CN108583301A - 一种电动车智能充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动车智能充电系统及方法，由服务器、1个以上的智能网关和1个以上的智能充电终端组成。服务器安装在控制中心内，智能网关安装在不同的充电点内，智能充电终端安装在充电点的不同充电位置上。智能充电终端与智能网关连接，智能网关均与服务器连接。每个智能网关均包括电源模块、单片机控制模块、串行接口电路、以太网通信模块和无线通信模块。本发明利用了物联网的技术，通过有线或无线的方式，利用服务器进行远程监控，参数修改，把分散的充电终端集中管起来，解决现有充电终端处于独立控制，没有进行联网集中管理的局面。

Description

一种电动车智能充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电动车充电技术领域，具体涉及一种电动车智能充电系统及方法。

背景技术

电动车以轻便、绿色环保、价格便宜、速度适中等显著优点，成为中国老百姓目前备受青睬的交通工具。据不完全统计，目前在册的电动车数量达到2.2亿辆。而且还以每年3000万辆的速度在增加。伴随电动车数量的快速增长，充电带来的相关问题日益突出，其主要体现在如下几个方面：

电动车业主由于不能按需充电，导致部分电动车出现过充现象，轻则使得电瓶使用寿命大大缩短，增加电瓶回收所造成的对环境污染，重则引起火灾，造成人身伤害和财产损失。据公安部消防局不完全数据统计，全国80％的电动车火灾都发生在充电过程中。

市面大多数充电设备按照包月收费的方式收取电动车充电费用，使得消费者对收费的合理性产生极大的质疑，计费方式不合理。由于没有统一集中的充电及管理场所，很多用户往往从自己住所拉电线到地面为电动车进行充电，这势必造成乱放现象丛生，交通堵塞、管理混乱、漏电隐患增加，尤其对儿童来说是潜在的极大威胁。

目前市面上主要为集中式充电系统，集中式充电终端大多数充电端口数目较少，无安全防护功能，排线多，各个端口串为一体，维修时需要整体拆卸、安装，服务器、充电终端、用户之间交互次数多，每次充电耗流量大，部分消息不能及时通知、回传至用户，付款方式采用现金支付方式，耗电量也是一起统计，不方便管理，也没有进一步对充电量和收益的统计分析。

发明内容

本发明所要解决的是电动车充电过程控制和管理所存在的问题，提供一种电动车智能充电系统及方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电动车智能充电系统，由服务器、1个以上的智能网关和1个以上的智能充电终端组成；服务器安装在控制中心内，智能网关安装在不同的充电点内，智能充电终端安装在充电点的不同充电位置上；智能充电终端与智能网关连接，智能网关均与服务器连接；每个智能网关均包括电源模块、单片机控制模块、串行接口电路、以太网通信模块和无线通信模块；每个智能充电终端均包括继电器控制模块、监控检测模块和智能插座；电源模块的输入端接入交流电，电源模块的输出端分为两路，一路直接与单片机控制模块的电源端相连，另一路经由继电器控制模块与智能插座的电源端相连；监控检测模块的输入端连接智能插座，监控检测模块的输出端连接单片机控制模块；单片机控制模块的输出端与继电器控制模块的控制端连接；以太网通信模块的一端通过有线方式与服务器相连，以太网通信模块的另一端经串行接口电路与单片机控制模块相连；无线通信模块的一端通过无线方式与服务器相连，无线通信模块的另一端经串口接行电路与单片机控制模块相连。

上述方案中，每个智能网关还进一步包括定位模块，该定位模块接收卫星信号，定位模块的输出端经串行接口电路与单片机控制模块相连。

上述方案中，每个智能网关还进一步包括显示模块和语音模块；显示模块和语音模块直接与单片机控制模块连接。

上述方案中，继电器控制模块与单片机控制模块通过RS485总线连接，监控检测模块与单片机控制模块通过RS485总线连接。

上述方案中，智能插座上带有指示灯。

上述智能充电系统所实现的一种电动车智能充电方法，具体包括如下步骤：

步骤1)智能充电终端的监控检测模块自动检测是否有电池的充电器插头插入到智能插座中，且电池的充电器插头与插座接触状态是否良好；

步骤2)当智能插座中有电池的充电器插头插入且接触良好时，监控检测模块将信息反馈至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向服务器发送信号；

步骤3)用户通过刷卡或App软件，将充电请求提交至服务端，服务器通过以太网通信模块或无线通信模块向智能网关发送充电指令；

步骤4)智能网关的单片机控制模块接收服务端发送的充电指令，并控制相应智能充电终端的继电器控制模块开启，此时电源模块与智能插座导通，智能插座开始对电池进行充电；在整个充电过程中，监控检测模块实时检测充电过程中的各项状态数据；

