CN101860064B - 电动汽车路面充电系统及自动收费方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车路面充电系统。所述系统在路边设置供电站，供电站包括若干供电小区及控制中心，供电小区包括电源设施、供电板、主控制器、计费器，所述控制中心为供电站综合控制中心，具有通讯功能，能够下行与上述供电小区的通讯，验证车辆的合法性并拒绝不合法的车辆充电；并可上行与车辆账户管理部门通讯，实现费用自动划拨。本发明优点在于：充电系统充电时车主可以不必停车和下车，边行驶边充电，方便、快捷，也使车主在无人值守的充电站充电时人身安全有了保障；所述充电站设有智能计费管理系统，应用现有网络资源，便于管理和维护；所述充电系统采用主副电池包及将电池包分解成低压电池组的方式保证路面充电的安全性。

Description

电动汽车路面充电系统及自动收费方法

技术领域

本发明涉及一种电动车在路上拾取电力的方法，具体涉及一种电动车路面充电系统及其自动计费、收费的方法。 

背景技术

以电池为动力源的电动汽车是一种环保的交通工具，但其存在以下缺点：(1)电动汽车的二次电池成本高，每辆车的电池价格大约为10-15万元，占整车成本的三分之二，无法与燃油汽车相比，为此，国家必须付出大量的补贴，目前，国家给每辆电动汽车的实际补贴为6万元以上，假如将来全国每年生产1千万辆电动汽车就必须补贴6千亿元，这个数字是非常惊人的，也是国家难以承受的负担。(2)电动车一次充电后，行驶的里程有限，跑长途需多次充电，非常麻烦且耗时。(3)电动车的庞大电池包大大增加了电动汽车的自重，有的电池包重量竟高达600公斤，相当于整车自重的20％-30％，大大地增加了能源消耗。(4)二次电池的能量转化率仅为80-90％左右，比起用集电器从架空明线直接拾取电力驱动电机行驶的传统电车要多消耗10-20％左右的电力。(5)制造每辆电动车的电池需要多达数百公斤的金属材料，而这些金属材料都是稀缺资源，一旦大量普及电动车就会出现资源短缺现象，使电池成本暴增，动力电池专用金属材料的供应不足问题成为普及电动车的最大障碍。 

目前社会上解决电动车远行的充电问题，主要有两种方式，一是在道路旁边设置快充站，二是设置电池更换站，这两种方式都无法减少电 动车的电池容量并降低动力电池的折旧费。电动车动力电池的高额折旧费，是制约电动汽车发展的一个重要因素。以轻型车长安奔奔为例，每百公里电池折旧高达8元。电池更换站的另一个缺陷是需要配备大量的的周转电池，也就是说需要多耗用大量的稀缺金属，既增加成本又增加污染。 

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种能够方便、快捷、安全的实现电动车充电并节约能源和专用金属的电动车路面充电系统，并提供该系统充电计费方法，为电动车直接从供电设施中拾取电力驱动电机行驶创造条件。 

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为： 

提供一种电动车充电系统，其是基于若干路边供电站及设置于电动车上的电能采集装置完成电动车行驶中自动充电的系统，所述路边供电站包括若干供电小区及一控制中心，各供电小区有各自的物理地址，可以通过分析物理地址确定电动车所在位置；所述供电小区包括： 

设置于路面用于与电动车相接为其传递电能的供电板；及 

作为能量来源的电源设施，其与供电板之间的连通与否受控于下述的主控制器；及 

主控制器，与下述信息发送接收器连接，接收控制中心指令实现充电控制； 

信息发送接收器，用于与电动车及控制中心通讯，传递验证及计费信息； 

计费器，与电源设施及信息发送接收器连接，对电源设施输出的电能进行累计计价； 

所述控制中心为供电站综合控制中心，具有通讯功能，能够下行与上述供电小区及电动车通讯，验证车辆的合法性并拒绝不合法的车辆充电；并可上行与车辆账户管理部门通讯，实现费用自动划拨。 

具体的，所述主控制器、信息发送接收器、计费器均为带有微处理器的智能器件。 

具体的，所述设置于电动车上的电能采集装置包括电动车电池包，与电动车电池包通过充电电路连接的集电器，所述集电器通过电刷接触供电板。 

所述电动车电池包包括主、副两个独立的电池组，主副电池组之间设有可控开关。 

所述电能采集装置进一步包括微处理器及与微处理器连接的信息发送接收模块、计费模块；所述电动车主电池包包括多个低压电池组，各低压电池组之间也设有可控开关，所述可控开关与微处理器连接，受微处理器控制实现各低压电池组之间串联工作状态及并联充电状态的切换。 

