CN106427658A - 一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统 - Google Patents

一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统，包括中央控制模块、电能计量模块、电气模块、NFC通信模块和智能终端；中央控制模块用于管理电能计量模块、电气模块，控制充电过程的正常进行，根据电能计量模块计算充电费用，并通过NFC通信模块与智能终端信息交互。本发明可在无网环境下利用手机NFC进行支付充电，在地下车库等无网环境中，利用APP记录充电桩的ID，计算充电金额等相关信息，并在手机页面显示相关提示信息；待用户进入有网环境下，APP自动将相关信息发送到后台服务器，服务器进行扣费打款等相关操作。

Description

一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统
技术领域
本发明属于无线射频技术领域，具体涉及一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统。
技术背景
近些年来，随着环保理念深入人心，石化资源日益减少，以电动汽车为代表的新能源汽车广受推崇，作为必不可少的配套设施，充电桩的应用越来越广泛。
传统充电桩大多只能单独提供实现交流充电或直流充电，而且通常只能刷卡支付，这给充电桩的使用带来了一定的不便。另外，安装在无网环境下地下停车场的充电桩，为了方便用户完成支付进行充电，还额外安装网络接收器等设备，增加了额外费用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统，能帮助车主在无线网络环境下提供电动汽车充电服务。
本发明所采用的技术方案是：一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：包括中央控制模块、电能计量模块、电气模块、NFC通信模块和智能终端；
所述中央控制模块用于管理电能计量模块、电气模块，控制充电过程的正常进行，根据电能计量模块计算充电费用，并通过所述NFC通信模块与智能终端信息交互。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1.本充电桩模式兼具交流充电能力与直流充电能力，一桩多用，减少充电桩重复建设，节省成本；
2.不同于一般用DSP芯片作为核心的电路控制模块，本发明用ARM内核的主控芯片通过编程生成PWM信号，控制充电过程，降低了系统对硬件电路的要求，可靠性高，成本更低；
3.支持无线网络环境下的有偿充电，易于在地下车库等无线网络环境中的使用；
4.使用NFC这种新兴射频技术实现充电桩的有偿付费使用，更加方便与安全。
附图说明
图1为本发明实施例的系统电路；
图2为本发明实施例的直流充电主电路及其控制电路；
图3为本发明实施例的控制导引电路；
图4为本发明实施例的交直流电压电流采样电路；
图5为本发明实施例的RS485接口电路。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
NFC一种新兴无线射频技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输，采用独特的信号衰减技术，私密性与安全性较高，目前支持NFC功能的手机越来越多，多用于公交、门禁等领域。
本发明设计了一种可在无网环境下利用手机NFC进行支付充电金额模式，在地下车库等无网环境中，利用APP记录充电桩的ID，计算充电金额等相关信息，并在手机页面显示相关提示信息；待用户进入有网环境下，APP自动将相关信息发送到后台服务器，服务器进行扣费打款等相关操作。
请见图1，本发明提供的一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统，包括中央控制模块、电能计量模块、电气模块、NFC通信模块和智能终端；中央控制模块用于管理电能计量模块、电气模块，控制充电过程的正常进行，根据电能计量模块计算充电费用，并通过NFC通信模块与智能终端信息交互；中央控制模块采用ARM内核的微处理器，具体可以采用型号STM32F103VET6的微处理器。电能计量模块采用多功能交流智能电表，用于计算充电电量，通过RS485接口发送至中央控制模块计算充电费用。
本实施例的中央控制模块由时钟电路、电源电路、复位电路、下载电路和主控芯片组成。电源电路采用开关电源与电阻模块构成，开关电源提供直流电，电阻模块将电压调节为5V、3.3V、1.8V ，为主控芯片、NFC收发器、电能计量模块供电。
本实施例的电气模块包括芯片供电模块和电动汽车充电模块；芯片供电模块包括开关电源与电压转换模块。本实施例的电动汽车充电模块包括控制导引电路、AC/DC电路、DC/DC电路和滤波电路，可选择输出直流电或交流电。
请见图2，DC/AC电路为三相电压型PWM整流电路，将三相交流电整流为直流电。DC/DC电路为buck-boost电路，由电流电压双闭环电路SPWM控制，SPWM波由主控芯片产生，主控芯片的定时器与16位预分频器为计数器提供时钟，不断将计数器数值与比较寄存器、重装载寄存器存储数值比较。通过更新比较寄存器数值，可控制SPWM脉宽，实现输出电压的控制。滤波电路为电感电容滤波，减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。
