阅读说明：本技术 一种基于分流器的直流电能计量模块 (Direct current electric energy metering module based on shunt ) 是由 范亚军 杨爱超 裴茂林 邓礼敏 王毅 李敏 吴宇 胡琛 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于分流器的直流电能计量模块,所述直流电能计量模块包括接线端子模块、分流器、直流电压采样单元、电能计量单元以及高导热绝缘隔板；负载电流信号通过接线端子模块接入分流器,通过分流器将接入的负载电流信号转化为小电压信号；负载电压信号通过接线端子模块接入直流电压采样单元；电能计量单元计量小电压信号及负载电压信号,并获取直流电能计量结果。本发明提供的一种基于分流器的直流电能计量模块,实现了分流器和电能计量单元嵌入式一体设计,改进了传统分流器的合金电阻成分,有效将合金材料的电阻率降至0.35μΩ·m以下,并能避免因为分流器散发的热量影响电能计量,提高直流电能计量的准确性及稳定性。(The invention discloses a direct current electric energy metering module based on a shunt, which comprises a terminal module, a shunt, a direct current voltage sampling unit, an electric energy metering unit and a high-heat-conductivity insulating partition plate, wherein the terminal module is connected with the shunt; the load current signal is connected to the shunt through the wiring terminal module, and the connected load current signal is converted into a small voltage signal through the shunt; the load voltage signal is connected to the direct current voltage sampling unit through the wiring terminal module; the electric energy metering unit meters the small voltage signal and the load voltage signal and obtains a direct current electric energy metering result. The direct current electric energy metering module based on the shunt provided by the invention realizes the embedded integrated design of the shunt and the electric energy metering unit, improves the alloy resistance component of the traditional shunt, effectively reduces the resistivity of an alloy material to be below 0.35 mu omega.m, can avoid the influence of heat emitted by the shunt on electric energy metering, and improves the accuracy and stability of direct current electric energy metering.)

一种基于分流器的直流电能计量模块

技术领域

本发明属于电力计量设备技术领域，具体涉及一种基于分流器的直流电能计量模块。

背景技术

直流电能常存在于直流配电网、分布式微网、电动汽车非车载充电机等多种应用中，其中电动汽车充电设施已成为电动汽车产业链的重要组成部分之一，为发展新能源汽车产业提供重要保障，直流电能计量的准确性直接影响公平交易，因此必须解决准确计量的问题。

目前直流电能计量模块的电流采样单元通常采用传统6J12锰铜合金材料制造的直流分流器，其电阻率较高，为0.47μΩ·m，使用温度范围窄，不能满足在复杂工况下准确计量的要求，分流器的精度和稳定性关键在于合金电阻材料性能的优劣，因此开发低电阻率、高稳定高精度的新型分流器成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分流器的直流电能计量模块，以解决复杂工况下充电设施准确电能计量及直流模块直流电能计量器具整体管理的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分流器的直流电能计量模块，所述直流电能计量模块包括接线端子模块、分流器、直流电压采样单元、电能计量单元以及高导热绝缘隔板；负载电流信号通过接线端子模块接入分流器，通过分流器将接入的负载电流信号转化为小电压信号；负载电压信号通过接线端子模块接入直流电压采样单元；电能计量单元计量小电压信号及负载电压信号，并获取直流电能计量结果；

所述分流器采用Cu-Mn系合金材料，所述分流器用合金材料的制造方法包括以下步骤：

S1：原材料准备及配料

以纯铜、电解锰、电解镍、纯金属铁、高纯硅及铜铈合金为原材料，将各原材料按所需合金成分进行称重完成配料；

S2：真空感应熔炼

配料放入中频感应熔炼炉内部熔炼，将中频感应熔炼炉与石墨坩埚抽真空后充入高纯氩气，然后再次抽真空后再充入高纯氩气，使得中频感应熔炼炉内气压低于一个大气压熔炼配料，熔炼后中频感应熔炼炉内部降温，使熔料形成铸锭；

S3：铣削和热轧加工

铸锭的每个表面通过机床铣削加工，铣削厚度为2-3mm/面，随后将铸锭放入马弗炉加热后通过热轧设备进行三次热轧得到厚度为2mm的板材；

S4：淬火及时效处理

板材放入管式炉中进行氮气气氛加热，加热的板材放入水中进行淬火，淬火后的板材干燥后放入管式炉中氮气气氛加热进行时效处理，最后对板材酸洗去除表面氧化层。

优选的，所述分流器与电能计量单元嵌入一体式设计，所述直流电能计量模块采用分区的结构排布分布设计及采用高导热绝缘隔板封装。

优选的，所述分流器用合金材料按照Mn：12％、Ni：2％、Fe：0.2％、Si：0.3％、Ce：0.1％、铜余量的配比制备。

优选的，所述步骤S3中，马弗炉的加热温度为650-750℃，保温时间为30min，热轧设备三次热轧分别为粗轧、中轧、精轧。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于分流器的直流电能计量模块，实现了分流器和电能计量单元嵌入式一体设计，改进了传统分流器的合金电阻成分，有效将合金材料的电阻率降至0.35μΩ·m以下，并能避免因为分流器散发的热量影响电能计量，提高直流电能计量的准确性及稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的分流器设计原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。

