CN101895136B - 插电式电动汽车自助充电系统及自助充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种插电式电动汽车自助充电系统，包括多个充电站、数据服务中心以及移动通信服务中心。每个充电站包括ZigBee组网设备、充电站计算机监控中心以及多个充电机。ZigBee组网设备通过ZigBee无线通信网络与插电式电动汽车的ZigBee终端节点装置连接。每个充电机包括充电机信息管理单元、IC磁卡识别装置、触摸屏、打印机和充电装置。本系统克服了与插电式电动汽车有线通讯连接导致的电气连接不稳定、无线通讯连接导致的组网难度大及实施费用高的问题，能实现自助充电，用户操作简单、便利，安全，充电过程自动化、智能化，并且无需人工值守。另外，本系统能提供多种类型的充电服务模式。本发明同时公开了一种插电式电动汽车自助充电方法。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车、电动汽车地面充电装置、短距离无线通信设备以及通信接口转换设备领域，具体地，本发明涉及插电式电动汽车自助充电系统及自助充电方法。
背景技术
面对传统燃油汽车尾气排放造成的污染及其对石油资源的过度消耗所引发的环境与能源问题，电动汽车(electric vehicle，EV)以其良好的环保、节能特性，成为当今国际汽车发展的潮流和热点之一。目前国内外许多政府、汽车企业及相关行业科研机构都在致力于电动汽车技术的研究开发与推广应用。经预测，电动汽车充电站是电动汽车大规模商业化后不可缺少的电动汽车能源服务基础设施。
目前，插电式电动汽车通过与充电站连接实现对汽车内部的动力电池组进行电能补充。由于动力电池组的电池在过充情况下会严重损坏甚至引起爆炸事故，因此，为了保证动力电池组各个电池的安全充电，充电过程需要对各个电池的实时状态进行监测。现今，车载电池管理系统(BMS)具有对动力电池组各个电池的实时状态进行监测的能力，但充电站却不能对动力电池组各个电池的实时状态进行监测，因此，需要在充电站与车载电池管理系统之间建立通信连接。
为了建立充电站与车载电池管理系统之间的通信连接，某些实验室模拟充电测试中采用CAN总线连接充电站与车载电池管理系统。但是CAN总线为有线介质，这种由有线介质建立的通信连接在实际充电操作中的反复插拔下，电气连接不稳定，会造成盲目充电、充电失控或者通信失败的技术问题。
另外，国内发明专利文献ZL200720067326.1公开了一种用于电动车充电器的充电参数无线传输装置，所述装置采用无线通信方式建立车载电池管理系统与充电站之间的通信连接，其无线通信接口采用蓝牙无线通信接口。然而，蓝牙组网可配置节点最多7个，在充电站必须配置多个蓝牙网络才能在多辆汽车同时充电时保证车载电池管理系统与充电站进行信息的交互，组网难度大、实施费用高。
此外，现有充电站对插电式电动汽车进行充电之前，用户需要了解插电式电动汽车的动力电池组的性能；对电动汽车充电时，充电站专职人员或用户需要输入插电式电动汽车的动力电池组信息，这种人工输入方式会造成信息输入错误，进而导致充电失败和事故，影响充电服务质量；充电站对插电式电动汽车的充电人工完成，不能进行智能化、自动化充电。
因此，有必要提供一种改进的对插电式电动汽车进行充电的系统及方法来克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种插电式电动汽车自助充电系统及自助充电方法，克服与插电式电动汽车有线通信连接导致的电气连接不稳定、无线通信连接导致的组网难度大及实施费用高的问题，并且充电过程无需用户了解动力电池组性能、无需人工输入动力电池组信息，无需人工充电，能实现充电过程的智能化和自动化。
为了实现上述目的，本发明提供了一种插电式电动汽车自助充电系统，包括多个充电站、与所述多个充电站连接的数据服务中心，以及与所述数据服务中心连接的移动通信服务中心。每个充电站包括ZigBee组网设备、充电站计算机监控中心以及多个充电机。所述ZigBee组网设备通过ZigBee无线通信网络与插电式电动汽车的ZigBee终端节点装置连接；所述充电站计算机监控中心与所述ZigBee组网设备以及所述数据服务中心连接；每个充电机包括与所述充电站计算机监控中心连接的充电机信息管理单元、以及均与所述充电机信息管理单元连接的IC磁卡识别装置、触摸屏和充电装置。
在本发明的一个实施例中，所述ZigBee组网设备包括1个ZigBee协调节点装置和多组ZigBee路由节点集，其中每组ZigBee路由节点集包括6个ZigBee路由节点装置，所述每组ZigBee路由节点集的6个ZigBee路由节点装置均匀分布在以所述ZigBee协调节点装置为圆心、以所述ZigBee协调节点装置的最大有效传输距离为半径的圆周上。
在本发明的另一实施例中，所述充电装置包括成组的充电电能计量单元、充电电路以及充电浇口和控制所述充电电路的充电控制单元。所述充电浇口与所述充电电路连接，并适用于通过一充电导线与所述插电式电动汽车的充电接口连接，所述充电电路与所述充电浇口连接，所述充电电能计量单元与所述充电电路连接；所述充电控制单元，与所述充电机信息管理单元、充电电路以及充电电能计量单元连接。
在本发明的再一实施例中，所述数据服务中心存储用户基本信息，所述用户基本信息包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额、以及手机号码，所述触摸屏的显示界面包括用户基本信息修改界面。
在本发明的又一实施例中，所述数据服务中心存储充电信息，所述充电信息包括对应的充电站名称、用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、具体自助充电模式、充电起始时间、充电终止时间、充电转移电能以及充电故障记录；所述触摸屏的显示界面包括历史查询界面；所述每个充电机还包括与所述充电机信息管理单元连接的打印机。
