一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112462159 A(43)申请公布日 2021.03.09

(21)申请号 201910848790.1(22)申请日 2019.09.09

(71)申请人 昆山新士坦电子科技有限公司

地址 215332 江苏省苏州市昆山市花桥镇

和丰路108号1627室(72)发明人 张旺国　

(74)专利代理机构 上海宏京知识产权代理事务

所(普通合伙) 31297

代理人 李敏(51)Int.Cl.

G01R 31/00(2006.01)G01N 15/06(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

CN 112462159 A(54)发明名称

一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法

(57)摘要

本发明公开了一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法，涉及电路技术领域。所述系统包括：设置在远端的云服务器和设置在用户端

所述壳体的智能电表；所述智能电表包括壳体；

上设有微处理器、电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块、电表集中器和用于采集电量信息的电能计量模块；所述微处理器分别与电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块和电能计量模块电连接；所述无线通信模块通过无线网络与云服务器无线连接。本发明由于成本适中、性能稳定，能够取得较好的经济效益，具有很好的推广前景。

CN 112462159 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种能够提升用电效率的智能电表系统，其特征在于，所述系统包括：设置在远端的云服务器和设置在用户端的智能电表；所述智能电表包括壳体；所述壳体上设有微处理器、电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块、电表集中器和用于采集电量信息的电能计量模块；所述微处理器分别与电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块和电能计量模块电连接；所述无线通信模块通过无线网络与云服务器无线连接。

2.如权利要求1所述的能够提升用电效率的智能电表系统，其特征在于，所述电能计量模块用于采集用户的用电信息；所述微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，并定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问设置在远端的云服务器获取电表数据。

3.如权利要求1所述的能够提升用电效率的智能电表系统，其特征在于，所述电表集中器通过CAN总线控制并读取表头的数据，数据存储在集中器的闪存中；集中器执行从上位机发送的控制命令。

4.如权利要求1所述的能够提升用电效率的智能电表系统，其特征在于，所述电表集中器包括：ARM处理芯片、闪存、时钟芯片、CAN总线接口电路、RS232接口、RS485和电源；所述CAN总线接口电路包括：3.3V供电电源。

5.一种基于权利要求1至4之一所述的系统的能够提升用电效率的智能电表管理方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：电能计量模块用于采集用户的用电信息，微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问云服务器获取电表数据。

6.如权利要求5所述的能够提升用电效率的智能电表管理方法，其特征在于，所述方法还包括：实时监测电路状态；通过检测电路的外特性参数，采用算法，实现电路内部状态的估算和监控；在正确获取电路的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理和故障报警；建立通信总线，与显示系统、系统控制器和充电机实现数据交换。

7.如权利要求6所述的能够提升用电效率的智能电表管理方法，其特征在于，检测电路状态的过程包含两个部分；第一部分是前端模拟测量保护电路，包括电路电压转换与量测电路、电路平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯电路；第二部分是后端数据处理模块，依据电压、电流、温度等前端计算，并将必要的信息通过通信接口回传给系统做出控制。

8.如权利要求7所述的能够提升用电效率的智能电表管理方法，其特征在于，所述电路平衡驱动电路包括：平衡转换器、滤波器、匹配线路；所述平衡转换器与滤波器通过平衡传输线连接，所述滤波器与匹配线路通过平衡传输线连接，所述平衡转换器包括第二线路、第一线路、第三线路、第一端口、第二端口和第三端口，信号的正极位于第二端口的顶部和第三端口的底部，平衡信号分别在第二端口和第三端口的顶端和底端馈送到转换器，且信号在第一端口中组合。

2

CN 112462159 A

说　明　书

一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法

1/5页

技术领域

[0001]本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法。

背景技术

[0002]随着我国加强智能电网的全面建设，作为其重要的基础设备——智能电表的需求量越来越大、其功能也越来越完善，才能满足不断攀升的电力需求。传统的电表由人工抄录，电表的抄录和收费工作也是城市生活的一个问题，人工抄表的工作量巨人，工作效率低，不仅给工作人员带来不便，而且会存在漏抄、误抄的现象。[0003]同时由于电表管理不善，也会导致用电效率较低，造成电能源的浪费。发明内容

