CN104377785B - 一种电动车充电站及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电动车充电站及使用方法，充电站包括可编程逻辑控制器PLC及所接的多个有编号的充电模块，PLC还连接人机交互界面和收费识别读写器。每个充电模块的单片机经光电耦合器组连接继电器组，再接多个充电插座，每个充电插座有特定编号。当某个继电器接通时，该继电器对应的充电插座与电源接通。各继电器的输出端所接的电流电压采样电路输出端接入单片机。其使用方法为：使用者的电池接于所选取充电插座上，PLC令该充电插座暂通电，计算该电池所需充电金额，使用者交费后即充电。PLC监控充电过程，过流或欠压断电报警，充满自停。本发明运行稳定可靠,抗干扰能力强,使用者可自助完成交费充电，可选不同规模建站且易扩展。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电技术,具体为一种电动车充电站及使用方法。
背景技术
全球的石油资源和环境保护形势的严峻,使人们更青睐于无污染，使用便捷的电能。电动车取代燃料机动车已是大势所趋，且随着电池技术和电动机技术的不断进步，电动车成为一种越来越低价、便捷、实用的交通工具，正在日益普及。为保证电动车的正常使用，必须解决充电的问题。现在已出现了不少街头的电动车充电站，今后充电站将和加油站一样，遍布城乡各地。
但现有的电动车充电系统抗干扰能力差，故障率高，且无法自动控制管理。如充电过程突然遇上停电，恢复供电时充电装置却无法自动继续充电，以至使用时才发现电动车还没有充得足够的电能，无法使用，影响电动车主的正常工作和生活。另外现有的电动车充电系统各级均使用可编程逻辑控制器，成本高，且因故障频发，容易报废，更影响了电动车充电系统的推广。
因此需要一种低成本、高性能、自动监控、安全耐用的电动车充电系统。
发明内容
本发明的目的是设计一种电动车充电站，可编程逻辑控制器经RS-485通讯网络连接的多个充电模块，还连接人机交互界面和收费识别读写器，各充电模块的单片机接经继电器组连接多个充电插座。一台可编程逻辑控制器可管理多个充电模块，成本低。
本发明的另一目的是设计上述电动车充车系统的使用方法，使用者可自行选取充电插座，在收费识别读写器上自动交费后即可到选定的充电插座上进行充电，无需服务人员，方便快捷。
本发明设计的一种电动车充电站包括可编程逻辑控制器(PLC)及其连接的多个充电模块，本充电站的可编程逻辑控制器与N个充电模块连接，N为1～16的整数，各充电模块各有一个唯一的编号，可编程逻辑控制器还连接人机交互界面和收费识别读写器。每个充电模块包括单片机，单片机经光电耦合器(或称光电隔离器)组连接继电器组，继电器组中每个继电器连接一个充电插座，一个充电模块有n个充电插座，n为1～16的整数。单片机给每个充电插座一个特定编号。电源与各继电器连接，当某个继电器接通时，该继电器对应的充电插座与电源接通。
所述可编程逻辑控制器通过RS-485总线与各充电模块连接，单片机配有MAX485芯片与RS-485总线连接；或者，所述可编程逻辑控制器与各充电模块无线连接，可编程逻辑控制器安装无线通讯模块，各充电模块安装与之配合的无线通讯器，无线通讯器与单片机连接。
本发明的各充电模块继电器组中各继电器的输出端还连接电流电压采样电路，采样电路的输出端经模数转换电路接入单片机。单片机将模数转换电路反馈回来的电流电压信号送入可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器掌握各充电模块的各充电插座上电动车的充电状态，对充电线路进行电流电压的实时检测；计算各充电插座上电动车的充电量。
本发明充电站的可编程逻辑控制器与各充电模块也可无线连接，可编程逻辑控制器安装无线通讯模块，各充电模块安装与之配合的无线通讯器，无线通讯器与单片机连接。
所述可编程逻辑控制器还连接有声响电路，在人机交互界面操作的同时，声响电路播放操作语音提示，在发生故障时，播放报警声，或播放故障报警语音提示。
所述收费识别读写器为射频卡收费读写器、手机收费读写器和银行卡收费读写器中的一种或多种。
所述的人机交互界面是显示屏和键盘，或者是触摸屏。所述键盘为标准键盘或者是矩阵键盘。
本发明设计的一种电动车充电站的使用方法具体步骤如下：
步骤Ⅰ、选取充电插座编号
接通电源，可编程逻辑控制器启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及可供选取的充电插座编号画面，使用者操作人机交互界面，选取充电插座编号，屏幕显示所选取的充电插座编号。
步骤Ⅱ、预算充电金额
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接，可编程逻辑控制器的指令使该充电插座暂时通电1～3秒，在暂时通电过程中，该充电模块的单片机通过采样电路的电压电流信号，判断该待充电电池是否为正常状态，若是电池有故障，人机交互界面显示此电池无法充电；若是电池正常则计算该电池的当前电量、所需充电量，有关信息送至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器预算该电池充电至额定电量所需充电时间和预定充电金额Bi，发送到人机交互界面、在屏幕显示，同时显示交费模式选择窗口和充电量的单价。
步骤Ⅲ、交费