本发明还提供了一种插电式电动汽车自助充电方法，包括如下步骤：通过ZigBee无线通信网络获取插电式电动汽车的电池组唯一电子ID以及IC磁卡记录的电池组唯一电子ID；在所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID匹配时，当用户设置自助充电操作数据后产生充电指令，根据所述充电指令启动充电机对所述插电式电动汽车充电；通过ZigBee无线通信网络获取所述插电式电动汽车的电池组实时状态信息，根据所述电池组实时状态信息控制所述充电机对所述插电式电动汽车充电的过程；充电结束后计算所述充电机转移至所述插电式电动汽车的充电转移电能；根据所述充电转移电能计算充电缴费金额，根据所述充电缴费金额对所述插电式电动汽车的用户的电子账户进行扣费；向所述插电式电动汽车的用户的手机号码发送充电完成短信以及充电缴费金额短信。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：获取并存储所述充电站对插电式电动汽车充电的充电信息，所述充电信息包括对应的充电站名称、用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、具体自助充电模式、充电起始时间、充电终止时间、充电转移电能、以及充电故障记录；当用户设置查询日期操作数据后产生历史查询指令；根据所述历史查询指令调出存储的对应的充电信息，形成历史充电清单和/或缴费凭单；打印所述历史充电清单和/或缴费凭单。
在本发明的又一实施例中，所述方法还包括：存储所述插电式电动汽车的用户基本信息，所述用户基本信息包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额、以及手机号码；当用户设置修改项目操作数据后产生用户基本信息修改指令；根据所述用户基本信息修改指令修改所述用户基本信息中对应的项目；根据所述修改的项目更新所述存储的用户基本信息。
在本发明的再一实施例中，所述方法还包括：在预置时间内连续核对所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID是否匹配；在所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID不匹配时，存储所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，重新获取插电式电动汽车的电池组唯一电子ID；在预置时间结束后获取的插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID一直不匹配时，释放暂存的IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，提示用户请求人工帮助服务。
在本发明的又一实施例中，当电池组实时状态信息中的荷电状态低于30％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池组充电信息的电池允许最大充电电流向所述插电式电动汽车充电；当电池组实时状态信息中的荷电状态达到50％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池推荐充电电流继续向所述插电式电动汽车充电；当电池组实时状态信息中的最高单体电池电压或最高箱体温度超出IC磁卡记录的电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围时，所述充电机采用减小至当前充电电流值的10％的充电电流继续向所述插电式电动汽车充电30秒，直至电池组实时状态信息中的最高单体电池电压或最高箱体温度恢复到电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围内，再以电流值减小前的电流对插电式电动汽车充电；当电池组实时状态信息中的荷电状态与电池组充电初始的荷电状态之差或当前时间与电池组充电起始时间之差或充电机转移至插电式电动汽车的充电转移电能满足用户设置的自助充电操作数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电。
与现有技术相比，本发明插电式电动汽车自助充电系统和方法具有以下优点：
1)设有ZigBee组网设备，其通过ZigBee无线通信网络经由插电式电动汽车的ZigBee终端节点装置与车载电池管理系统通信，因此本系统能实时监测插电式电动汽车的动力电池组的状态，并根据动力电池组的状态优化充电，能克服现有充电机与插电式电动汽车有线通信连接导致的电气连接不稳定引起的盲目充电、充电失控或者通信失败的技术问题。另外，本系统利用ZigBee无线通信网络进行组网，可配置节点多至65500个，相比于现有通过蓝牙组网的节点个数少的特征，本系统组网规模几乎没有限制，使用网络拓扑简单的树形网完全满足充电站的无线网络覆盖要求，并且组网难度小，现有组网技术成熟，实施费用低。
2)设有触摸屏，进而提供了简单、友好的人机交互服务界面，通过该触摸屏供用户选择需要的充电服务，用户无需了解动力电池组的内在性能，无需人工充电，用户只需选择自助充电模式即可实现对插电式电动汽车充电，整个充电过程智能化、自动化。
3)设有IC磁卡识别装置，能自动读取插电式电动汽车的用户的IC磁卡中的用户-汽车电池组信息，与现有人工输入动力电池组信息相比，本发明简化了充电操作，避免了动力电池组信息输入错误而导致充电失败和事故，提高了充电服务质量，用户操作简单、便利，自助充电服务安全、高效。