步骤5)当智能充电终端的监控检测模块检测到充电中途从的智能插座上拔掉充电器插头、智能插座上接有的电池充电充满后、达到达到预设充电时长或达到预设充电电量时，将信号发送至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块发出控制指令去关闭继电器控制模块，此时电源模块与智能插座断开，智能插座停止对电池进行充电；

步骤6)充电结束后，智能网关的单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向将本次充电信息返回至服务器；

步骤7)服务器根据返回的充电信息，对本次充电过程进行自动结算，并通过App软件将结算结果推送给用户，并完成扣费。

上述方法中，App软件的具体工作过程如下：

步骤1.使用微信关注系统微信服务号；

步骤2.用微信扫一扫扫描端口二维码进行充电预约；

步骤3.预约成功后智能插座的充电端口的指示灯亮起；

当用户选择一次性消费时，微信里选择自己需要的充电套餐，在支付费用成功后，就可以进行充电；

当用户选择充值消费时，若用户账号下有余额，则先进行充值，充值后通过扫描端口二维码即可进行充电；若用户账号下无余额，则可直接通过扫描端口二维码进行充电；

步骤4.在充电完成之前，系统服务器会下发自动续充套餐给用户，用户可以根据自己的需要进行选择续充；

步骤5.充电完成后系统服务器会通过微信通知用户；

如果用户选择体验充电服务，则用户通过系统微信服务号发出退款申请，以实现全额退款；

如果在订单支付时遇到“支付验证签名失败”的提示，则用户退出支付页面，再重新选择进行支付即可；

如果用户充电中途想断电，则用户通过系统微信服务号发出停止充电申请，用户即可收到断电通知。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、本发明利用了物联网的技术，通过有线或无线的方式，利用服务器进行远程监控，参数修改，把分散的充电终端集中管起来，解决现有充电终端处于独立控制，没有进行联网集中管理的局面；

2、系统采用分布式设计理念，可扩展性强，能够配置256个端口，断电、漏电、短路实时检测与保护，维护简单，每个端口可独立拆卸、安装，不影响其他端口正常运行，服务器、充电终端、用户之间交互次数少，每次充电耗流量小，全程通过微信支付完成，无需现金交易，安全便捷，每一笔消费都实时通知，保障用户资金安全，一键预约，扫码即充。克服了集中式电动车充电终端的不足，具有可扩展性强、安装方便、维护简单、数据流量小、用户体验感更强等优点；

3、智能充电终端可适用于各种类型的电动车，解决续航能力不足的问题，具有断电、漏电、短路实时监测与保护功能，使得电动车充电变得更加高效便捷，实现绿色环保出行。此外，充电终端除了具有常规的计时充电功能外，还具有语音提示、插拔感知等防盗和故障告知功能；

4、本发明利用电动车充电特性，具有充满自检，充满自动结算，也可以防止长时间充电，引起的电瓶过冲，防止降低电瓶寿命。系统具有断网自愈功能(断网后可自动重连网络)，能够保证用户继续完成充电过程，网络维护成本低。

5、本发明让消费者可用手机进行充电控制，随时在手机App端查看自己的消费状况及当前充电状态；明明白白消费，满足了部分客户可以进行准确计费的需求。

6、本发明可以采用多种不同的结算方式，以充电时间，或充电量按实结算，也可以时间电量复合结算，能最大限度的满足客户的需求。不会出现当前投币充电终端在充电过程中被人拔掉造成的损失。用户可以采用微信、刷卡支付，一键预约充电，扫码即充，包月免扫描充电等，充电完成后，多余的套餐余额退还用户，做到精准充电与消费。

7、根据充电终端终端采集的数据进行智能分析，合理调整充电终端数量和电价，并能够提供收益查询，系统拥有强大的后台管理中心，能够实时查询收益与使用情况，系统提供多种数据分析程序，为合格加盟商提供丰富的运营资源。

附图说明

图1为一种电动车智能充电系统的智能充电终端示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

一种电动车智能充电系统，如图1所示，主要由服务器、1个以上的智能网关和1个以上的智能充电终端组成。服务器安装在控制中心内，智能网关安装在不同的充电点内，智能充电终端安装在充电点的不同充电位置上。智能充电终端与智能网关连接，智能网关均与服务器连接。服务器还进一步与云存储服务器连接。