使用者在人机交互界面选择其交费模式，即选择定额交费模式或充满交费模式；当选择定额交费模式，使用者在人机交互界面输入其欲缴纳的金额ZBi，ZBi＝(20％～95％)Bi；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额Bi，在充电完成后多退少补。
可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者选择的交费模式及将缴纳的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器在卡内或手机内所存款扣除相应金额，并发送该充电插座编号使用者已收费的信号到可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器发送指令到其选定的充电模块，充电模块接通选定编号充电插座的继电器，选定编号充电插座通电。
步骤Ⅳ、充电
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的当前充电状态信息，包括本次预付金额、当前剩余金额、预计本次充电达到额定容量所需时间及当前剩余充电时间、当前电池容量、当前充电电流和充电电压等，便于使用者清楚了解其电池本次充电的基本状况；8～15秒后，人机交互界面的屏幕重新显示充电模块及充电插座编号选取画面。
管理者或使用者在人机交互界面可按编号选择某个正在充电的充电插座，屏幕画面将切换显示该编号充电插座的当前充电状态信息，8～15秒后屏幕自动返回充电模块及充电插座编号选取画面。
充电过程中充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电插座的电压电流信号送至单片机，单片机将各充电插座当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当出现某个充电插座过电流、或欠压时，单片机自动直接切断经光电耦合器传送到该充电插座对应的继电器的通电输出信号，该充电插座与电源断开。单片机的快速响应，以保在发生过电流或欠压时有效地保护充电模块。
各充电插座当前电压电流信号经其充电模块的单片机反馈到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器监控充电过程；当发生过电流、或欠压时自动接通声响电路报警。同时在屏幕上发生故障的充电插座有报警标志，点击即可显示该充电插座的故障状况。
步骤Ⅴ、充电完成
当使用者选择定额交费模式，可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电动车电池充电电量，并折算为费用金额，当达到该编号充电插座使用者的缴费金额，可编程逻辑控制器向该编号充电插座的充电模块的单片机发出指令，单片机断开该编号充电插座的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的电池充电完成。
当使用者选择充满交费模式，将持续充电至电池充满，此时，采样电路的电压信号稳定电流趋于零，该充电模块断开完成充电的充电插座的继电器，该编号的充电插座断电；同时可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电池充电电量和应付金额；在人机交互界面的屏幕显示。可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者缴纳的金额以及多退或少补的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器对卡或手机完成多退或少补。
需要时，有权限的管理者在人机交互界面设置切换画面保持的时间、电量单价和报警模式等，并可设置各充电插座充电时的电流电压上、下限值存储于相应充电模块的单片机内。
与现有技术相比，本发明一种电动车充电站及使用方法的优点为：1、本电动车充电站用可编程逻辑控制器作为总控制器，PLC具有稳定可靠,抗干扰能力强,功能强大且使用方便等特点,其所接的各充电模块则用单片机作为控制器，单片机成本低廉,使用灵活,PLC与单片机共同构成可含数百个充电插座的充电站，是成本低、性能高、运行稳定、扩展功能强大的电动车充电系统；2、可编程逻辑控制器可抗电磁干扰，且各充电模块用光电耦合器隔离强电和弱电，有效防止了充电模块的故障；3、充电站配置了人机交互界面和收费识别读写器，使用者可自助完成交费充电，无需大量值守工作人员；4、各充电模块配置了采样电路，可编程逻辑控制器掌握各充电插座充电过程的电压电流，当发生过电流、或欠压时自动报警；过载时自动跳闸、充电完成自动断电；5、可编程逻辑控制器与各充电模块之间通过RS－485总线连接或者无线连接，可实现远距离、高灵敏度、多点通讯，可根据需要选择充电模块和充电插座的数量，或者配置多套人机交互界面和收费识别读写器、每套配一定量的充电模块，便于不同规模充电站的建立，且随时可实现进一步的扩展。
附图说明
图1为本电动车充电站实施例结构框图；
图2为图1中充电模块1的结构示意图。
具体实施方式
本电动车充电站实施例的结构框图如图1所示，包括可编程逻辑控制器(PLC)及其连接的8个充电模块，每个充电站可根据需要选择充电模块的数量。本充电站的可编程逻辑控制器与各充电模块通过RS-485总线连接，给各充电模块一个唯一的编号，可编程逻辑控制器还连接人机交互界面、收费识别读写器、报警电路和声响电路。