所述电动车上放置有水感应器，水感应器通过保护电路与主、副电池组连接，电动车遇水后，水压和水分的变化，水感器立即启动切断电池组中各电池的串行连接。 

所述电源设施采用大容量电池组从交流电网取电经变压整流后存储电能。 

所述供电站中进一步设置干车处；所述供电站顶部设有可开合的防雨盖。 

为实现充电系统的有序运行，上述电动车充电系统的计费方法，在车载端设移动通信储值卡及相应的通讯模块，采用移动网络平台与供电站控制中心传递信息，通过对移动通讯储值卡的号码识别实现电动车身份的验证。 

由于各个厂家的计费器误差率可能不同，误差在一定范围内时允许的，但如果误差较大而充电的电动车辆较多时，会给供电部门带来很大的损失，因此误差超过一定数值而不得不拒绝对电动车提供电力。因此所述电动车充电系统的计费方法，还包括以下步骤： 

控制中心比较第一辆进入供电小区的电动车计费器扣费结果与供电小区的计费器计算的输出的电量价值，如一致，则确定电动车计费器合格，控制中心通知前方供电小区，为电动车做好供电的准备； 

当电动车依次进入同一个供电小区时，控制中心比较各个车的购电计费器计费结果相加之和与充电小区的售电计费器结果，如一致，则确定后续进入的电动车的计费器合格，控制中心通知前方供电小区，为依次进入的电动车做好供电的准备； 

如果电动车计费器误差超过一定范围并在设定的允许范围内，则计算两者误差率，乘以本次用电的总费用，算出误差量后，通过移动通信计费服务器补扣或返还电动车储值卡面值。 

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：1、本发明所述充电系统充电时车主可以不必停车和下车，方便、快捷，也使车主在无人值守的充电站充电时人身安全有了保障；2、所述充电系统采用主副电池包及将电池包分解成低压电池组的方式保证路面充电的安全性；3、所述充电站不需要树充电桩，可以容纳较多的电动车同时充电，节约空间；4、所述充电站设有智能计费管理系统，应用现有网络资源，便于管理和维护；5、所述充电系统有效减小电动车电池容量，减轻电动车自重，大大地降低电动车电池折旧费和购电支出；6、电动车的电机可直接从 路面拾取电力驱动电机行驶，大大地减少电池充放电损耗，延长电池寿命。 

附图说明

图1为本发明所述供电系统结构示意图；图2为本发明所述电动车电能采集装置结构示意图；图3为本发明所述系统工作流程示意图。图4为所述电动车充电状态示意图；图5为所述供电站防雨顶盖示意图。 

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细描述。 

如图1所示，本发明所述电动车充电系统包括路边供电站100及设置于电动车上的电能采集装置200。所述供电站包括供电站控制中心和若干供电小区，所述供电小区包括供电电源设施、供电板、主控制器、计费器、信息发送接收器等。所述主控制器、计费器、信息发送接收器均为带有微处理器的智能装置。 

所述控制中心为一综合计算机系统，其具有一数据库，数据库中存储有所有电动车辆的身份验证信息，预缴费信息等，有人值守或无人值守均可。其通过有线或无线网络与供电小区内的信息发送接收器及电动车上电能采集装置连接，实现多方通讯；通过有线或无线通讯网络与车辆账户管理部门通讯，实现费用自动划拨，车辆账号管理部门主要包括银行系统或计费卡发卡收费系统。 

所述供电电源设施包括大容量电池组、变压整流器，所述变压整流器从交流供电网取电，经变压整流后为大容量电池组充电，存储电能。该电池组通过受控于主控制器的可控开关与供电板连接。电源设施输出到供电板的电源电压为符合国家标准的直流安全电压，电压可在36-60 伏之间选取，确保安全。 

供电板平铺在路面上，通过与电动车的集电器接触向行驶的电动车提供行驶与充电所需电力。具体实施时，所述供电板可由二块各为正负电极的导电金属板构成，它的长度为几米至几十米以上，其宽度为几厘米至几十厘米左右，平铺在道路上，为行驶中的电动车提供电力服务。供电板也可以由两根不同极的粗电线组成或者由铺在路上的两排不同极的导电混凝土路面构成。供电板电极四周需覆盖绝缘材料，防止电极之间短路。金属供电板也可嵌入沥青混凝土中。一个供电站由若干互相绝缘的供电板和其它设施构成。 