每个智能网关均包括电源模块、单片机控制模块、显示模块、语音模块、串行接口电路、以太网通信模块、无线通信模块和定位模块。每个智能充电终端均包括继电器控制模块、监控检测模块和智能插座。电源模块的输入端接入交流电，电源模块的输出端分为两路，一路直接与单片机控制模块的电源端相连，另一路经由继电器控制模块与智能插座的电源端相连。监控检测模块的输入端连接智能插座，监控检测模块的输出端连接单片机控制模块。单片机控制模块的输出端与继电器控制模块的控制端连接。智能插座上带有指示灯。显示模块和语音模块直接与单片机控制模块连接。以太网通信模块的一端通过有线方式与服务器相连，以太网通信模块的另一端经串行接口电路与单片机控制模块相连。无线通信模块的一端通过无线方式与服务器相连，无线通信模块的另一端经串口接行电路与单片机控制模块相连。定位模块接收卫星信号，定位模块的输出端经串行接口电路与单片机控制模块相连。

在本发明中，继电器控制模块与单片机控制模块通过RS485总线连接，监控检测模块与单片机控制模块通过RS485总线连接。服务器通过互联网与以太网通信模块连接，服务器通过GPRS与无线通信模块连接。

智能插座，用于提供电动车的充电端口，上面安装有指示灯，用于用户观测是否正常充电。

监控检测模块，用于对充电器的充电特性进行数据采集；用于结算、充满判断、负荷判断；具有插座插拔感控，防止偷电、盗用等偷窃行为。监控检测模块采用LT-114计量模块对线路中的电参数准确测量，提供电压、电流、功率、电能、功率因数等参数。

继电器控制模块，用于进行各种充电过程的控制，用于结算控制，负荷控制。

电源模块，为220V和插座连接；采用开关电源方式。同时，根据应用环境和电子产品的需要，通过一些电路设计，同时还担负着变压、隔离、滤波等功能。电源模块具有宽带式5～18V DC电源供电，能适应各种电源，并具有高效稳定的特点。此外，电源模块具备供电自动开机功能，这样无需按键或单片机控制开机，上电直接启动，不仅省去了麻烦的开机过程，而且能够真正实现无人值守远程控制，模块电源可通过电源控制引脚控制，高电平供电，低电平断电。

单片机控制模块，控制所有部件协助运行。在本发明中，单片机控制模块以STM32F103RET6作为主处理器。STM32F103RET6处理器拥有较好的性能和功效，对于本发明要求高性能的低功耗、成本低、基于单核处理器的设备，属于理想的解决方案。

串行接口电路，用于将定位模块、以太网通信模块、无线通信模块与单片机主控模块相连接。

以太网通信模块，用于实现智能网关与服务器的有线通信，通过通信网关连入互联网以及云端的管理系统进行数据的交换，传入用户的充电指令，并上传充电数据。

无线通信模块，用于实现智能网关与服务器的无线通信，减少了有线布置的繁琐，安装更加简单方便。

定位模块，用于充电定位导航，在后台处理数据时可以进行地图显示操作以及路径优化。在本发明中，定位模块为北斗定位模块和/或GPS定位模块。

显示模块，与显示屏电路连接，显示本设备的二维码，方便用户进行扫描识别，以及刷卡时选择哪一个端口进行充电。

语音模块，用于为用户提供语音服务。

使用过程：用户将电动车的充电器插头插入智能插座后，监控检测模块检测到插头插入，并将信号反馈至单片机控制模块。此时单片机控制模块通过网关的GPRS通信，并确定用户是否缴费。用户可以通过登录手机软件App和刷卡的方式实现缴费和查询等相关功能。一但用户缴费成功，则单片机控制模块控制继电器控制模块开启，会进行语音提示，使得用户能够通过智能插座实现充电。在充电过程中，监控检测模块实时检测智能插座向充电器提供的电量，用于进行电量充满和负荷判断和结算，直到充电中途拔掉充电器插头或充电充满后(充电时长或充电量达到用户缴费时的请求值)，单片机控制模块控制继电器控制模块关闭，并自动结算。显示模块用于供用户刷卡后选择哪一个端口进行充电。充电中止或结束后，单片机控制模块将结算结果数据返回至服务器，服务器会将结算结果数据通过手机软件App推送给用户并进行语音提示。当管理员需要对之前的充电数据查询或需要对系统的程序进行更新时，可以通过无线通信模块与单片机控制模块进行数据交换。此外，定位模块用于充电定位导航，其在后台处理数据时可以进行地图显示以及路径优化，以方便用户能够快速地找到该充电终端所处的位置。