4)包括数据服务中心和移动通信服务中心，数据服务中心能根据每个充电站对插电式电动汽车的充电转移电能计算充电缴费金额，进而对插电式电动汽车的用户的电子账户扣费，同时，移动通信服务中心能根据充电情况以及缴费情况向用户的手机号码发送充电完成服务短信、本次充电缴费金额提示短信以及用户电子账户剩余金额不足提示短信，用户在收到短信通知时即可用车，或者通过手机进行充电故障远程解除操作和充电故障帮助操作。
5)能提供多种充电服务类型-以充电电量为标准的充电服务、以充电时间为标准的充电服务、以充电金额为标准的充电服务和自定义充电服务，本系统充电服务类型多样，能满足用户的服务需求。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为插电式电动汽车的结构示意图。
图2为本发明插电式电动汽车自助充电系统的结构示意框图。
图3为图2所示插电式电动汽车自助充电系统与图1所示插电式电动汽车充电接线的示意图。
图4为图2所示插电式电动汽车自助充电系统的充电机的电路示意图。
图5为图2所示插电式电动汽车自助充电系统的ZigBee组网设备的结构示意图，展示了ZigBee组网设备的ZigBee协调节点装置与ZigBee路由节点装置形成的ZigBee无线通信网络。
图5a为图5所示ZigBee组网设备的ZigBee协调节点装置、ZigBee路由节点装置与图1所示插电式电动汽车的车载ZigBee终端节点装置组成的ZigBee网络拓扑结构示意图。
图6为图2所示插电式电动汽车自助充电系统精简后适于小区充电和应急充电桩网络的自助充电系统的结构图。
图6a为图6所示自助充电系统的ZigBee网络拓扑结构示意图。
图7为本发明插电式电动汽车自助充电方法的流程图。
图8为图2所示插电式电动汽车自助充电系统按照图7所示插电式电动汽车自助充电方法对插电式电动汽车充电的具体流程图。
图8a为图8所示插电式电动汽车自助充电方法中ZigBee终端节点装置的工作流程图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
在阐述本发明插电式电动汽车自助充电系统及插电式电动汽车自助充电方法之前，先说明现有插电式电动汽车的大概组成。
如图1所示，现有插电式电动汽车100安装有动力电池组120、充电接口110、车载电池管理系统(BMS)130、以及ZigBee终端节点装置140。所述充电接口110设置于所述动力电池组120上，本发明插电式电动汽车自助充电系统通过所述充电接口120对所述插电式电动汽车100的动力电池组120充电，以驱动所述插电式电动汽车100。所述车载电池管理系统130与所述动力电池组120连接，所述车载电池管理系统130获取动力电池组120的电池组唯一电子ID并对所述动力电池组120的实时状态进行监测。所述ZigBee终端节点装置140通过CAN总线与所述车载电池管理系统130连接，以获取电池组唯一电子ID以及所述车载电池管理系统的监测结果(即动力电池组的实时状态信息，包括动力电池组的最高单体电池电压、最高箱体温度、荷电状态(SOC，State of Charge))。
下面对本发明插电式电动汽车自助充电系统进行详细阐述。
如图2所示，本发明插电式电动汽车自助充电系统包括多个充电站210、数据服务中心220、以及移动通信服务中心230。所述多个充电站210通过互联网240与所述数据服务中心220连接，所述数据服务中心220与所述移动通信服务中心230双向电联。所述数据服务中心220中心存储用户基本信息，包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额、手机号码、用户姓名、身份证号码。其中，每个充电站210包括ZigBee组网设备310、充电站计算机监控中心210、以及多个充电机330。
结合图2和图3，所述ZigBee组网设备310与插电式电动汽车100的ZigBee终端节点装置140建立ZigBee无线通信网络999。所述充电站计算机监控中心320与所述ZigBee组网设备310双向电联，并通过以太网340与所述多个充电机330连接，同时通过所述互联网240与所述数据服务中心220连接。在本实施例中，所述充电站计算机监控中心320通过光纤传感器(RS232/485)与所述ZigBee组网设备310连接。每个充电机330可以通过充电导线888与所述插电式电动汽车100的充电接口110连接。
如图4，每个充电机330包括充电装置410、以太网通信接口电路460、IC磁卡识别装置420、触摸屏430、打印设备440、以及充电机信息管理单元450。
所述充电机信息管理单元450通过内部总线与所述充电装置410、以太网通信接口电路460、IC磁卡识别装置420、触摸屏430、以及打印设备440连接。所述充电机信息管理单元450经由所述以太网通信接口电路460接入所述以太网340，进而与所述充电站计算机监控中心320通信(参考图3)。
继续图4，所述IC磁卡识别装置420用于读取用户的IC磁卡记录的用户-汽车电池组信息。所述用户-汽车电池组信息包括用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、以及电池组充电信息，其中电池组充电信息包括电池允许最大充电电流、电池推荐充电电流、电池的工作平台电压值范围、电池的最优工作温度范围。另外，所述电池组充电信息还包括电池组电池数量、电池类型、电池出厂时间、电池额定容量、电池循环寿命。
所述触摸屏430显示服务界面，供用户输入操作数据以产生充电指令、历史查询指令、以及用户基本信息修改指令。其中所述服务界面包括自助充电模式选择界面、历史查询界面、以及用户基本信息修改界面。另外，所述服务界面还包括充电确认菜单界面、充电进行中的实时状态界面。
