CN104578325B - 一种电动车充电系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电动车充电系统及使用方法，充电系统的主控模块及经有线或无线连接多个有识别编号的充电模块，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经驱动光耦、继电器组接多个有特定编号的充电输出端。某个继电器接通、其对应的充电输出端与电源接通。各继电器输出端所接的电流电压采样电路输出端接入充电模块的单片机。其使用方法为：使用者电池接于所选的充电输出端上，主控模块令该充电输出端暂通电，计算该电池所需充电金额，使用者交费后即充电。主控模块监控充电过程，异常断路报警，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

一种电动车充电系统及使用方法

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系统及使用方法。

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系统，主控模块连接多个充电模块，主控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输出端。一个主控模块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电系统的使用方法，使用者可自行选取充电输出端，在收费识别读写器上自动交费后即可到选定的充电输出端上进行充电，无需服务人员，方便快捷。

本发明设计的一种电动车充电系统包括主控模块及其连接的多个充电模块，本充电系统的主控模块与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识别编号，主电源连接主控模块，为各部件供电，主控模块还连接人机交互界面和收费识别读写器。

所述主控模块为主控单片机、工控机和微机中的任一种。

每个充电模块包括单片机，单片机经驱动光电耦合器(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输出端，一个充电模块有n个充电输出端，驱动光电耦合器组有n个驱动光电耦合器，继电器组有n个继电器，n为1～32的整数。单片机给每个充电输出端一个特定识别编号。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输出端与电源接通。

所述主控模块通过有线网络与各充电模块连接，主控模块配有与有线网络相配合的通信处理芯片和通信光电耦合器。主控模块经通信处理芯片和通信光电耦合器连接有线网络。充电模块配有与有线网络相配合的通信芯片和通信光耦，充电模块的单片机经通信芯片和通信光耦连接有线网络；所述有线网络为现场总线网络或以太网。

或者，所述主控模块与各充电模块无线连接，主控模块连接无线通讯模块，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主控模块，主控模块掌握各充电模块的各充电输出端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；计算各充电输出端上电动车的充电量。

所述主控模块还连接有声响电路，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、接触式集成电路收费读写器、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。

所述主控模块还连接电源监控电路和备份电源。所述备份电源是钮扣电池或者是超级电容。

本发明设计的一种电动车充电系统的使用方法具体步骤如下：

步骤Ⅰ、选取充电输出端编号

接通主电源，主控模块启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及可供选取的充电输出端编号画面，使用者操作人机交互界面，选取充电输出端编号，屏幕显示所选取的充电输出端编号。

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输出端连接，主控模块的指令使该充电输出端暂时通电1～3秒，在暂时通电过程中，该充电输出端所属的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，有关信息送至主控模块，主控模块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B_i，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ZB_i，ZB_i＝(20％～95％)B_i；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额B_i，在充电完成后多退少补。

主控模块将该编号充电输出端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，并发送该充电输出端编号使用者已收费的信号到主控模块。主控模块保存该编号充电输出端使用者的交费模式和缴纳的金额数，并发送指令到其选定的充电模块，该充电模块接通选定编号充电输出端的继电器，选定编号充电输出端通电。

步骤Ⅳ、充电

使用者的电动车电池与选定编号充电输出端连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面。

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输出端，屏幕画面将切换显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面。

所述主控模块还配有电源监控电路和备份电源。系统工作过程中，电源监控电路检测主电源的电压和电流，出现故障，如主电源电压下降、断电或过电流，主电源的电压达到最小阈值或电流达到最大阈值时，电源监控电路将电源故障信息送至主控模块，主控模块断开主电源、切换连接备份电源，主控模块进入低功耗状态并自动产生电源故障历史记录、存储，同时报警。即可在故障时保存数据以便查询，又有效防止主控模块损坏。

充电过程中，各充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电输出端的电压电流信号送至本充电模块的单片机，各充电模块的单片机将其内各充电输出端当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当某充电模块出现某个充电输出端过电流、或欠压时，该充电模块的单片机自动直接切断经驱动光电耦合器传送到该充电输出端对应的继电器的通电输出信号，该充电输出端与电源断开。充电模块单片机的快速响应，以保在发生过电流或欠压时有效地保护充电模块。

各充电输出端当前电压电流信号经其充电模块的单片机反馈到主控模块，主控模块监控充电过程；当发生异常断路、过电流、或欠压时自动接通声响电路报警。同时生成故障报警历史记录，在屏幕上发生故障的充电输出端有报警标志，点击即可显示该充电输出端的故障状况及报警历史记录。

步骤Ⅴ、充电完成

当使用者选择定额交费模式，主控模块根据该编号的充电输出端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，当达到该编号充电输出端使用者的缴费金额，主控模块向该编号充电输出端的充电模块的单片机发出指令，单片机断开该编号充电输出端的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端的电池充电完成。