为了保护路面结构，所述供电板也可以做成预制型的，其长度为若干米，宽度也为若干米。预制板上面设由金属或导电材料制成的正负电极，同一个供电小区的同极供电板可通过板与板之间的接头相连，也可以通过与供电小区的供电线并联连接，供电线嵌在板中，每块预制板中均有电线和数据传输线路与供电小区相连接。其原理与上述相同，但铺设和更换更加方便。 

供电板也是供电站与电动车信息链接的接口，电动车可以通过供电板、信息传输线路把完成电力供应所需要的信息传输到充电站控制中心。 

如图2所示，所述电动车上的电能采集装置包括集电器、微处理器及与微处理器连接的信息发送接收模块及计费模块，所述的计费模块可以是一内带微处理器的IC卡读写模块，由IC卡作为储值卡，存储自身验证信息及储费信息。集电器通过充电电路连接电动车电池包，通过电刷接触供电板。 

考虑到下雨时雨水会造成供电板正负极的短路，因此，供电站设置有一个可开启的顶盖和一个干车处。干车处用于把电动车车轮擦净擦干，防止湿水车澈造成供电板漏电。干车处采用电动设备对车进行吹干，并配置擦拭工具。 

具体实施时，可以将所有的供电站均设顶盖，为了节省投资，也可以只在部分路段的供电站设置顶盖。这样，在晴天时，所有供电站均可以给电动车正常供电，遇到雨天时，可关闭露天供电站，而只通过有顶盖的供电站为电动车供电和充电。所述顶盖设置为拱形，可开启，遇到事故时可以把拱型顶盖旋转开启，让吊车无障碍起吊，如图5，顶盖(加个标号)材料可采用防火透光布质材料，也可以用防火塑料薄膜。 

实施例 

如图3、4所示，当一辆电动汽车来到充电站，对准平铺在路面上的供电板1放下集电器2，集电器2的电刷3两极接触供电板1对应两极。此时，电动车上的信息发送接收模块将通过供电板1向供电站控制中心发出请求供电的信息，同时，通过微处理器控把自身的储值卡卡号、银行帐号以及剩余面值或记帐帐号等信息提交给供电站控制中心进行验证。 

控制中心接收到验证信息后通过计算机系统对其进行验证，一旦确认对方的付款帐户与自己的收款帐户存在帐面转移关系，立即通过供电小区的信息发送接收器向主控制器发出允许该车充电的指令。 

主控制器收到供电站控制中心发来的可充电指令之后，控制可控开关开启，接通电源设施和供电板向电动车提供电力，同时，也向电动车的计费模块发送充电站本时段的电价、本站资料、银行或发卡公司扣费资料。电动车的信息发送接收模块接收该信息后，传递给微处理器，微处理器得到本时段电价，再通过采集获得单位时间内拾取的电量，计算 出应付电费，并通过计费模块在自身的记账账号上扣除。同时，电动车微处理器还将该已付电费信息持续地向供电站控制中心发送，供电站计费器记录输出电量总电价通过信息发送接收器也同步向充电站控制中心发送记录到的售电结果。如果电动车微处理器计算的扣减款项与供电小区主控制器的售电计费器记录到的同一时间应收款项基本相同，说明电动车的计费正确，于是供电站控制中心通知下一个供电小区开启电源，为该车提供电力。这样一个供电小区接一个供电小区接力式地为电动车提供电力供应服务，直至该车离开供电站范围。 

对于上述电动车充电系统可以采用多种计费方法，其中，在车载端设移动通信储值卡及相应的通讯模块，采用移动网络平台与供电站控制中心传递信息，通过对移动通讯储值卡的号码识别实现电动车身份的验证后，进行相应的计费操作。 