所述充电装置410包括充电控制单元510、以及多个电动汽车充电接口520。所述充电控制单元510通过内部总线与所述充电机信息管理单元连接450，并通过通过内部总线与所述多个电动汽车充电接口520连接。每个电动汽车充电接口520包括充电电能计量单元630、充电电路620、以及充电浇口610。所述充电浇口610与所述充电电路620连接，并适用于通过所述充电导线888与插电式电动汽车100的充电接口110连接。所述充电电路620以及所述充电电能计量单元630均与所述充电控制单元510连接。所述充电电能计量单元630实时计算所述充电电路620转移至所述插电式电动汽车100的充电转移电能。
如图5，在本实施例中，所述ZigBee组网设备310包括ZigBee协调节点装置311和多组ZigBee路由节点集，每组ZigBee路由节点集包括6个ZigBee路由节点装置312。所述ZigBee协调节点装置311、每组ZigBee路由节点集的ZigBee路由节点装置312与插电式电动汽车100的ZigBee终端节点装置140组成ZigBee无线通信网络999。ZigBee协调节点装置311可采用具有RS232/485/USB接口的ZigBee无线组网数传设备，所述ZigBee路由节点装置312和所述ZigBee终端节点装置140可采用现行技术已相当成熟的ZigBee模块。
具体地，ZigBee组网设备包括1个ZigBee协调节点装置311以及至少1组ZigBee路由节点集。本发明采用图5a所示网络拓扑图对所述一组ZigBee路由节点集的6个ZigBee路由节点装置312和ZigBee协调节点装置311进行安装布局。具体地，6个ZigBee路由节点装置312均匀分布在以ZigBee协调节点装置311为圆心，以ZigBee协调节点装置311的最大有效传输距离为半径的圆周上，ZigBee终端节点装置140分布在分别以所述6个ZigBee路由节点装置312为圆心，以每个ZigBee路由节点装置312的最大有效传输距离为半径的6个圆共同组成的平面几何区域内，该区域为插电式电动汽车的车位停靠区。车位停靠区内的任一ZigBee终端节点装置140都能与ZigBee协调节点装置311进行信息交互，这样同时容纳的ZigBee终端节点装置140较多。如此布局后，ZigBee路由节点装置312和ZigBee协调节点装置311形成的ZigBee无线通信网络的覆盖范围是星型网的
倍(r为ZigBee路由节点装置312的最大有效传输距离)，网络覆盖范围大；当某一ZigBee路由节点装置312出现故障时，所述最外围大圈内的ZigBee终端节点装置140的存活率为
网络健壮性强。较佳地，可以在前述6个ZigBee路由节点装置312构成的一组ZigBee路由节点集的基础上，以相同方式再布置一组或多组ZigBee路由节点集(即：第二组ZigBee路由节点集的6个ZigBee路由节点装置均匀分布在以ZigBee协调节点装置311为圆心，以ZigBee协调节点装置311的最大有效传输距离为半径的圆周上)，这样布置之后，因某一ZigBee路由节点装置312出现故障而引起的ZigBee终端节点装置140通信失效的几率大大减小，进一步加强了充电站整体ZigBee无线通讯网络999的健壮性。另外，此种网络拓扑结构简单，ZigBee路由节点装置少，设计成本低，节点通信故障检修方便。此外，由于通信链路中主要为ZigBee终端节点装置140向ZigBee协调节点装置311发送数据，因此可以使用有删减的Cluster-Tree简化算法进行路由选择，从而满足充电过程中充电控制单元510对多辆插电式电动汽车进行数据监测的实时性要求(对于在建和已建的电动汽车充电站，在充电站内同时容纳的ZigBee终端节点装置相对较少，且ZigBee终端节点装置分布的地域范围较小，分布空间较开阔，如采用简单的星型网络，其通信覆盖区域受ZigBee单节点传输距离的影响(经测试，在有障碍的空间内未加外部功率放大器的ZigBee模块的有效传输距离为40-60m)，通信辐射范围较小)。
在大型电动汽车充电站、电动汽车保管站和停车场建设充电系统时，本实施例可以整体采用和借鉴。另外，参见图6)本实施例可以进行精简，使其更适用于居民小区电动汽车充电柱或道路应急充电桩充电网络，在图1所示插电式电动汽车自助充电系统的基础上，去掉其中的充电站计算机监控中心320(充电机330的以太网通信接口电路单元460直接挂接于互联网240，与数据服务中心220进行数据交互)；ZigBee组网设备由单一ZigBee协调节点装置311构成，其与插电式电动汽车100的ZigBee终端节点装置140构成星型网拓扑结构，进行点对多点通信(参见图6a)。
下面说明本发明插电式电动汽车自助充电方法。
如图7所示，所述插电式电动汽车自助充电方法，包括如下步骤：
步骤S701，获取IC磁卡记录的电池组唯一电子ID；
步骤S702，通过ZigBee无线通信网络获取插电式电动汽车的电池组唯一电子ID；
步骤S703，核对所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID是否匹配，如果否，继续下一步，如果是，转步骤S707；
步骤S704，判断所述核对的时间是否小于预置时间，如果是，继续下一步，如果否，转步骤S706；
步骤S705，存储所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，转步骤S702；
步骤S706，释放暂存的IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，提示用户请求人工帮助服务，结束；
步骤S707，当用户设置自助充电操作数据后产生充电指令，根据所述充电指令启动充电机对所述插电式电动汽车充电；