如图2所示，每个充电模块包括单片机，单片机经MAX485芯片与RS-485总线连接，单片机经光电耦合器组连接继电器组，继电器组中每个继电器连接一个充电插座，本例每个充电模块接有16个充电插座单片机给各充电插座一个特定编号。每个充电站可根据需要选择每个充电模块中充电插座的数量。充电模块1的充电插座编号为0101～0116，充电模块2的充电插座编号为0201～0216，充电模块8的充电插座编号为0801～0816。电源与继电器组连接，当某个继电器接通时，该继电器对应的充电插座与电源接通。各充电模块继电器组的输出端还连接电流电压采样电路，采样电路的输出端经模数转换电路接入单片机。单片机将模数转换电路反馈回来的电流电压信号送入可编程逻辑控制器。
本例的收费识别读写器为射频卡收费读写器。可单独设置充电射频卡的充值处，或者与公交卡、电话卡等当地社会公共服务射频卡合用射频卡的充值处。充电站也可配置多种收费识别读写器，使用者用射频卡、手机或银行卡均可完成识别交费。
本例的人机交互界面是触摸屏。
本电动车充电站的使用方法实施例使用上述电动车充电站实施例，具体步骤如下：
步骤Ⅰ、选取充电插座编号
接通电源，可编程逻辑控制器启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及可供选取的充电插座编号画面，使用者在人机交互界面操作，选取充电插座编号，屏幕显示所选取的充电插座编号。
需要时，有权限的管理者在人机交互界面设置切换画面保持的时间、电量单价和报警模式等，并可设置各充电插座充电时的电流电压上、下限值存储于相应充电模块的单片机内。
步骤Ⅱ、预算充电金额
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接，可编程逻辑控制器的指令该充电插座暂时通电1～3秒，在暂时通电过程中，该充电模块的单片机通过采样电路的电压电流信号，判断该电动车待充电电池是否为正常状态，若是电池有故障，人机交互界面显示此电池无法充电；若是电池正常则计算该电池的当前电量、所需充电量，有关信息送至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器预算该电池充电至额定电量所需充电时间和预定充电金额Bi，发送到人机交互界面、在屏幕显示，同时显示交费模式选择窗口和充电量的单价。
步骤Ⅲ、交费
使用者在人机交互界面选择其交费模式，即选择定额交费模式或充满交费模式；当选择定额交费模式，使用者在人机交互界面输入其欲缴纳的金额ZBi，ZBi＝(20％～95％)Bi；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额Bi，在充电完成后多退少补。
可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者选择的交费模式及将缴纳的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器在卡内或手机内所存款扣除相应金额，并发送该编号充电插座使用者已已缴费金额到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器发送指令到选定充电模块，充电模块接通选定编号充电插座的继电器，选定编号充电插座通电待用；
步骤Ⅳ、充电
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的当前充电状态信息，包括本次预付金额、当前剩余金额、预计本次充电达到额定容量所需时间及当前剩余充电时间、当前电池容量、当前充电电流和充电电压等；8～15秒后，人机交互界面的屏幕重新显示充电模块及充电插座编号选取画面；
管理者或使用者在人机交互界面可按编号选择某个正在充电的充电插座，屏幕画面将切换显示该编号充电插座的当前充电状态信息，8～15秒后屏幕自动返回充电模块及充电插座编号选取画面。
充电过程中充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电插座的电压电流信号送至单片机，单片机将各充电插座当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当出现某个充电插座过电流、或欠压时，单片机自动直接切断经光电耦合器传送到该充电插座对应的继电器的通电输出信号，该充电插座与电源断开。
充电过程中采样电路将该编号充电插座的电压电流，经该充电模块的单片机反馈到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器监控充电过程；当发生过电流、或欠压时自动接通声响电路报警；同时在屏幕上发生故障的充电插座有报警标志，点击即可显示该充电插座的故障状况。
步骤Ⅴ、充电完成
当使用者选择定额交费模式，可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电动车电池充电电量，并折算为费用金额，当达到该编号充电插座使用者的缴费金额，可编程逻辑控制器向该编号充电插座的充电模块的单片机发出指令，单片机断开该编号充电插座的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的电池充电完成。