实施例： 

车主通过移动通信公司购买一张面值若干的储值卡，安装在电动车的计费模块上，计费模块设计与移动通讯台的设计相似，其上设有相应的通讯模块，这样信息发送和接收模块与计费模块为一体，计费模块就具有了移动通信功能，可利用移动通信的平台与供电站控制中心、移动交换中心进行多向联系。储值卡上有统一的公路供电行业接入号和其它的完成用电所需要的信息。当电动车来到供电站附近，插有储值卡的计费模块会通过相应的通讯模块提前和供电站的基站链接，作来访登记，把自己的资料(如卡号和面值等)通过基站交给移动交换中心。移动交换中心经过鉴权，如确认该用户为合法用户，即通知前方供电站的供电小区作好对接准备。电动车来到供电站，放下集电器，启动请求用电程序，这时，车上的通讯模块开始向移动交换中心管理供电系统的服务器发出用电要求，移动交换中心管理供电系统的服务器在收到请求后立即 把信息转接到电动车当前所在的供电站的控制中心，供电站控制中心在收到电动车的供电请求后，认为该车是合法用户，于是与电动车建立联系，把本供电站本时段的电价发送给电动车的计费器。同时，通知最近的供电小区，为该车做好供电准备。当电动车进入供电小区并通过电刷头开始拾取电力时，车上的计费器开始工作，以个人识别码为标识通过供电板这个接口利用电力线或数据线以有线传输的方式向移动通信基站发送计费扣费信息，移动通信基站再把扣费信息转给供电站总控制中心。计费扣费信息有电流流量和单位时间内扣除的储值卡面值，同时，供电小区的计费器也开始记录输出的电流流量和单位时间内的应收储值卡面值，并把它送到供电站的控制中心相比较，两者如果数据基本相同，说明电动车的计费器是合格的，可以继续供电，于是通知前方的供电小区，为电动车做好供电的准备。供电站把接收到的电动车的扣费信息转发给移动通信交换中心的结算系统，结算系统再把从储值卡上扣除的电费转移到供电站的帐号上。如果电动车计费扣费器结果与供电小区控制器记录到的结果相差太远，有偷电的嫌疑，供电小区立即切断电源，并通知前方的供电小区拒绝为该车提供电力供应服务。如果电动车的计费扣费器表明车主是合法又合格的用户，储值卡面值也足够，则供电站的所有供电小区都向它提供供电服务，直到该车驶出本站范围。向电动车提供供电服务的供电站名称，供电时段电价和本次用电电量都可以从计费器屏幕上看到，事后也可以通过查看用电记录知道有关数据，这样就实现了收费互相监督和明白交费的目的。 

供电站控制中心在接受扣除电动车储值卡扣费信息后，通过光纤网络或移动通讯网络与银行或发卡公司系统连接，通知银行或发卡公司划扣储值卡所属帐号的资金至供电站帐号。银行或发卡公司在划扣资金后把结果发送至供电站总控制中心数据库。供电站控制中心把银行或发卡 公司发来的结果转发给电动车端，电动车端通过读卡模块扣除卡中相应金额。 

如果电动车的微处理器计算所得的费用远远小于供电小区计费器计算到的应收款项，说明电动车的计费系统有问题，供电站控制中心立即把它列入拒绝服务的黑名单并通知前方所有的供电小区拒绝为该车服务。供电站控制中心通过对该电动车所在供电小区物理地址的分析可确定该车的位置。同一时间在一个供电小区拒绝向某辆不合格电动车提供用电服务的同时，其它的供电小区仍可以对合法用户继续提供接力式的供电服务。 

如果电动车的电机电压与电源的电压相同，那电动车的电机可以直接从供电板拾取电力驱动电机工作，与此同时，车载电池也从供电板拾取电力进行充电。 

本发明是一种能够在电动车运行过程中实施充电的系统，为实现该目的，本发明中将电动车电池包设置为主、副两个独立的电池组，主、副电池组之间设有可控开关。主电池组容量设置比较大，可以是副电池组容量的2-6倍。行车时，主要通过主电池组向电动机提供电力。主电池组需要充电时，主电池组关闭，副电池组开启，由副电池接力为电动车提供电机运转所需电力。另一方面，多数电动车电机都采用了高压电机，其电压高达300V-500V左右，而地面充电因为安全原因，是不允许地面供电板电压超过国家规定的安全电压的。这样就会导致地面供电电压与电机电压不匹配。因此本发明将主电池包分解为多个低压电池组，各低压电池组之间设可控开关，可控开关受微处理器控制实现各低压电池组之间串联工作状态及并联充电状态的切换。 

当对主电池组充电时，微处理器控制可控开关断开，把主电池组分成若干个具有安全电压的小电池组(一般为36V)，再通过集电器以并联 方式向各个36V的小电池组充电，直至充电过程完成。完成充电工作之后，集电器与各个36V小电池组断开，微处理器控制再把各个36V小电池组间的可控开关闭合，切换至电动车电机供电。为了给副电池组补充电能，主电池组可以通过与副电池组的并联线路给副电池组充电，充完电再断开。 