步骤S708，通过ZigBee无线通信网络获取插电式电动汽车的电池组实时状态信息，根据所述电池组实时状态信息、充电时间以及充电金额控制所述充电机对所述插电式电动汽车充电的过程；
步骤S709，充电结束后计算所述充电机转移至所述插电式电动汽车的充电转移电能；
步骤S710，根据所述充电转移电能计算充电缴费金额，根据所述充电缴费金额对所述可插式电动汽车的用户的电子账户进行扣费；以及
步骤S711，向所述插电式电动汽车的用户的手机号码发送充电完成短信以及充电缴费金额短信。
由上述技术方案可知，本插电式电动汽车自助充电方法具有如下优点：
1)本方法通过ZigBee无线通信网络与车载电池管理系统通信，因此能实时监测插电式电动汽车的动力电池组的状态，并根据动力电池组的状态优化充电，能克服现有充电机与插电式电动汽车有线通信连接导致的电气连接不稳定引起的盲目充电、充电失控或者通讯失败的技术问题。另外，本系统利用ZigBee无线通信网络进行组网，可配置节点多至65500个，相比于现有通过蓝牙组网的节点个数少的特征，本系统组网规模几乎没有限制，使用网络拓扑简单的树形网完全满足充电站的无线网络覆盖要求，并且组网难度小，现有组网技术成熟，实施费用低。
2)本方法中用户仅需要设置充电操作数据，充电机根据用户设置的操作数据所产生的充电指令进行充电，因此无需用户了解动力电池组的内在性能，无需人工充电，整个对插电式电动汽车充电的过程智能化、自动化。
3)本方法能通过ZigBee无线通信网络获取IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，与现有人工输入动力电池组信息相比，本发明简化了充电操作，避免了动力电池组信息输入错误而导致充电失败和事故，提高了充电服务质量，用户操作简单、便利，自助充电服务安全、高效。
4)本发明能计算充电站对插电式电动汽车的充电转移电能，进而计算充电缴费金额，并对插电式电动汽车的用户的电子账户扣费，同时根据充电情况以及缴费情况向用户的手机号码发送充电完成服务短信、本次充电缴费金额提示短信等。
在步骤S706中，所述当用户设置自助充电操作数据后产生充电指令的步骤具体为：
当用户设置充电电量数据后，产生以充电电量为标准的充电指令；或
当用户设置充电时间数据后，产生以充电时间为标准的充电指令；或
当用户设置充电金额数据后，产生以充电金额为标准的充电指令；或
当用户自定义充电参数后，产生自定义充电指令。
由上可知，本方法能提供多种充电服务类型-以充电电量为标准的充电服务、以充电时间为标准的充电服务、以充电金额为标准的充电服务和自定义充电服务，本系统充电服务类型多样，能满足用户的服务需求。
较佳地，所述方法还包括：
获取并存储所述充电站对插电式电动汽车充电的充电信息，所述充电信息包括对应的充电站名称、用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、具体自助充电模式、充电起始时间、充电终止时间、充电转移电能、以及充电故障记录；
当用户设置查询日期操作数据后产生历史查询指令；
根据所述历史查询指令调出存储的对应的充电信息，形成历史充电清单和/或缴费凭单；以及
打印所述历史充电清单和/或缴费凭单。
同样较佳地，所述方法还包括：
存储所述插电式电动汽车的用户的用户基本信息，所述用户基本信息包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额、以及手机号码；
当用户设置修改项目操作数据后产生用户基本信息修改指令；
根据所述用户基本信息修改指令修改所述用户基本信息中对应的项目；
根据所述修改的项目更新所述存储的用户基本信息。
在步骤S707中，所述根据所述电池组实时状态信息、充电时间以及充电转移电能控制所述充电机对所述插电式电动汽车充电的过程的步骤具体为：
当电池组实时状态信息中的荷电状态(SOC)低于30％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池组充电信息的电池允许最大充电电流向所述插电式电动汽车充电；
当电池组实时状态信息中的荷电状态(SOC)达到50％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池推荐充电电流继续向所述插电式电动汽车充电；
当电池组实时状态信息中的最高单体电池电压或最高箱体温度超出电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围时，所述充电机采用减小至当前充电电流值的10％的充电电流继续向所述插电式电动汽车充电30秒，直至电池组实时状态信息中的最高单体电池电压值或最高箱体温度值恢复到电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围内，再以电流值减小前的电流对插电式电动汽车充电；以及
当电池组实时状态信息中的荷电状态(SOC)与电池组充电初始的荷电状态(SOC)之差或当前时间与电池组充电起始时间之差或所述充电机转移至所述插电式电动汽车的充电转移电能满足用户设置的自助充电操作数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电。具体地，电池组实时状态信息中的荷电状态(SOC)与电池组充电初始的荷电状态(SOC)之差再乘以电池额定容量得到充电电量，当充电电量满足用户设置的充电电量数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电；当前时间与电池组充电起始时间之差得到充电时间，当充电时间满足用户设置的充电时间数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电；充电机转移至插电式电动汽车的充电转移电能乘以电能单价得到充电金额，当充电金额满足用户设置的充电金额数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电。