请参阅图1-2所示，一种基于分流器的直流电能计量模块，包括接线端子模块、分流器、直流电压采样单元、电能计量单元以及高导热绝缘隔板；负载电流信号通过接线端子模块接入分流器，通过分流器将接入的负载电流信号转化为小电压信号；负载电压信号通过接线端子模块接入直流电压采样单元；电能计量单元计量小电压信号及负载电压信号，并获取直流电能计量结果；通过采用分区的结构排布分布设计及采用高导热绝缘隔板封装，进而对分流器进行降温，提高计量的准确性。

如图1所示，电能计量单元包括计量芯片、微处理器、GPS时钟、按键、工作电源、数据存储模块、脉冲输出接口、红外通信模块、RS485接口、液晶显示器、指示灯；计量芯片的输入端与直流电压采样单元和分流器连接，输出端与微处理器连接；按键、工作电源均与微处理器的输入端连接，GPS时钟、数据存储模块均与微处理器双向连接，脉冲输出接口、红外通信模块、RS485接口、液晶显示器、指示灯均与微处理器的输出端连接。在使用时，分流器采集的负载电流和直流电压采样单元采集的负载电压传输至计量芯片内部进行电能计量，计量后的数据进入微处理器处理后，可将数据通过红外通信模块远程传输至计算机终端，且数据可由液晶显示器显示，便于工作人员观察。

本发明的分流器选择的Cu-Mn系合金材料具有成本低、接触热电势低等优点，具有显著的商业化竞争力。在Cu-Mn系合金材料中，随着体系Mn的含量增加会提高合金材料的电阻率，恶化冷加工性能。本方案按照Mn：12％、Ni：2％、Fe：0.2％、Si：0.3％、Ce：0.1％、铜余量的配比来进行精密电阻合金制备，有效地将合金材料的电阻率降至0.35μΩ·m以下，并满足-40-70℃温度范围的使用标准要求，且在高低温环境内电阻值变化率在150ppm之内。

另外熔制/加工工艺是获得高稳定高精密电阻材料的保证，本方案采用在真空中频感应熔炼炉来熔制合金材料，选择650-750℃的熔制温度和30min保温时间，减少氧化的影响，保证材料组分的均匀性；如图2所示，采用熔化-浇铸-热锻-冷轧-热处理-酸洗-成品焊接的工艺路线来获得成品分流器，保证成品工艺的可重复性，确保分流器产品批次性能的稳定性。分流器用精密电阻合金材料的制造方法具体包括以下步骤：

S1：原材料准备及配料

以纯铜、电解锰、电解镍、纯金属铁、高纯硅及铜铈合金为原材料，将各原材料按所需合金成分进行称重完成配料；

S2：真空感应熔炼

配料放入中频感应熔炼炉内部熔炼，将中频感应熔炼炉与石墨坩埚抽真空(小于2·10-2Pa)后充入高纯氩气，然后再次抽真空后充入高纯氩气，使得中频感应熔炼炉内气压低于一个大气压熔炼配料，在熔融状态应该充分除气以提高其铸锭致密度，熔炼后中频感应熔炼炉内部降温，使熔料形成铸锭；

S3：铣削和热轧加工

将所得铸锭的每个表面通过机床进行铣削加工，铣削厚度为2-3mm/面，随后将铸锭放入马弗炉加热加热至650-750℃，保温30min后，通过热轧设备经粗轧、中轧、精轧后，热轧至厚度为2mm的板材；

S4：淬火及时效处理

将轧制的板材放入管式炉中进行氮气气氛加热，随后将加热的板材放入水中进行淬火，将淬火后的板材干燥后放入管式炉中氮气气氛加热进行时效处理，最后对时效后的板材进行酸洗，以去除表面氧化层。

最后将设计的分流器与电能计量单元进行嵌入一体式设计。分流器在使用过程中通过直流电流，不可避免的会发热，热量的聚集导致电能计量系统的温度升高，势必影响电能计量的准确性，本方案采用分区的结构排布分布设计及采用高导热绝缘隔板封装，在不影响电气性能的前提下，确保分流器产生热量的有效散失。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。