基于R5F2L38A电动汽车直流电能表的设计与实现

作     者：彭宇 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱青

授予年度：2012年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电动汽车 直流电能表 CAN通信 

摘      要：目前电动汽车正处于快速的发展当中，对交流及直流计量仪表的需求也随之增长很快。国家电网公司目前主推换电池模式，作为该换电池模式核心的计量部分，费控直流电能表的研发极其重要。所谓换电池模式，就是电池由电力公司购买，公交公司购买裸车，然后公交公司可以电池租赁的方式进行运营，电力公司参考电费和其他投入费用收取服务费。当前，由于市场上还没有专门用于电动汽车的直流电能计量装置，因此本文就针对目前仪表市场的发展趋势和客户的需求，设计了一款低成本，低功耗，高稳定性且遵循电力系统DL/T645-2007通信规约，能进行红外通信和CAN通信的直流费控电能表。 本文首先介绍了本课题的研究背景和意义，简述了直流费控电能表的发展趋势以及本文的主要内容和组织结构，然后对直流费控电能表的直流电能量采样测量和直流计量的基本原理进行了分析，并对汽车通信中的CAN通信进行了详细介绍。 接着本文重点进行了直流费控电能表的硬件设计和软件设计。硬件设计部分，首先提出了直流费控电能表的整体设计方案，然后对硬件设计的四个部分（即计量MCU电路、供电电源电路、功能管理MCU电路、CAN通信电路等）进行了详细的设计与介绍，重点介绍了供电电源电路和CAN通信电路的硬件设计。通过对各个部分电路的分析和设计，实现了电网公司以及客户对直流费控电能表的各方面功能需求的硬件实现。硬件设计中，对关键元器件的选择为：计量选用了TI高精度的单相计量芯片CSG550;逻辑板CPU选用瑞萨专用于单相表，高性能的R5F2L38ABDFP微处理器。本电能表软件部分主要分为显示模块，数据计算模块，数据存储模块，CAN通讯模块等。软件设计采用模块化设计，做到与应用层平台无关化，模块化，易于移植和功能的裁剪，这样的设计使程序的架构很清晰，对程序因需求变动的改动也会非常方便。 最后本文对直流电能表进行了试验并给出了试验分析，性能试验部分分析了基本误差的产生和用标准法测量了基本误差，并给出了测试结果和分析。随后进行了电压影响量，频率影响量，谐波影响量，CAN通信等的试验，并对所有的试验数据进行了分析总结。 本文研究和设计的直流费控电能表精度等级为2S级，采用软件校表。通过测试和挂网运行，除满足国家电网对直流费控电能表的功能规范外，同时可满足客户的特殊要求。由于采用最新的DL/T645-2007规约和CAN通信规约，能适应电动汽车电力仪表市场的发展需求。