通信过程：通过硬件终端协议控制，服务器与充电终端进行连接通信，充电终端初始化完成后，把自身运行数据主动通过网络定时上报给服务器。如有事件触发，则根据事件触发，随时上报服务器。手机App软件通过网络从服务端读取充电终端的信息，当手机App软件扫码充电时或刷卡充电时，将请求命令发通过网络送给服务器，服务器通过网关的485总线通信再发送允许命令控制充电终端打开继电器使允许充电。

充电终端仅需要一对电线和一条数据通信线进行充电端口就可以进行扩展，可扩展性强，安装和维护充电端口方便、省时，一台充电终端可配置最大256个充电端口且电量可精准统计和控制；充电终端每个充电端口具有独立的插拔感知，并及时给用户发送断电通知；系统具有断电断网自愈功能，确保用户正常充电；一键预约，扫码即充，支付过程时间较短、支付方式多，付费套餐多样化且完成充电支付所需要的手机数据流量少，满足各种用户充电需求，用户体验感大大增加；充电终端维护简单，每个端口可独立拆卸、安装，不影响其他端口正常运行，做到便捷维护，智能管理，安全可控。

上述系统所实现的一种电动车智能充电方法，其具体包括以下步骤：

步骤1)智能充电终端的监控检测模块自动检测是否有电池的充电器插头插入到智能插座中，且电池的充电器插头与插座接触状态是否良好；

步骤2)当智能插座中有电池的充电器插头插入且接触良好时，监控检测模块将信息反馈至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向服务器发送信号；

步骤3)用户通过刷卡或App软件，将充电请求提交至服务端，服务器通过以太网通信模块或无线通信模块向智能网关发送充电指令；

步骤4)智能网关的单片机控制模块接收服务端发送的充电指令，并控制相应智能充电终端的继电器控制模块开启，此时电源模块与智能插座导通，智能插座开始对电池进行充电；在整个充电过程中，监控检测模块实时检测充电过程中的电流、电压或功率等各项状态数据；

步骤5)当智能充电终端的监控检测模块检测到充电中途从智能插座上拔掉充电器插头、智能插座上接有的电池充电充满后、达到预设充电时长或达到预设充电电量时，将信号发送至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块发出控制指令去关闭继电器控制模块，此时电源模块与智能插座断开，智能插座停止对电池进行充电；

步骤6)充电结束后，智能网关的单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向将本次充电信息返回至服务器；

步骤7)服务器根据返回的充电信息，对本次充电过程进行自动结算，并通过App软件将结算结果推送给用户，并完成扣费。

在本发明中，用户既可以通过刷卡与服务器通信，也可以通过App软件与服务器通信。在本发明优选实施例中，还提供了一种软件App的设计与具体操作，包括以下步骤：

1.使用微信关注微信服务号“云上管家”。

2.用微信扫一扫扫描端口二维码进行充电预约。

3.预约成功后充电端口的指示灯会亮起。

①一次性消费：微信里选择自己需要的充电套餐，在支付费用成功后，就可以进行充电。

②充值消费：充值(金额不少于10元)，充值后扫端口二维码即可进行充电。有余额的情况下，可直接扫端口二维码进行充电。

4.在充电完成前10分钟，系统会下发自动续充套餐给用户，用户可以根据自己的需要进行选择续充。

5.充电完成后系统会通过微信通知用户。

①用户可以选择体验充电服务，在完成付款后5分钟之内可以全额退款，退款操作：在微信里打开“云上管家”→点击“个人中心”→点击“充值记录”→点击“退款”。

②如果在订单支付时遇到“支付验证签名失败”的提示，请退出支付页面，再重新选择进行支付即可。

③如果用户充电中途想断电，操作：在微信里打开“云上管家”→点击“查充”→点击“停止”，用户即可收到断电通知。

本发明具有如下特点：

1、人机交互：充电终端在液晶上显示二维码，空闲不显示，接触良好才显示，用户才可以使用手机软件扫码进行充电，充电过程中，显示当前，充电信息，充电完成，是否结算也有相应提示；

2、手机App软件：用于扫码充电，可使用微信进行付款。使用更方便，无需另准备硬币或办卡，可查看充电信息、充电记录以及空闲充电终端的信息，方便用户使用；

3、充电过程中，可以随时拔掉插头，检测到插头被拔掉后，会自动进行结算；

4、结算功能多样化：充电插座内置进口高端计量芯片，可根据电能进行充电费用按实结算，也可以按时间进行充电按实结算或两种结算方式并行。满足需精确计费的用户需求；

5、集中管理：管理人员可在web端直接查看充电终端信息，包括当前状态实时情况及历史充电记录及用户充值记录等历史使用情况，更方便的进行财务管理、查询营业额，用电管理等，也方便进行维护，同时也省去了管理人员现场取硬币或充值人员成本。也可以随时设定单价，结算方式。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种电动车智能充电系统，其特征是，由服务器、1个以上的智能网关和1个以上的智能充电终端组成；

服务器安装在控制中心内，智能网关安装在不同的充电点内，智能充电终端安装在充电点的不同充电位置上；智能充电终端与智能网关连接，智能网关均与服务器连接；

每个智能网关均包括电源模块、单片机控制模块、串行接口电路、以太网通信模块和无线通信模块；

每个智能充电终端均包括继电器控制模块、监控检测模块和智能插座；

电源模块的输入端接入交流电，电源模块的输出端分为两路，一路直接与单片机控制模块的电源端相连，另一路经由继电器控制模块与智能插座的电源端相连；

监控检测模块的输入端连接智能插座，监控检测模块的输出端连接单片机控制模块；单片机控制模块的输出端与继电器控制模块的控制端连接；

以太网通信模块的一端通过有线方式与服务器相连，以太网通信模块的另一端经串行接口电路与单片机控制模块相连；

无线通信模块的一端通过无线方式与服务器相连，无线通信模块的另一端经串口接行电路与单片机控制模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种电动车智能充电系统，其特征是，每个智能网关还进一步包括定位模块，该定位模块接收卫星信号，定位模块的输出端经串行接口电路与单片机控制模块相连。

3.根据权利要求1所述的一种电动车智能充电系统，其特征是，每个智能网关还进一步包括显示模块和语音模块；显示模块和语音模块直接与单片机控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种电动车智能充电系统，其特征是，继电器控制模块与单片机控制模块通过RS485总线连接，监控检测模块与单片机控制模块通过RS485总线连接。

5.根据权利要求1所述的一种电动车智能充电系统，其特征是，智能插座上带有指示灯。

6.基于权利要求1的智能充电系统所实现的一种电动车智能充电方法，其特征是，具体包括如下步骤：

步骤1)智能充电终端的监控检测模块自动检测是否有电池的充电器插头插入到智能插座中，且电池的充电器插头与插座接触状态是否良好；

步骤2)当智能插座中有电池的充电器插头插入且接触良好时，监控检测模块将信息反馈至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向服务器发送信号；

步骤3)用户通过刷卡或App软件，将充电请求提交至服务端，服务器通过以太网通信模块或无线通信模块向智能网关发送充电指令；

步骤4)智能网关的单片机控制模块接收服务端发送的充电指令，并控制相应智能充电终端的继电器控制模块开启，此时电源模块与智能插座导通，智能插座开始对电池进行充电；在整个充电过程中，监控检测模块实时检测充电过程中的各项状态数据；

步骤5)当智能充电终端的监控检测模块检测到充电中途从的智能插座上拔掉充电器插头、智能插座上接有的电池充电充满后、达到达到预设充电时长或达到预设充电电量时，将信号发送至智能网关的单片机控制模块，单片机控制模块发出控制指令去关闭继电器控制模块，此时电源模块与智能插座断开，智能插座停止对电池进行充电；

步骤6)充电结束后，智能网关的单片机控制模块通过以太网通信模块或无线通信模块向将本次充电信息返回至服务器；

步骤7)服务器根据返回的充电信息，对本次充电过程进行自动结算，并通过App软件将结算结果推送给用户，并完成扣费。

7.根据权利要求6所述的一种电动车智能充电方法，其特征是，App软件的具体工作过程如下：

步骤1.使用微信关注系统微信服务号；

步骤2.用微信扫一扫扫描端口二维码进行充电预约；

步骤3.预约成功后智能插座的充电端口的指示灯亮起；

当用户选择一次性消费时，微信里选择自己需要的充电套餐，在支付费用成功后，就可以进行充电；

当用户选择充值消费时，若用户账号下有余额，则先进行充值，充值后通过扫描端口二维码即可进行充电；若用户账号下无余额，则可直接通过扫描端口二维码进行充电；

步骤4.在充电完成之前，系统服务器会下发自动续充套餐给用户，用户可以根据自己的需要进行选择续充；

步骤5.充电完成后系统服务器会通过微信通知用户；

如果用户选择体验充电服务，则用户通过系统微信服务号发出退款申请，以实现全额退款；

如果在订单支付时遇到“支付验证签名失败”的提示，则用户退出支付页面，再重新选择进行支付即可；

如果用户充电中途想断电，则用户通过系统微信服务号发出停止充电申请，用户即可收到断电通知。