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输出端的继电器，该编号的充电输出端断电；同时主控模块根据该编号的充电输出端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。主控模块将该编号充电输出端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，并可设置各充电输出端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系统及使用方法的优点为：1、本电动车充电系统用主控单片机、工控机或微机作为总控制器，具有稳定可靠,抗干扰能力强,停电保持，功能强大且使用方便等特点,其所接的各充电模块用单片机作为控制器，单片机成本低廉,使用灵活,主控模块与充电模块共同构成可含数百个充电输出端的充电系统，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、主控模块在弱电的条件下运行，经通信光电耦合器连接各充电模块，可抗来自充电模块的电磁干扰，且各充电模块用驱动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、充电系统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、主控模块配置了备份电源和电源监控电路，当发生电源故障，可自动切换使用备份电源，既能在电源故障时保存数据，又有效防止主控模块损坏；5、主控模块和各充电模块分别经通信光电耦合器和通信光耦电磁隔离，有效防止主控模块与充电模块之间、或充电模块与充电模块之间相互干扰；6、各充电模块配置了采样电路，主控模块掌握各充电输出端充电过程的电压电流，当各充电模块发生异常断路、过电流、或欠压时自动报警产生报警历史记录；过载时自动跳闸、充电完成自动断电；7、主控模块与各充电模块之间通过有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输出端的数量，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，便于不同规模充电系统的建立，且随时可实现进一步的扩展。

附图说明

图1为本电动车充电系统实施例结构框图；

图2为图1中主控模块及外围电路的结构示意图；

图3为图1中充电模块1的结构示意图。

具体实施方式

本电动车充电系统实施例的结构框图如图1所示，包括主控模块及其连接的8个充电模块，每个充电系统可根据需要选择充电模块的数量。主电源连接主控模块，为各部件供电。本充电系统的主控模块与各充电模块通过现场总线连接，给各充电模块一个唯一的编号，本例为充电模块1至充电模块8。主控模块还连接人机交互界面、收费识别读写器和声响电路。

如图2所示，本例的主控模块为主控单片机，其连接备份电源、电源监控电路、通信处理芯片和通信光电耦合器。主控单片机经通信处理芯片和通信光电耦合器连接现场总线。本例备份电源是钮扣电池。

如图3所示，每个充电模块包括单片机，单片机经通信芯片、通信光耦与现场总线连接，单片机经驱动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输出端，本例每个充电模块接有16个充电输出端，每个驱动光电耦合器组有16个驱动光电耦合器，每个继电器组有16个继电器。单片机给各充电输出端一个特定编号。每个充电系统可根据需要选择每个充电模块中充电输出端的数量。本例充电模块1的充电输出端编号为0101～0116，充电模块2的充电输出端编号为0201～0216，充电模块8的充电输出端编号为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输出端与电源接通。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充电模块的单片机。充电模块的单片机将模数转换电路反馈回来的电流电压信号送入主控单片机。

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。充电系统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。

本电动车充电系统的使用方法实施例使用上述电动车充电系统实施例，具体步骤如下：

步骤Ⅰ、选取充电输出端编号

接通主电源，主控单片机启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及供选取的充电输出端编号画面，使用者在人机交互界面操作，选取充电输出端编号，屏幕显示所选取的充电输出端编号。

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，并可设置各充电输出端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输出端连接，主控单片机指令该充电输出端暂时通电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，有关信息送至主控单片机，主控单片机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B_i，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ZB_i，ZB_i＝(20％～95％)B_i；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额B_i，在充电完成后多退少补。

主控单片机将该编号充电输出端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，并发送该编号充电输出端使用者已缴费金额到主控单片机，主控单片机保存该编号充电输出端使用者的交费模式和缴纳的金额数，并发送指令到选定充电模块，充电模块接通选定编号充电输出端的继电器，选定编号充电输出端通电待用；

步骤Ⅳ、充电

使用者的电动车电池与选定编号充电输出端连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面；

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输出端，屏幕画面将切换显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面。

充电过程中，当主控模块发生主电源电压下降、完全断电或过电流，达到电压、电流阈值时，主控模块的电源监控电路发送故障信息到主控单片机，主控单片机断开主电源、切换连接到备份电源，主控单片机进入低功耗状态，自动生成电源故障历史记录、并保存。

充电过程中各充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电输出端的电压电流信号送至本充电模块的单片机，各充电模块的单片机将其内各充电输出端当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当某充电模块出现某个充电输出端过电流、或欠压时，该充电模块的单片机自动直接切断经驱动光电耦合器传送到该充电输出端对应的继电器的通电输出信号，该充电输出端与电源断开。

充电过程中采样电路将该编号充电输出端的电压电流，经该充电模块的单片机反馈到主控单片机，主控单片机监控充电过程；当发生异常断路、过电流、或欠压时自动接通声响电路报警，自动生成充电故障历史记录，并保存；同时在屏幕上发生故障的充电输出端有报警标志，点击即可显示该充电输出端的故障状况。