下面说明图2所示插电式电动汽车自助充电系统按照图7所示插电式电动汽车自助充电方法对插电式电动汽车充电的工作流程。如图8所示，所述插电式电动汽车自助充电系统对插电式电动汽车充电的步骤包括：
步骤S1，用户寻找充电站内空闲服务区停车后，用充电导线888连接插电式电动汽车100的充电接口110与充电机330的充电浇口610；
步骤S2，用户向IC磁卡识别装置420出示IC磁卡时，IC磁卡识别装置420读取IC磁卡记录的用户-汽车电池组信息(包括用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、以及电池组充电信息)，并将用户-汽车电池组信息发送至充电机信息管理单元450；
步骤S3，充电机信息管理单元450将用户-汽车电池组信息经由以太网通信接口电路460并通过以太网340发送至充电站计算机监控中心320；
步骤S4，用户上电启动插电式电动汽车100的ZigBee终端节点装置140后，ZigBee终端节点装置140初始化ZigBee协议栈，接收ZigBee协议栈选择的ZigBee路由节点装置312或ZigBee协调节点装置311分配的16位网络短地址以成功入网，入网成功后的ZigBee终端节点装置140持侦听状态。具体地，见图8a，ZigBee终端节点装置140首先初始化ZigBee协议栈，接着ZigBee协议栈网络层(NWK)会自动传递NLME-NETWORK-DISCOVERY.request原语启动MAC层执行主动或被动扫描，MAC层选择范围内信号最强的ZigBee路由节点装置312或ZigBee协调节点装置311作为其父节点，同时MAC层向父节点(选择的ZigBee路由节点装置312或ZigBee协调节点装置311)发送申请加入ZigBee无线通信网络999的入网请求，如请求得到父节点响应，父节点分配一个16位网络短地址给ZigBee终端节点装置140，表明ZigBee终端节点装置140入网成功，ZigBee终端节点装置140加入网络后，保持侦听状态。
步骤S5，保持侦听状态的ZigBee终端节点装置140收到ZigBee协调节点装置311的身份验证请求后，通过ZigBee无线通信网络999向ZigBee协调节点装置311发送电动汽车电池组唯一电子ID，ZigBee协调节点装置311再将电池组唯一电子ID转发至充电站计算机监控中心320；
步骤S6，充电站计算机监控中心320新建一项预充电任务进程，该预充电任务进程包含电池组唯一电子ID信息；
步骤S7，充电站计算机监控中心320核对预充电任务进程中的电池组唯一电子ID与用户-汽车电池组信息中的电池组唯一电子ID是否匹配，如果是(表明充电站ZigBee组网设备与电动汽车的车载ZigBee终端节点装置之间已成功建立ZigBee无线通信网络)，转步骤S11；如果否(表明充电站ZigBee组网设备与电动汽车的车载ZigBee终端节点装置之间未成功建立ZigBee无线通信网络)，继续下一步；
步骤S8，充电站计算机监控中心320判断所述核对的时间是否超过预置时间(本实施例规定为30秒)，如果否，继续下一步，如果是，转步骤S10；
步骤S9，充电站计算机监控中心320通过以太网340发送不匹配信息至充电机信息管理单元450，触摸屏430显示重新上电启动ZigBee终端节点装置信息(此时用户重新上电启动ZigBee终端节点装置140)，同时充电站计算机监控中心320暂时存放用户-汽车电池组信息，转步骤S4；
步骤S10，充电站计算机监控中心320释放暂存的用户-汽车电池组信息，通过以太网340发送人工帮助服务请求信息至充电机信息管理单元450，触摸屏430显示用户是否启用充电站人工帮助服务信息，结束；
步骤S11，充电站计算机监控中心320通过以太网340发送允许操作指令至充电机信息管理单元450，触摸屏430根据所述允许操作指令显示服务界面(包括自助充电模式选择界面、历史查询界面以及用户基本信息修改界面)，转步骤S12或S13或S14；
步骤S12，当用户通过触摸屏430进入自助充电模式选择界面，其中，所述自助充电模式选择界面包括以充电电量为标准的充电服务模式界面、以充电时间为标准的充电服务模式界面、以充电金额为标准的充电服务模式以及自定义充电服务模式界面，填写与充电导线888连接的充电浇口610的编号、选择自助充电模式以及设置自助充电模式的操作数据(充电电量或充电时间或充电金额或自行设置充电参数(其中自行设置的充电参数为与前述IC磁卡记录的电池组充电信息不一致的实际信息，包括电池实际允许最大充电电流、电池实际最大充电电流、电池实际容量、电池的实际工作平台电压值范围、电池的实际最优工作温度范围、需要充电的电量值或充电时间或充电金额值)后，触摸屏430产生充电指令(包含用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、充电浇口610的编号、充电电量、充电时间、充电费用)，转步骤S15；
步骤S13，当用户通过触摸屏430进入历史查询界面，并输入查询日期后，所述触摸屏430产生历史查询指令，充电信息管理单元450通过充电站计算机监控中心320调用数据服务中心220存储的充电信息，形成历史充电清单和/或缴费凭单，触摸屏430显示历史充电清单和/或缴费凭单，打印设备440打印历史充电清单和/或缴费凭单，结束；
