充电口，这些充电口可以同时相对独立地工作。
（2）能够对每个充电口进行电能计量，对输入电压以及每个充电口的电流进行测量。
（3）拥有过压和过流检测功能，当发生过压和过流事件时，能够立即切断对应充电口的供电。
（4）对电能计量的数据进行实时存储，电能数据每月进行一次结算，且能存储至少10年的电能数据。
（5）对交易记录进行实时存储，每个充电口至少能够存储100次交易记录，能够通过U盘进行交易记录的下载，能够通过后台查询交易记录。
（6）实时检测每个充电口内充电电缆的连接状况，若充电过程中电缆意外断开，系统能够立即切断对应充电口的供电。
（7）充电过程中输出PWM，将电动汽车的输出能力通知给电动汽车车载充电机，并对充电的启停进行控制。
（8）提供语音提示和万年历功能。语音源文件可以通过U盘导入系统内，并对其进行存储。
（9）拥有谐波抑制功能，在一定程度上减小电动汽车充电时对电网的谐波干扰。
（10）系统带有与人机交互部分的多种可选通信接口，人机交互部分可以通过这些通信接口获得实时时间、电压、电流以及消耗电能等数据，也可以通过这些接口点播语音提示，设置过压过流限制值，对系统万年历进行校时。