现实中，多数电机工作过程中是需要高压供电的，为了避免人在电动车遇水情况下受电池高压电的伤害，本发明所述系统在车的适当位置放置一个或多个水感应器，水感器与保护电路和主、副电池的各个36V电池组间的可控开关相连接。电动车冲进水后，由于水压、水分的变化，水感器立即启动，控制电路把36V电池组间的可控开关断开，这样电池组的高电压由原来几百伏变成了安全电压36V。水感器、保护电路和可控开关，共同形成了一个入水保护装置。 

本发明是在电动汽车底盘下设置集电器进行充电的，无论是大货车还是小汽车底盘高度都相差不大，因此无论是大车还是小车都适合利用本发明所述系统在地面进行取电。同时，本发明所述的电压为安全的低压电，且只有在电动车通过供电板瞬间供电板才带电，因此，本发明比起目前城市依靠架空高压明线供电的无轨有轨电车来说更安全，也更方便司机操作集电器。 

本发明可以用来为三轮电动车提供低压直流电源。本发明所述技术方案可以应用于停车场等处，车辆停车休息时即可完成充电。 

本发明中未具体描述的功能模块及器件均为现有技术中的成熟模块，在此不再赘述。 

需要说明的是，上述仅为本发明的优选实施方式，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.电动车充电系统，其是基于若干路边供电站及设置于电动车上的电能采集装置完成电动车行驶中自动充电的系统，所述路边供电站包括若干供电小区及一控制中心，各供电小区有各自的物理地址，通过分析物理地址确定电动车所在位置；所述供电小区包括：

设置于路面用于与电动车相接为其传递电能的供电板；及

作为能量来源的电源设施，其与供电板之间的连通与否受控于下述的主控制器；及

主控制器，与下述信息发送接收器连接，接收控制中心指令实现充电控制；

信息发送接收器，用于与电动车及控制中心通讯，传递验证及计费信息；

计费器，与电源设施及信息发送接收器连接，对电源设施输出的电能进行累计计价；

所述控制中心为供电站综合控制中心，具有通讯功能，能够下行与上述供电小区的通讯，验证车辆的合法性并拒绝不合法的车辆充电；并可上行与车辆账户管理部门通讯，实现费用自动划拨。

2.根据权利要求1所述电动车充电系统，其特征在于：所述主控制器、信息发送接收器、计费器均为带有微处理器的智能器件。

3.根据权利要求1所述电动车充电系统，其特征在于：所述设置于电动车上的电能采集装置包括电动车电池包，与电动车电池包通过充电电路连接的集电器，所述集电器通过电刷接触供电板。

4.根据权利要求1所述电动车充电系统，其特征在于：所述供电板平铺在道路上，由二块各为正负电极的导电金属板构成或由两根不同极的粗电线组成或由两排不同极的导电混凝土路面构成。

5.根据权利要求3所述电动车充电系统，其特征在于：所述电动车电池包包括主、副两个独立的电池组，主副电池组之间设有可控开关。

6.根据权利要求5所述电动车充电系统，其特征在于：所述电能采集装置进一步包括微处理器及与微处理器连接的信息发送接收模块、计费模块；所述电动车主电池包包括多个低压电池组，各低压电池组之间也设有可控开关，各低压电池组之间的可控开关与微处理器连接，受微处理器控制实现各低压电池组之间串联工作状态及并联充电状态的切换。

7.根据权利要求6所述电动车充电系统，其特征在于：所述的计费模块为IC卡读取模块。

8.根据权利要求7所述电动车充电系统，其特征在于：所述电动车上放置有水感应器，水感应器通过保护电路与主、副电池组连接，电动车遇水后，水感应器立即启动切断电池组中各电池的串行连接。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的电动车充电系统的计费方法，在车载端设移动通信储值卡及相应的通讯模块，采用移动网络平台与供电站控制中心传递信息，通过对移动通讯储值卡的号码识别实现电动车身份的验证。

10.根据权利要求9所述的电动车充电系统的计费方法，还包括以下步骤：

控制中心比较第一辆进入供电小区的电动车计费器扣费结果与供电小区的计费器计算的输出的电量价值，如一致，则确定电动车计费器合格，控制中心通知前方供电小区，为电动车做好供电的准备；

当电动车依次进入同一个供电小区时，控制中心比较各个车的购电计费器计费结果相加之和与充电小区的售电计费器结果，如一致，则确定后续进入的电动车的计费器合格，控制中心通知前方供电小区，为依次进入的电动车做好供电的准备；

如果电动车计费器误差超过一定范围并在设定的允许范围内，则计算两者误差率，乘以本次用电的总费用，算出误差量后，通过移动通信计费服务器补扣或返还电动车储值卡面值。

Images