步骤Ⅴ、充电完成

当使用者选择定额交费模式，主控模块的单片机根据该编号的充电输出端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，当达到该编号充电输出端使用者的缴费金额，主控模块的单片机向该编号充电输出端的充电模块的单片机发出指令，充电模块的单片机断开该编号充电输出端的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端的电池充电完成。

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输出端的继电器，该编号的充电输出端断电；同时主控模块的单片机根据该编号的充电输出端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。主控模块的单片机将该编号充电输出端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 (5)

1.一种电动车充电系统的使用方法，所述电动车充电系统包括主控模块及其连接的N个充电模块，N为1～16的整数，各充电模块各有一个唯一的识别编号，主电源连接主控模块，为各部件供电，主控模块还连接人机交互界面和收费识别读写器；

所述主控模块为主控单片机、工控机和微机中的任一种；

每个充电模块包括单片机，单片机经驱动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输出端，一个充电模块有n个充电输出端，驱动光电耦合器组有n个驱动光电耦合器，继电器组有n个继电器，n为1～32的整数；单片机给每个充电输出端一个特定识别编号；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输出端与电源接通；

所述主控模块通过有线网络与各充电模块连接，主控模块配有与有线网络相配合的通信处理芯片和通信光电耦合器，主控模块经通信处理芯片和通信光电耦合器连接有线网络；充电模块配有与有线网络相配合的通信芯片和通信光耦，充电模块的单片机经通信芯片和通信光耦连接有线网络；所述有线网络为现场总线网络或以太网；

或者，所述主控模块与各充电模块无线连接，主控模块连接无线通讯模块，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；

其特征在于所述电动车充电系统的使用方法步骤如下：

步骤Ⅰ、选取充电输出端编号

接通主电源，主控模块启动，人机交互界面的屏幕显示充电模块及可供选取的充电输出端编号画面，使用者操作人机交互界面，选取充电输出端编号，屏幕显示所选取的充电输出端编号；

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输出端连接，主控模块的指令使该充电输出端暂时通电1～3秒，在暂时通电过程中，该充电输出端所属的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，有关信息送至主控模块，主控模块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B_i，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ZB_i，ZB_i＝(20％～95％)B_i；当选择充满交费模式，使用者将缴纳金额B_i；

主控模块将该编号充电输出端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，并发送该充电输出端编号使用者已收费的信号到主控模块；主控模块保存该编号充电输出端使用者的交费模式和缴纳的金额数，并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输出端的继电器，选定编号充电输出端通电；

步骤Ⅳ、充电

使用者的电动车电池与选定编号充电输出端连接开始充电，此时，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面；

步骤Ⅴ、充电完成

当使用者选择定额交费模式，主控模块根据该编号的充电输出端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，当达到该编号充电输出端使用者的缴费金额，主控模块向该编号充电输出端的充电模块的单片机发出指令，充电模块的单片机断开该编号充电输出端的电源，人机交互界面的屏幕显示该编号充电输出端的电池充电完成；

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输出端的继电器，该编号的充电输出端断电；同时主控模块根据该编号的充电输出端的电压电流计算该电池充电电量和应付金额；主控模块将该编号充电输出端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所述的电动车充电系统的使用方法，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；并设置各充电输出端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所述的电动车充电系统的使用方法，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输出端，屏幕画面将切换显示该编号充电输出端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输出端编号选取画面。

4.根据权利要求1所述的电动车充电系统的使用方法，其特征在于：

所述步骤Ⅳ充电过程中，各充电模块的采样电路将本充电模块内的各充电输出端的电压电流信号送至本充电模块的单片机，各充电模块的单片机将其内各充电输出端当前电压电流信号与其存储的电流、电压的上、下限值比较，当某充电模块出现某个充电输出端过电流、或欠压时，该充电模块的单片机自动直接切断经驱动光电耦合器传送到该充电输出端对应的继电器的通电输出信号，该充电输出端与电源断开；

所述主控模块还连接有声响电路；

所述步骤Ⅳ充电过程中，各充电输出端当前电压电流信号经其充电模块的单片机反馈到主控模块，主控模块监控充电过程；当发生异常断路、过电流、或欠压时自动接通声响电路报警；同时记录故障，报警记录存储于主控模块，在人机交互界面屏幕上发生故障的充电输出端有报警标志，点击即显示该充电输出端的故障状况。

5.根据权利要求1所述的电动车充电系统的使用方法，其特征在于：

所述主控模块还配有电源监控电路和备份电源；系统工作过程中，电源监控电路检测主电源的电压和电流，出现故障，主电源的电压达到最小阈值或电流达到最大阈值时，电源监控电路将电源故障信息送至主控模块，主控模块断开主电源、切换连接备份电源；主控模块进入低功耗状态并自动产生电源故障历史记录，存储并报警。