[0004]为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够提升用电效率的智能电表系统及方法，由于成本适中、性能稳定，能够取得较好的经济效益，具有很好的推广前景。[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：[0006]一种能够提升用电效率的智能电表系统，所述系统包括：设置在远端的云服务器和设置在用户端的智能电表；所述智能电表包括壳体；所述壳体上设有微处理器、电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块、电表集中器和用于采集电量信息的电能计量模块；所述微处理器分别与电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块和电能计量模块电连接；所述无线通信模块通过无线网络与云服务器无线连接。[0007]进一步的，所述电能计量模块用于采集用户的用电信息；所述微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问设置在远端的云服务器获取电表数据。[0008]进一步的，所述电表集中器通过CAN总线控制并读取表头的数据，数据存储在集中器的闪存中；集中器执行从上位机发送的控制命令。[0009]进一步的，所述电表集中器包括：ARM处理芯片、闪存、时钟芯片、CAN总线接口电路、RS232接口、RS485和电源；所述CAN总线接口电路包括：3.3V供电电源；[0010]一种能够提升用电效率的智能电表管理方法，所述方法执行以下步骤：电能计量模块用于采集用户的用电信息。微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问云服务器获取电表数据。[0011]进一步的，所述方法还包括：实时监测电路状态；通过检测电路的外特性参数，采用算法，实现电路内部状态的估算和监控；在正确获取电路的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理和故障报警；建立通信总线，与显示系统、系统控制器和充电机实现数据

3

CN 112462159 A

说　明　书

2/5页

交换。

[0012]

进一步的，所述检测电路状态的过程包含两个部分；所述第一部分是前端模拟测

量保护电路，包括电路电压转换与量测电路、电路平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯电路；第二部分是后端数据处理模块，依据电压、电流、温度等前端计算，并将必要的信息通过通信接口回传给系统做出控制。[0013]进一步的，所述电路平衡驱动电路包括：平衡转换器、滤波器、匹配线路；所述平衡转换器滤波器通过平衡传输线连接，所述滤波器与匹配线路通过平衡传输线连接，所述平衡转换器包括第二线路、第一线路、第三线路、第一端口、第二端口和第三端口，信号的正极位于第二端口的顶部和第三端口的底部，平衡信号分别在第二端口和第三端口的顶端和底端馈送到转换器，且信号在第一端口中组合。[0014]与现有技术相比，本发明实现的有益效果：电能计量模块用于采集用户的用电信息。微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问云服务器获取电表数据，无需人工抄表，提高了工作效率，避免了漏抄、误抄情况的出现。用户可在IC卡读卡器处刷卡缴纳电费。同时，本发明通过完备的电源管理手段，提升了系统的安全性。

附图说明

[0015]以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

[0016]图1为本发明实施例公开的一种能够提升用电效率的智能电表系统的系统结构示意图。

具体实施方式

[0017]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。[0018]请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。[0019]实施例1

[0020]一种能够提升用电效率的智能电表系统，所述系统包括：设置在远端的云服务器和设置在用户端的智能电表；所述智能电表包括壳体；所述壳体上设有微处理器、电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块、电表集中器和用于采集电量信息的电能计量模块；所述微处理器分别与电源模块、存储模块、显示屏、IC卡读卡器、无线通信模块、气体传感器、报警模块和电能计量模块电连接；所述无线通信模块通过无线网络与云服务器无线连接。

4

CN 112462159 A[0021]

说　明　书

3/5页

具体的，气体传感器可检测易燃易爆气体，当检测到易燃易爆气体浓度超标时，报

警模块发出报警，同时智能电表发送报警信息到云服务器，云服务器通知供电公司或相关部门，通知其将该区域断电。壳体上还设有按键，按键与微处理器电连接。壳体上还设有GPS模块，GPS模块与微处理器电连接。智能电表通过GPS模块定位自身位置，并上报到云服务器，便于供电公司掌握其位置。[0022]实施例2

[0023]在上一实施例的基础上，所述电能计量模块用于采集用户的用电信息；所述微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问设置在远端的云服务器获取电表数据。[0024]实施例3

[0025]在上一实施例的基础上，所述电表集中器通过CAN总线控制并读取表头的数据，数据存储在集中器的闪存中；集中器执行从上位机发送的控制命令。[0026]实施例4

[0027]在上一实施例的基础上，所述电表集中器包括：ARM处理芯片、闪存、时钟芯片、CAN总线接口电路、RS232接口、RS485和电源；所述CAN总线接口电路包括：3.3V供电电源。[0028]具体的，一般的智能电表系统由四部分组成：表头，集中器，通讯器，上位机系统。具体如图1所示，其工作原理是通过一体化载波表或安装在电表表尾的电力计量传感系统模块经CAN总线组网，集中器按设定好的时间段接收数据并保存到内部flash中，当上位机发来读数据的信号后上位机通过RS232或RS485读数，读到的数据通过网络传送到用电管理中心。

