CN109428135B - 一种电动车充电控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动车充电控制方法及系统，通过采集电动车充电功率，将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若所述采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；当所述采集的电动车充电功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电。本发明采用分段计费的方式实现费率的调整，从而实现对不同充电功率的电动车实现了自动匹配，针对性的、自适应的充电，既可以适用于电动自行车的充电，也可以适用于电动三轮车和老年代步车等大功率电动车的充电，充电功能实现了多样化，充电方式也比较灵活。

Description

一种电动车充电控制方法及系统

技术领域

本发明属于电动自行车充电技术领域，特别涉及一种电动车充电控制方法及系统。

背景技术

电动自行车行业已经发展到了高峰，据不完全统计截止到2017年，全国电动自行车社会保有量已经超过1.8亿台，2014年-2017年均复合增速9.5％，电动自行车和电动三轮车市场稳步扩大，电动自行车为中国城镇居民提供了便捷及低成本的出行工具，老龄化人口不断增加对市场农产品运输需求持续增大，推动用作老人代步以及短途货物运输的电动三轮车的需求快速增长，如此数量和规模的电动自行车给社会带来巨大贡献，但也暴露了电动自行车在公共管理、充电安全和便民充电方面的诸多问题，能为电动自行车、三轮车提供充电服务的设施非常不健全，而且电动自行车和电动三轮车的充电管理也十分不健全，不易集中管理，问题主要体现在以下几个方面：

缺少公共停车管理，导致车辆被盗频繁，目前社会上的诸多的公共区域例如学校、商场、医院等等公共场合几乎没有电动自行车停车管理区，即使有停车区也没有防止电动自行车被盗的措施。由于缺少公共停车区和防盗措施，随处可见到处乱停乱放的电动自行车，影响城市交通，除此，由于车辆乱停乱放，未停放在正规的有监控的停车区，导致车辆被盗率极高。

充电线路随意拉扯，用电安全令人担忧。目前很多住宅小区、学校、医院、工厂等区域可能提供了电动自行车停车区，但是没有为车辆提供充电的接口。用户需要给电动自行车充电时，考虑到电池太重，车主不愿搬运，导致了用户从高楼到楼下乱扯线、从室内扯线到室外道路旁边。由于用户大部分是非专业电工人员，随意扯线带来了巨大的安全隐患，可能产生巨大的财产损失和人身伤亡。

路途寻电电能难求，续航受到影响，车主们很担心骑电动车出门到达目的地后没地方充电，若返程的路途中车没电了又找不到地方充电，只能自己推车回来，原本代步的电动自行车，却成了出行的累赘。

后来，出现了充电桩为电动自行车充电，但是，市场上大部分为电动自行车提供充电服务的充电桩，一般不能分开支持电动自行车、电动三轮车和老年代步车，充电功能比较单一，往往不计算功率，单价固定，设置的充电费率也是固定不变的，对各种规格不同的电池不能调整，容易造成损伤，减少电池寿命,收费不够灵活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动车充电控制方法及系统，用于解决现有技术中的电动车充电功能单一、收费不灵活的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种电动车充电控制方法，包括如下步骤：

采集电动车充电功率，将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；若采集的电动车充电功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电。

进一步地，所述采集的电动车充电功率是通过第一有功功率补偿系数修正后得到的，所述第一有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第一有功功率补偿系数，所述有功功率补偿系数的范围为[0，1]。

进一步地，所述设定的功率是通过第二有功功率补偿系数进行修正得到的，所述第二有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第二有功功率补偿系数，所述第二有功功率补偿系数大于1。

进一步地，电动车充电功率的采样值为过滤掉采样周期内上下波动大于第一设定值的采样值的均值。

进一步地，充电过程中，若采集的电动车充电功率大于第二设定值时，作出跳闸动作。

进一步地，当采集的电动车充电功率持续大于启动充电时功率200％，立即停止充电；当功率持续大于启动充电时功率100％，1分钟后停止充电；功率连续大于启动充电时功率50％，5分钟后停止充电，功率持续大于启动充电时功率30％，10分钟后停止充电。

本发明还提供了一种电动车充电控制系统，包括充电盒、充电服务器，所述充电盒包括采集模块、控制模块；

所述充电服务器用于下发充电指令到所述充电盒；

所述采集模块用于采集电动车充电功率，所述控制模块用于将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；若采集的电动车充电功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电。

进一步地，所述采集的电动车充电功率是通过第一有功功率补偿系数修正后得到的，所述第一有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第一有功功率补偿系数，所述有功功率补偿系数的范围为[0，1]。

进一步地，所述设定的功率是通过第二有功功率补偿系数进行修正得到的，所述第二有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第二有功功率补偿系数，所述第二有功功率补偿系数大于1。