控制导引电路如图3所示，测量检测点1的电压可判断充电装置是否成功连接，检测点2可判断充电桩的插头与插座是否成功连接，检测点3检测充电装置的连接状态，监测点4可判断电动汽车的插头与插座是否成功连接。由此控制开关K的通断，防止中途电缆脱落时可能造成的人员与设备危险。
本实施例的交流电压采样电路如图4-1所示，电压互感器将高电压转换为可测量的低电压，输入到主控模块的A/D转换通道。
本实施例的交流电流采样电路如图4-2所示，电流互感器测得电流，通过电阻模块转换为电压信号，输入到A/D转换通道。
本实施例的直流采样电路由传感器测量，如图4-3所示，霍尔电压传感器测得直流侧电压输出到主控芯片，如图4-4所示，霍尔电流传感器测得直流侧电流，通过电阻模块转换为电压信号，输入到主控芯片。
本实施例的电能计量模块可采用LT-581专用计量芯片，如图5所示，主控芯片的IO接口经过光电隔离连接到MAX485芯片，将CMOS电平转换为RS485电平与电能计量模块进行通信，计量芯片将计算得到的电量发送到主控芯片，主控芯片计算充电费用。
本实施例还配置有电池检测模块，中央控制模块通过电池检测模块、CAN收发器、CAN总线与电动汽车电池管理系统BMS通信。主控芯片内置的bxCAN模块与外接的CAN收发器共同实现对总线的控制，CAN收发器可采用82c250，主控芯片与CAN收发器中间使用光电隔离器，可采用6N137。
本实施例的交流电输入端与中央控制模块、电气模块之间还配置有保护电路。电网输入的交流电经过保护电路到达电气模块，保护电路为主电路输入保护断路器，具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、漏电保护、防雷保护等功能。当出现采集到的电气模块参数异常，可能发生漏电、短路、过压、欠压、过流时，通过RS232接口传输到主控芯片，主控芯片紧急断开主电路以确保充电桩安全可靠运行。
本实施例的NFC通信模块包括NFC收发器及外围天线，可采用ST95HF，以NDEF数据格式与手机通信，实现充电桩与智能终端的信息交互。智能终端包括充电付费模块、用户管理模块及安全加密模块。安全加密模块采用MD5加密，保障存储在智能终端与服务器端的用户信息的安全。NFC收发器可采用ST95HF，可产生射频信号，实现与NFC智能终端短距通信，用户设置好充电金额后，NFC收发器从NFC智能终端上读取信息，通过SPI串口将数据传输到主控芯片，主控芯片计算充电过程中的电费，到达预设金额后控制充电主电路，终止充电过程。
嵌入式NFC充电桩当前有不少产品并已在部分地区试用，但是，当前电动汽车充电桩大多安装在无网环境下的地下停车库，因此需要在安装充电桩的场所额外安装网络接收器等设备，使车主能够方便使用NFC卡或者手机进行支付充电金额。本发明设计了一种可在无网环境下利用手机NFC进行支付充电金额模式，在地下车库等无网环境中，利用APP记录充电桩的ID，计算充电金额等相关信息，并在手机页面显示相关提示信息；待用户进入有网环境下，APP自动将相关信息发送到后台服务器，服务器进行扣费打款等相关操作。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：包括中央控制模块、电能计量模块、电气模块、NFC通信模块和智能终端；
所述中央控制模块用于管理电能计量模块、电气模块，控制充电过程的正常进行，根据电能计量模块计算充电费用，并通过所述NFC通信模块与智能终端信息交互。
2.根据权利要求1所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：所述中央控制模块由时钟电路、电源电路、复位电路、下载电路和主控芯片组成。
3.根据权利要求1所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：所述电气模块包括芯片供电模块和电动汽车充电模块；所述芯片供电模块包括开关电源与电压转换模块；所述电动汽车充电模块包括控制导引电路、AC/DC电路、DC/DC电路和滤波电路，可选择输出直流电或交流电。
4.根据权利要求1所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：所述NFC通信模块包括NFC收发器及外围天线。
5.根据权利要求1所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：所述智能终端包括充电付费模块、用户管理模块及安全加密模块。
6.根据权利要求1所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：所述系统还配置有电池检测模块，所述中央控制模块通过电池检测模块、CAN收发器、CAN总线与电动汽车电池管理系统BMS通信。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的无线网络环境下充电桩有偿充电系统，其特征在于：交流电输入端与所述中央控制模块、电气模块之间还配置有保护电路。
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