步骤S14，当用户通过触摸屏430进入用户基本信息修改界面，并输入修改项目后，所述触摸屏430产生用户信息修改指令，充电信息管理单元450通过充电站计算机监控中心320调用数据服务中心220的用户基本信息中与所述用户身份唯一电子ID对应的其他用户基本信息，触摸屏430对充电信息管理单元450调用的其他用户基本信息(如手机号码)进行修改，充电信息管理单元450将修改的用户基本信息通过充电站计算机监控中心320上传至数据服务中心220，结束；
步骤S15，充电机信息管理单元450判断所述充电指令是否满足所述用户-汽车电池组信息中的电池组充电信息要求，如果否(表明在电池组充电信息的限定下，实际充电达不到充电指令要求)，继续下一步，如果是，转步骤S17；
步骤S16，充电机信息管理单元450产生故障信息并经由充电站计算机监控中心320发送所述故障信息至数据服务中心220，数据服务中心220发送用户基本信息中与所述用户身份唯一电子ID对应的用户手机号码以及故障信息至移动通信服务中心230，移动通信中心230向所述用户手机号码发送充电故障提示短信，结束；
步骤S17，充电机信息管理单元450通过充电站计算机监控中心320向数据服务中心220以及向充电控制单元510转发所述充电指令；
步骤S18，数据服务中心220根据所述充电指令存储用户身份唯一电子ID、电动汽车电池组唯一电子ID、以及充电起始时间，充电控制单元510根据所述充电指令启动与充电浇口610的编号对应的充电电路620向插电式电动汽车100充电；
步骤S19，保持侦听状态的ZigBee终端节点装置140收到ZigBee协调节点装置311的电池组实时状态信息数据请求后，通过ZigBee无线通信网络999向ZigBee协调节点装置311发送充电过程中插电式电动汽车100的车载电池管理系统130获取的电池组实时状态信息(包括动力电池组的最高单体电池电压、最高箱体温度、荷电状态(SOC))，ZigBee协调节点装置311再将电池组实时状态信息通过充电站计算机监控中心320、充电机信息管理单元450转发至充电控制单元510；
步骤S20，充电控制单元510根据电池组实时状态信息、充电时间、充电时间以及充电转移电能以及上述步骤S12所述用户选择四种充电服务模式中的任一充电服务模式下生成的充电指令判断充电是否结束(参考前面步骤S707的详细描述)，如果否，继续下一步；如果是，转步骤S22；
步骤S21，充电控制单元510控制与充电浇口610的编号对应的充电电路620继续向插电式电动汽车100充电，转步骤S19；
步骤S22，充电控制单元510控制与充电浇口610的编号对应的充电电路620终止向插电式电动汽车100充电，产生结束充电信息并经由充电机信息管理单元450、电站计算机监控中心320发送所述结束充电信息至数据服务中心220，同时，充电电能计量单元630计算所述充电电路620转移到所述插电式电动汽车100的充电转移电能，所述充电控制单元510经由充电机信息管理单元450、充电站计算机监控中心320将所述充电电能计量单元630计算的充电转移电能发送至数据服务中心220；
步骤S23，数据服务中心220接收结束充电信息后，记录并存储充电结束时间，将用户基本信息中与所述用户身份唯一电子ID对应的手机号码发送至移动通信服务中心230，移动通信服务中心230向所述手机号码发送充电完成服务短信，数据服务中心220接收充电转移电能后，存储该充电转移电能，根据所述充电转移电能计算并存储充电缴费金额，判断用户基本信息中与用户身份唯一电子ID对应的用户电子帐户剩余金额是否小于充电缴费金额，如果是，继续下一步，如果否，转步骤S25；
步骤S24，移动通信服务中心230向所述手机号码发送用户电子账户余额不足提示短信，结束；
步骤S25，数据服务中心220对用户基本信息中与所述用户身份唯一电子ID对应的用户电子账户自动扣除充电费用，移动通信服务中心230向所述手机号码发送本次充电缴费金额提示短信，结束。
总之，本发明提供用户操作简单、便利，安全、高效的自助充电服务，最大程度的使插电式电动汽车的充电过程自动化、智能化，并具有高安全性、高可靠性，无需人工值守，用户可完全自助充电。
需要注意的是，以充电电量为标准的充电服务模式、以充电时间为标准的充电服务模式、以充电金额为标准的充电服务模式和自定义充电服务模式都以IC磁卡记录的用户-汽车电池组信息中的电池组充电信息(电池组电池数量、电池类型、电池出厂时间、电池允许最大充电电流、电池推荐充电电流、电池额定容量、电池的工作平台电压值范围、电池的最优工作温度范围、电池循环寿命)作为充电控制单元控制充电电路充电的基本前提，在满足该基本前提的条件下，用户进入相应选择的自助充电模式界面，输入充电电量(荷电状态SOC)或充电时间或充电金额；自定义充电服务模式为用户自行输入充电参数，此模式是基于用户对所使用的汽车电池组具有深刻的经验认识基础上，如果用户对所使用的汽车电池组不甚了解而滥用此种自定义充电服务模式，将可能会造成严重事故，本实施例在用户选择自定义充电服务模式后对用户自行输入的充电参数设置严格的验证步骤，如用户输入的充电参数与电池组充电信息相差太大，将锁定用户进一步的服务操作，提示用户选用前三种自助充电模式进行充电。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (10)
1.一种插电式电动汽车自助充电系统，包括：
多个充电站；
数据服务中心，与所述多个充电站连接；以及
移动通信服务中心，与所述数据服务中心连接，
其中，每个充电站包括：
ZigBee组网设备，通过ZigBee无线通信网络与插电式电动汽车的ZigBee终端节点装置连接；
充电站计算机监控中心，与所述ZigBee组网设备以及所述数据服务中心连接；以及
多个充电机，其中每个充电机包括与所述充电站计算机监控中心连接的充电机信息管理单元、以及均与所述充电机信息管理单元连接的IC磁卡识别装置、触摸屏和充电装置。