当使用者选择充满交费模式，将持续充电至电池充满，此时，采样电路的电压信号稳定电流趋于零，该充电模块断开完成充电的充电插座的继电器，该编号的充电插座断电；同时可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电池充电电量和应付金额；在人机交互界面的屏幕显示。可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者缴纳的金额以及多退或少补的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器完成卡或手机的多退或少补。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电动车充电站的使用方法，所述电动车充电包括可编程逻辑控制器及其连接的多个充电模块，
所述可编程逻辑控制器与N个充电模块连接，N为1～16的整数，各充电模块各有一个唯一的编号，可编程逻辑控制器还连接人机交互界面和收费识别读写器；每个充电模块包括单片机，单片机经光电耦合器组连接继电器组，继电器组中每个继电器连接一个充电插座，一个充电模块有n个充电插座，n为1～16的整数，单片机给各充电插座一个特定编号；电源与各继电器连接，当某个继电器接通时，该继电器对应的充电插座与电源接通；
所述可编程逻辑控制器通过RS-485总线与各充电模块连接，单片机配有MAX485芯片与RS-485总线连接；或者，所述可编程逻辑控制器与各充电模块无线连接，可编程逻辑控制器安装无线通讯模块，各充电模块安装与之配合的无线通讯器，无线通讯器与单片机连接；
所述各充电模块中继电器组的输出端还连接电流电压采样电路，采样电路的输出端经模数转换电路接入单片机；其特征在于步骤如下：
步骤Ⅰ、选取充电插座编号
接通电源，可编程逻辑控制器启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及可供选取的充电插座编号画面，使用者操作人机交互界面，选取充电插座编号，屏幕显示所选取的充电插座编号；
步骤Ⅱ、预算充电金额
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接，可编程逻辑控制器的指令使该充电插座暂时通电1～3秒，在暂时通电过程中，该充电模块的单片机通过采样电路的电压电流信号，判断该待充电电池是否为正常状态，若是电池有故障，人机交互界面显示此电池无法充电；若是电池正常则计算该电池的当前电量、所需充电量，有关信息送至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器预算该电池充电至额定电量所需充电时间和预定充电金额Bi，发送到人机交互界面、在屏幕显示，同时显示交费模式选择窗口和充电量的单价；
步骤Ⅲ、交费
使用者在人机交互界面选择其交费模式，即选择定额交费模式或充满交费模式；当选择定额交费模式，使用者在人机交互界面输入其欲缴纳的金额ZBi，ZBi＝(20％～95％)Bi；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额Bi；
可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者选择的交费模式及将缴纳的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器在卡或手机的存款内扣除相应金额，并发送该充电插座编号使用者已收费的信号到可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器发送指令到其选定的充电模块，充电模块接通选定编号充电插座的继电器，选定编号充电插座通电；
步骤Ⅳ、充电
使用者的电动车电池与选定编号充电插座连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的当前充电状态信息，包括本次预付金额、当前剩余金额、预计本次充电达到额定容量所需时间及当前剩余充电时间、当前电池容量、当前充电电流和充电电压；8～15秒后，人机交互界面的屏幕重新显示充电模块及充电插座编号选取画面；
步骤Ⅴ、充电完成
当使用者选择定额交费模式，可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电动车电池充电电量，并折算为费用金额，当达到该编号充电插座使用者的缴费金额，可编程逻辑控制器向该编号充电插座的充电模块的单片机发出指令，单片机断开该编号充电插座的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电插座的电池充电完成；
当使用者选择充满交费模式，将持续充电至电池充满，此时，采样电路的电压信号稳定电流趋于零，该充电模块断开完成充电的充电插座的继电器，该编号的充电插座断电；同时可编程逻辑控制器根据该编号的充电插座的电压电流计算该电池充电电量和应付金额；可编程逻辑控制器将该编号充电插座使用者缴纳的金额以及多退或少补的金额发送到收费识别读写器，使用者在收费识别读写器用相应的卡或手机交换信息，收费识别读写器对卡或手机完成多退或少补。
2.根据权利要求1所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
有权限的管理者在人机交互界面设置切换画面保持的时间、电量单价、报警模式；并设置各充电插座充电时的电流电压上、下限值，存储于相应充电模块的单片机内。
3.根据权利要求1所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅳ充电过程中，管理者或使用者在人机交互界面按编号选择某个正在充电的充电插座，屏幕画面将切换显示该编号充电插座的当前充电状态信息，8～15秒后屏幕自动返回充电模块及充电插座编号选取画面。