[0029]实施例5

[0030]一种能够提升用电效率的智能电表管理方法，所述方法执行以下步骤：电能计量模块用于采集用户的用电信息。微处理器用于接收电能计量模块采集的电量信息，将其存储在存储模块中，通过显示屏显示电量信息，还定期通过无线通信模块将电量信息发送到云服务器存储，供电公司可通过访问云服务器获取电表数据。[0031]实施例6

[0032]在上一实施例的基础上，所述方法还包括：实时监测电路状态；通过检测电路的外特性参数，采用算法，实现电路内部状态的估算和监控；在正确获取电路的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理和故障报警；建立通信总线，与显示系统、系统控制器和充电机实现数据交换。[0033]实施例7

[0034]在上一实施例的基础上，所述检测电路状态的过程包含两个部分；所述第一部分是前端模拟测量保护电路，包括电路电压转换与量测电路、电路平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯电路；第二部分是后端数据处理模块，依据电压、电流、温度等前端计算，并将必要的信息通过通信接口回传给系统做出控制。[0035]实施例8

[0036]在上一实施例的基础上，所述电路平衡驱动电路包括：电路平衡驱动电路包括：平衡转换器、滤波器、匹配线路；所述平衡转换器滤波器通过平衡传输线连接，所述滤波器与

5

CN 112462159 A

说　明　书

4/5页

匹配线路通过平衡传输线连接，所述平衡转换器包括第二线路、第一线路、第三线路、第一端口、第二端口和第三端口，信号的正极位于第二端口的顶部和第三端口的底部，平衡信号分别在第二端口和第三端口的顶端和底端馈送到转换器，且信号在第一端口中组合。[0037]具体的，智能电表还可以涵盖如下的功能：[0038]单体保护

[0039]保护电池的离开超过限度的操作条件是所有BMS设计程序的基础。在实践中，BMS必须提供完整的，并几乎可以覆盖任何可能性的电池单体保护。对于高电压和高功率的汽车电池来说，尤其如此，它们必须在恶劣的环境中工作，同时也会面临用户的胡乱使用。[0040]费用控制

[0041]这是BMS的一个基本特征。电池充电不当造成的损坏比其他任何原因造成的损失都多

[0042]需求管理

[0043]不是与电池本身的操作直接相关的，而是指使用电池的应用程序。它的目标是通过在应用电路中设计节电技术，从而延长电池充电的时间，从而最大限度地减少电池的电流消耗。

[0044]SOC的测定

[0045]许多应用程序需要了解电池的电荷状态(SOC)或电池链中的单个电池的状态。这可能只是为了向用户提供电池容量的指示，或者在控制电路中需要它来确保充电过程的最佳控制。

[0046]SOH的测定

[0047]健康状况(SOH)是衡量电池能否提供其指定产出的能力。这对评估应急电力设备的准备情况至关重要，并且是维护行动是否需要的指标。[0048]电池均衡

[0049]在多单体电池连接而成的电池组中，由于生产工艺或操作条件之间的差异造成的，且往往与每个充电/放电循环而变大。在充电过程中，较弱的电池会因为过放时，会导致该电池变得更弱，直到电池最终失效。电池均衡是通过均衡单体电池的电压让每个单体电池电压一致的一种方法，从而延迟电池的使用寿命。[0050]历史记录(日志函数)

[0051]监控和存储电池的历史是BMS的另一个可能的功能。这是必要的，以估计电池的健康状况，但也要确定是否受到滥用。诸如循环次数、最大和最小电压、温度和最大充放电电流等参数可以记录下来进行后续评估。这也是对是否在保修期内需要索赔的重要记录。[0052]身份验证和识别

[0053]BMS还允许记录电池的信息，例如制造商的型号名称和电池的类型，这有助于自动测试和批次或序列号和制造日期，以便在电池故障时启用可追溯性。[0054]通信

[0055]大多数BMS系统包含某种形式的电池和充电器或测试设备之间的通信。有些链接到其他系统与电池监测其条件或历史。通信接口也需要允许用户访问修改BMS的电池控制参数或诊断和测试。

[0056]所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的

6

CN 112462159 A

说　明　书

5/5页

系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。[0057]需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

[0058]所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0059]本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD～ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。[0060]术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。[0061]术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。[0062]至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。[0063]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。[0064]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

7

CN 112462159 A

说　明　书　附　图

1/1页

图1

8