2.如权利要求1所述的插电式电动汽车自助充电系统，其特征在于，所述ZigBee组网设备包括1个ZigBee协调节点装置和多组ZigBee路由节点集，其中每组ZigBee路由节点集包括6个ZigBee路由节点装置，所述每组ZigBee路由节点集的6个ZigBee路由节点装置均匀分布在以所述ZigBee协调节点装置为圆心、以所述ZigBee协调节点装置的最大有效传输距离为半径的圆周上。
3.如权利要求1所述的插电式电动汽车自助充电系统，其特征在于，所述充电装置包括：
成组的充电电能计量单元、充电电路以及充电浇口，所述充电浇口与所述充电电路连接，并适用于通过一充电导线与所述插电式电动汽车的充电接口连接，所述充电电能计量单元与所述充电电路连接；以及
控制所述充电电路的充电控制单元，与所述充电机信息管理单元、充电电路以及充电电能计量单元连接。
4.如权利要求1所述的插电式电动汽车自助充电系统，其特征在于，所述数据服务中心存储用户基本信息，所述用户基本信息包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额以及手机号码；
所述触摸屏的显示界面包括用户基本信息修改界面。
5.如权利要求1所述的插电式电动汽车自助充电系统，其特征在于，所述数据服务中心存储充电信息，所述充电信息包括对应的充电站名称、用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、具体自助充电模式、充电起始时间、充电终止时间、充电转移电能以及充电故障记录；
所述触摸屏的显示界面包括历史查询界面；
所述每个充电机还包括与所述充电机信息管理单元连接的打印机。
6.一种插电式电动汽车自助充电方法，包括如下步骤：
通过ZigBee无线通信网络获取插电式电动汽车的电池组唯一电子ID以及IC磁卡记录的电池组唯一电子ID；
在所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID匹配时，当用户设置自助充电操作数据后产生充电指令，根据所述充电指令启动充电机对所述插电式电动汽车充电；
通过ZigBee无线通信网络获取所述插电式电动汽车的电池组实时状态信息，根据所述电池组实时状态信息控制所述充电机对所述插电式电动汽车充电的过程；
充电结束后计算所述充电机转移至所述插电式电动汽车的充电转移电能；
根据所述充电转移电能计算充电缴费金额，根据所述充电缴费金额对所述插电式电动汽车的用户的电子账户进行扣费；以及
向所述插电式电动汽车的用户的手机号码发送充电完成短信以及充电缴费金额短信。
7.如权利要求6所述的插电式电动汽车自助充电方法，其特征在于，还包括：
获取并存储所述充电机对插电式电动汽车充电的充电信息，所述充电信息包括所述充电机对应的充电站名称、用户身份唯一电子ID、电池组唯一电子ID、具体自助充电模式、充电起始时间、充电终止时间、充电转移电能以及充电故障记录；
当用户设置查询日期操作数据后产生历史查询指令；
根据所述历史查询指令调出存储的对应的充电信息，形成历史充电清单和/或缴费凭单；以及
打印所述历史充电清单和/或缴费凭单。
8.如权利要求6所述的插电式电动汽车自助充电方法，其特征在于，还包括：
存储所述插电式电动汽车的用户基本信息，所述用户基本信息包括对应的用户身份唯一电子ID、用户电子帐户、用户电子帐户剩余金额以及手机号码；
当用户设置修改项目操作数据后产生用户基本信息修改指令；
根据所述用户基本信息修改指令修改所述用户基本信息中对应的项目；以及
根据所述修改的项目更新所述存储的用户基本信息。
9.如权利要求6所述的插电式电动汽车自助充电方法，其特征在于，还包括：
在预置时间内连续核对所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID是否匹配；
在所述插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID不匹配时，存储所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，重新获取插电式电动汽车的电池组唯一电子ID；以及
在预置时间结束后获取的插电式电动汽车的电池组唯一电子ID与所述IC磁卡记录的电池组唯一电子ID一直不匹配时，释放暂存的IC磁卡记录的电池组唯一电子ID，提示用户请求人工帮助服务。
10.如权利要求6所述的插电式电动汽车自助充电方法，其特征在于，所述根据所述电池组实时状态信息控制所述充电机对所述插电式电动汽车充电的过程的步骤具体为：
当电池组实时状态信息中的荷电状态低于30％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池组充电信息的电池允许最大充电电流向所述插电式电动汽车充电；
当电池组实时状态信息中的荷电状态达到50％时，所述充电机采用IC磁卡记录的电池推荐充电电流继续向所述插电式电动汽车充电；
当电池组实时状态信息中的最高单体电池电压或最高箱体温度超出IC磁卡记录的电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围时，所述充电机采用减小至当前充电电流值的10％的充电电流继续向所述插电式电动汽车充电30秒，直至电池组实时状态信息中的最高单体电池电压或最高箱体温度恢复到电池的工作平台电压值范围或电池的最优工作温度范围内，再以电流值减小前的电流对插电式电动汽车充电；以及
当电池组实时状态信息中的荷电状态与电池组充电初始的荷电状态之差或当前时间与电池组充电起始时间之差或充电机转移至插电式电动汽车的充电转移电能满足用户设置的自助充电操作数据时，终止所述充电机对所述插电式电动汽车充电。
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