4.根据权利要求1所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅳ充电过程中，充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电插座的电压电流信号送至单片机，单片机将各充电插座当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当出现某个充电插座过电流、或欠压时，单片机自动直接切断经光电耦合器传送到该充电插座对应的继电器的通电输出信号，该充电插座与电源断开。
5.根据权利要求1或2所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述可编程逻辑控制器还连接有声响电路，在人机交互界面操作的同时，声响电路播放操作语音提示。
6.根椐权利要求5所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅳ充电过程中，各充电插座当前电压电流信号经其充电模块的单片机反馈到可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器监控充电过程；当发生过电流、或欠压时自动接通声响电路报警；同时在屏幕上发生故障的充电插座有报警标志，点击即显示该充电插座的故障状况。
7.根据权利要求1或2所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述收费识别读写器为射频卡收费读写器、手机收费读写器和银行卡收费读写器中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的电动车充电站的使用方法，其特征在于：
所述的人机交互界面是显示屏和键盘，或者是触摸屏；所述键盘为标准键盘或者是矩阵键盘。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20171129 Address after: 535000 room 1-6, room D3 of the D3 block of the electronic industrial park, Hedong Industrial Park, Qinzhou high tech Zone, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Qinzhou Guangda Automation Engineering Co. Ltd. Address before: 535000 the Guangxi Zhuang Autonomous Region sand town Qinnan District of Qinzhou City, Huangqi Dong Cun Liao Cun Wei Sha 38-4 Patentee before: Zheng Weixiong |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180119 Address after: 535000 the Guangxi Zhuang Autonomous Region North Street, Qinzhou City Jinsheng No. 5 lane two Patentee after: Guangxi Liangjiang Automation Engineering Co. Ltd. Address before: 535000 room 1-6, room D3 of the D3 block of the electronic industrial park, Hedong Industrial Park, Qinzhou high tech Zone, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: Qinzhou Guangda Automation Engineering Co. Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190103 Address after: Room 1016-25, Standard Workshop Complex Building, Lihui Science and Technology Industrial Park, No. 5 Hongsheng Road, Nanning City, Guangxi Zhuang Autonomous Region, 530000 Patentee after: Guangxi Huaiyu Technology Co., Ltd. Address before: 535000 No. 5, North Second Lane, Jinsheng Street, Qinzhou City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: Guangxi Liangjiang Automation Engineering Co. Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |