CN105894674A - 一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电力线载波通讯技术、计算机控制、测量技术，对充电桩进行智能化管理、控制、计费以及结算的管理系统。系统主要由安装于充电桩侧的“智能化控制器”、“计量和控制单元”、“信号分离器”、“辅助电源”和安装于车辆侧的“车辆识别应答器”、“信号分离器”等构成。充电桩侧和车辆侧均有唯一ID标识，并且通过充电电缆使用电力载波技术进行通讯，车辆侧的应答器具有标识和预充值功能，充电桩侧根据车辆标识和预充值进行车辆的充电控制和计费计算。本发明可用于新能源汽车的充电桩管理，亦可应用于其他公用设施的动力电源控制和管理。使用本发明可以对充电桩进行智能化的管理和控制，可以做到充电桩的无人值守，方便部署和安装，为新能源汽车的使用推广提供更好的技术支持。并且可以实现在线支付等方式进行结算管理。

Description

一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电桩领域，尤其是智能化的计费、结算和充电控制管理。

背景技术

现有电动汽车充电桩分为不计费充电桩、计时计费充电桩和计量计费充电桩等几种形式。

不计费充电桩多为车主私有或者单位私有的充电设施，也有公共场所为新能源车主提供免费充电的。

计时计费是按照充电时长来收取相应的费用。

计量计费是通过计量用户充电的电量来收取费用的。

不计费的充电桩局限性很大，仅限于给有针对性的用户群体使用，公众场所提供的免费充电桩从长远上看，不可能永久提供免费充电服务，最终是要走向计费的。

计时计费只是粗略的根据充电时间长短收取费用，不能科学的计量，误差太大，并且大多数需要人工干预收取费用，也不适合推广。

计量计费的方式是比较精确计算用户使用量，并根据充电的电量来收取费用的，在计费方法上是更加公平合理的。

目前计量计费的充电过程是，启动充电并开始计量，充电结束后根据计量结果进行收费结算，可以是刷卡方式结算也可以是现金或者其他方式结算。但由于电动汽车的充电过程相对较长，中间的充电过程尚且做不到全程受控，多个环节仍然需要人工处理，难以实现智能化、自动化的控制和计费结算。

本发明使用充电电缆和电力载波技术在车辆和充电桩之间进行实时通讯，可以实现智能化的控制充电过程，并能够实时的进行计费扣费等结算工作，将充电过程和计费管理无缝的结合在一起，让充电桩做到无人值守。

发明内容

本发明的设备包含两个部分，一个是充电桩部分，另一个是充电车辆部分。它们之间通过充电电缆使用电力载波通讯技术进行实时通讯。其中充电桩部分由“智能化控制器”、“计量和控制单元”、“信号分离器”、“辅助电源”等构成；车辆部分由“车辆识别应答器”、“信号分离器”等构成。充电桩部分和车辆部分均有唯一的ID进行区分，ID用于身份识别和充电计费记录的数据存储。

1.充电桩部分

充电桩部分由充电适配器、辅助电源、信号分离器、计量和控制和智能化控制器构成，其功能如下：

1)充电适配器

充电适配器是从市电向车辆所需要的电能进行转换的适配器，通常每种车型都有不同的要求，有些车型并不需要充电适配器。充电适配器不是本发明的内容，属于充电桩既有部分。

2)辅助电源

辅助电源是在控制器控制充电设备向车辆提供电力输出之前，为车辆部分的车辆识别应答器(储值器)提供临时电源的。

3)信号分离器

信号分离器是将通讯信号从电力线缆上分离出来并和电力线网络隔离的，在发送通讯指令时将通讯信号合并到电力线上。

4)计量和控制

计量和控制是附加到原有充电桩的充电适配器之前的设备，用来计量充电所消耗的能源总量，并且允许智能化控制器根据计费情况控制启动充电和终止充电过程的。

5)智能化控制器

智能化控制器是充电桩部分的核心设备，主要用来对车辆进行识别，有效的控制充电过程，并根据充电消耗的电量进行计费扣费或者其他途径的结算。

2.车辆部分

车辆部分是配合原有充电电缆，完成车辆身份识别和应答，并且能够存储用户预交费金额、结算方式、结算明细信息的设备，主要由：电力适配器、信号分离器和车辆识别应答器(储值器)构成。

1)电力适配器

电力适配器也属于充电电缆既有的设备，通常由充电桩输出的电力需要经过充电电缆的适配器进行电力转换然后输入给汽车进行充电的，每个车型都有不同的要求，部分车型亦不需要电力适配器。本发明中不包含电力适配器。

2)信号分离器

同充电桩部分类似，信号分离器是将通讯信号和电力线进行合成与分离的，同时有将通讯信号和电力网络隔离的作用。

3)车辆应答识别器

车辆部分的车辆识别应答器(储值器)作为充电管理的应答设备，主要负责同充电桩之间的身份验证、车辆类型识别，存储用户预充值明细、余额及充电扣费明细等信息。

本发明的充电过程是，当车辆充电电缆连接到充电桩时，充电桩并不向车辆输出动力电源，而是通过辅助电源提供给车辆应答识别器工作所需要的电源。车辆应答识别器开始和充电桩的智能化控制器进行通讯，确定该车辆是否能够在本充电桩进行充电，获取车辆充电所需要的动力要求等，并根据计费规则确定本次充电是合法的。在确定本次充电合法的情况下，充电桩通过计量和控制设备控制启动充电过程，向车辆输出合乎要求的动力电源。充电过程中，智能化控制器实时的根据计量和控制设备的计量结果，进行费用计算，并且将数据传送到车辆部分的车辆应答识别器上，进行扣费操作。一旦车辆应答识别器中的预充值余额使用完，则充电桩自动停止动力电源输出。当用户结束充电过程，断开充电电缆的连接时，智能化控制器自动控制充电桩不再向外输出动力电源，完成一个充电过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明构成的原理框图

图2为本发明所指智能化控制的原理框图

图3为本发明所指的车辆识别应答器(储值器)的原理框图

图4为本发明所指充电桩部分工作的流程图

图5为本发明所指车辆部分工作的流程图

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域中的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1给出了本发明的系统框架图。在充电桩部分：

市电进入充电桩后，分作三路，一路经由辅助电源给经过信号分离器输出给车辆部分，用于充电桩对外不提供动力电源时，作为车辆识别应答器工作的电源，一路提供给智能化控制器工作使用，另一路作为主要的动力电源，经过计量和控制部分提供给充电适配器，充电适配器可以根据车辆的动力需求，将市电转换为适合的电源类型。

计量和控制部分会将充电适配器对外提供的电能进行计量，并传递给智能化控制器，同时接受智能化控制器的指令，可以控制是否对外提供动力电源输出，即可以控制充电过程。

信号分离器可以将动力输出、辅助电源和电力载波通讯的信号进行合成与分离，确保通讯数据的畅通，同时不会将电力载波通讯信号耦合至市电网络，以避免多个充电桩之间相互的干扰。

智能化控制器如图2所示，主要构成有：

1)人机交互界面

人机交互界面提供了用户操作充电桩的能力，可用于选择充电方式、结算方式、必要时可以作为用户安全验证的输入密码等，同时也将当前充电桩的工作状态等信息显示在LCD显示屏上，诸如用户余额、当前电量、充电电量、充电电压、充电电流、计费金额等信息。

2)电量检测输入与控制输出

用于检测当前充电的电量消耗，并根据用户的充电方式、充电程度、结算方式以及余额等控制开启和终止充电过程。

3)远程通讯模块

远程通讯模块是智能控制器与中心管理计算机之间进行通讯的模块，远程管理中心可以向充电桩下发相应的控制条件，认证条件，同时将充电桩的充电记录收集并产生结算报表。

4)MCU微处理器

MCU微处理器根据用户的操作控制当前工作状态，并根据用户选择的计费方式，对充电桩的电量进行统计，生成充电费用记录。当充电结束后或者用户余额不足时，自动切断充电桩输出的电力，结束本次充电过程，并将充电记录保存的存储器内。

5)存储器

存储器主要用于存储每次充电的明细记录，可供远程管理计算机生成结算报表。

6)电力载波模块

电力载波模块完成充电桩部分和车辆部分之间相互通讯的载波传输功能。

7)电源模块

提供智能控制器所使用的电源。

智能化控制器的MCU完成整个充电桩的流程控制，计费结算以及响应用户界面操作等。

车辆部分通过充电的电力线缆连接，信号分离器可以将动力电源和电力载波信号分离出来，并且可以从电力电缆获取辅助电源传送的车辆识别应答器工作所需要的电源。分离的动力电源由电力适配器提供给车辆充电，通讯信号交由车辆识别应答器进行处理。

车辆识别应答器如图3所示，主要包括一下四个模块构成：

1)MCU微处理器

MCU微处理器根据存储器中的信息，向充电桩部分提供车辆的类型、充电要求、结算方式、预充值余额等信息，同时完成与充电中的身份相互确认和识别，确保车辆可以在本充电中进行充电和结算。

2)存储器

存储器主要用于存储每次充电的明细记录，可供用户查询和生成结算报表。存储器中同时保存着和车辆相关的信息，用于同充电桩进行相互的身份识别和确认

3)电力载波模块

电力载波模块完成充电桩部分和车辆部分之间相互通讯的载波传输功能。

4)电源模块

在不同状态下，提供给车辆识别应答器(储值器)工作所需要的电源，在充电桩未开启充电的情况下，根据辅助供电系统的电力提供工作电源，当充电桩开启充电后，根据充电电力电源提供给车辆识别应答器(储值器)工作所需要的电源。

图4给出了充电桩的工作流程：

1)充电桩开始工作后，实时检测是否有车辆识别应答器连接。

2)当有车辆识别应答器连接到充电桩时，进行身份识别的验证。

3)当车辆识别应答器身份识别验证后，进入交互式应答模式。

4)交互式应答失败或者超时或则其他因素出错，则结束本次会话，回到开始工作的状态，重新检测是否有应答器连接。应答成功则同步充电状态。

5)如果充电状态达到了结束的条件，则结束本次充电过程，否则获取用户的操作控制指令，如果无用户操作指令，或者指令超时，继续重复交互式应答，同车辆识别应答器同步状态，记录充电扣费结果等。

6)当有用户指令是，处理完用户指令返回到交互应答。直至充电结束的条件满足时，系统工作返回到等待车辆识别应答器接入。

图5给出了车辆部分的工作流程：

1)车辆识别应答器接入充电桩后，获取供电电源则开始运行，首先是发起身份识别请求。

2)身份识别成功后，进入交互应答模式，否则继续发起身份识别请求。

3)进入交互应答模式后，车辆识别应答器根据智能化控制器发送的指令执行相关操作，直到智能化管理器发出结束指令，或者应答模式超时之后，结束充电模式。

4)充电结束后，车辆识别应答器会保存充电记录到存储器中，同时充电桩也会将本次会话的充电记录保存在存储器中。充电桩在充电过程中，会根据扣费条件记录当前的扣费数据，同时会向车辆识别应答器发出保存记录和扣费的指令。

在整个充电过程中，充电桩始终和车辆识别应答器保持交互式应答，期间任何的中断，如拔掉充电电缆等，都会结束本次充电过程，再次插上电缆，需要重新建立充电会话。整个充电过程，电量的计量和费用的扣除是实时进行的，确保电力供应和费用的扣除严格的一致。

Claims (9)

1.一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：

本发明的系统由充电桩和被充电车辆两个部分构成。

充电桩部分包括：“智能化控制器”、“计量和控制单元”、“信号分离器”、“辅助电源”。

车辆部分包括“车辆识别应答器”、“信号分离器”。

充电桩部分和被充电车辆部分利用充电时使用的电力线缆作为通讯介质，并且使用电力载波技术完成相互之间的通讯。

充电桩和被充电车辆的设备均有唯一的ID标识，用于区别和验证身份。

通过被充电车辆和充电桩之间的通讯，可以使充电桩自动识别被充电车辆，进行充电过程的控制和计费结算。

被充电车辆的设备可以预充值，充电桩可根据预充值金额进行即时的计费、扣费，充电过程中断或者结束时自动完成扣费结算，无需单独进行结算。

2.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：使用充电桩和车辆之间的充电电缆作为通讯载波媒体。使用电力载波通讯技术在车辆和充电桩之间通讯。

3.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：在充电桩内安装智能控制器，用于计量、计费、身份识别、扣费和记录充电明细，并能够根据实际情况控制充电桩开启和关闭充电过程。

4.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：在车辆或者充电线缆上加装车辆识别应答器，可以与充电桩进行车辆的身份识别验证、车型信息提取、获取车辆充电所需要的动力电源类型和供电方式，用于结算方式和余额等信息的交互，具有储值功能。

5.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：充电桩部分的智能控制器，可以在脱离远程网络的条件下，离线工作，自动根据车辆识别应答器的识别信息，完成充电管理和结算扣费工作，系统可采用巡回采集数据的方式，将充电桩的充电记录采集回结算中心，进行费用的结算，具备远程网络连接条件时，充电数据可通过网络及时上传到结算中心，进行费用的结算工作。

6.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：在充电桩部分的智能控制器和车辆识别应答器上均标识有唯一的身份识别代码，用于确定身份。

7.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：在智能控制器和车辆识别应答器上均实时记录充电信息，可以用作统计和对账，确保结算账务的安全准确。

8.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：使用信号分离器实现将通讯信号从电力线分离出来，并和电力网络系统进行隔离，避免了近距离相邻的充电桩之间相互干扰和相互影响而产生计费的误差。

9.根据权利要求1一种使用电力载波通讯的充电桩预充值计费管理系统，其特征在于：在充电桩和被充电车辆之间，采用交互式应答机制进行通讯，从而确保充电状态和供电状态一致，当充电电缆从充电桩拔下或者其他因素导致意外的充电终止时，控制器自动结束充电会话，再次连接会重新创建充电会话，电力供应和计费车辆之间的严格一致，不会存在盗电、漏充、错误计费等情况。