进一步地，电动车充电功率的采样值为过滤掉采样周期内上下波动大于第一设定值的采样值的均值。

本发明的有益效果是：

本发明通过采集电动车充电功率，将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若所述采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；当所述采样功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电。本发明采用分段计费的方式实现费率的调整，从而实现对不同充电功率的电动车实现了自动匹配，针对性的、自适应的充电，既可以适用于电动自行车的充电，也可以适用于电动三轮车和老年代步车等大功率电动车的充电，充电功能实现了多样化，充电方式也比较灵活。

本发明还可对采样的电动车充电功率或设定的功率进行修正，修正后的电动车充电功率小于采集的电动车充电功率，修正后更加符合电动车的实际充电功率，这样进行充电时可以增加电动车的充电时间，为电动车用户节约了充电成本，带来了经济上的效益，且提高了电动车充电系统的管理水平。

附图说明

图1为本发明的电动车充电系统的结构示意图；

图2为手机APP充电充电盒上传单价的流程图；

图3为手机APP充电APP计算充电时间的流程图；

图4为手机APP充电充电盒计算充电时间的流程图；

图5为充电流程先获取功率再充电的流程图；

图6为充电流程先充电再获取功率的路程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

一种电动车充电控制系统，如图1所示，包括充电盒、充电服务器及手持移动终端，本实施例的手持移动终端为手机APP，充电盒包括采集模块、无线通讯模块、控制模块及用于存储充电交易信息的数据库，充电盒通过无线通讯模块与充电服务器充电连接，无线通讯模块包括SIM卡，使用SIM卡和充电服务器进行信息交互。

用户选择刷卡或利用手机APP扫描二维码充电，充电流程可选择选获取功率再充电的方式，如图5所示，即刷卡或者APP扫码后，充电盒获取充电功率，通过采样的充电功率，计算出充电时间，充电盒启动充电，充电盒上和手机APP显示开始充电和充电时间，反馈给用户，此时用户可以收到充电状态和时间。此方式，可以避免充电失败的情况。

充电流程也可以选择先充电再获取功率的方式，如图6所示，即刷卡或者APP扫码后，充电盒和APP上显示开始充电，反馈给用户已经开始充电，充电盒再去获取充电功率，计算出充电时间，此时充电盒开始充电并和手机APP显示充电状态和充电时间。此方式用户只需要刷卡或者手机APP下发金额，即可启动充电，不需要等待整个过程，节省时间。

下面以先充电再获取充电功率的方式充电为例来说明：

充电服务器向充电盒下发充电指令，且手机APP向充电盒下发充电金额，手机APP或者充电盒计算充电时间，充电盒将充电时间和状态信息通过服务器反馈给充APP，并将充电记录储存在数据服务器中。刷卡充电或扫描二维码充电后，充电盒启动充电，将充电信息上传服务器，并将充电记录储存在数据服务器中。

有功功率的矫正。有功功率的矫正有两点原因：第一是充电过程中电流电压的相位角并不是标准的120°，充电盒考虑到成本问题，测量模块测得的电流电压没有相位角，所获得的充电功率为视在功率。在正弦交流电路中，有功功率一般小于视在功率，也就是说视在功率上打一个折扣才能等于平均功率，这个折扣就是

角度的测量需要精确地仪器，造价高昂，不适合用在每一个充电盒里。所以采样的充电功率会比实际大，有功功率需要矫正；第二是在不考虑视在功率时，充电过程中充电盒会有发热等损耗，(此时不考虑视在功率影响)，导致P_采样＞P_有功，使消费者成为额外损耗费用的承担者。

所以为了保证用户利益，引入有功功率补偿系数k，综合考虑充电盒的成本造价和市场上电动车的电池绝大部分为铅酸电池，电特性类似，P_损耗、P_有功和P_采样的大小存在线性规律，可表示为P_采样＝k×P_有功+b的形式，所以引入矫正系数k的方法具有可行性，k值可以通过大量实际测试后获取经验值。对于k的取值，因为P_采样＞P_有功，可以通过缩小P_采样的大小和充电盒设定值P比较，或者增大充电盒设定值P的上限和P_采样比较：

方法一，可以用(此时0<k₁<1)对电动车采样功率进行修正，当修正后的电动车充电功率值小于充电盒设定的功率值时，采用固定费率充电，根据接收的充电金额、充电盒的额定功率以及设置的电价计算实际充电时间；当修正后的电动车充电功率值大于充电盒设定的功率值时，采用自动费率充电，根据功率补偿系数、采集的充电功率、充电和的额定功率及充电盒设置的充电时间计算实际充电时间。

方法二，可以通过k₂×P(此时k₂>1)对充电盒设定的功率值P进行修正，当采集的电动车充电功率小于修正后的充电盒设定的功率值时，根据接收的充电金额、充电盒的额定功率以及设置的电价计算实际充电时间，采用固定费率充电；当采集的电动车充电功率大于修正后的充电盒设定的功率值时，根据功率补偿系数、采集的充电功率、充电和的额定功率及充电盒设置的充电时间计算实际充电时间，采用自动费率充电，从而保证实际充电中有功功率的准确性。

综合考虑两种方式，第一种方式需要把k₁写入公式，每次采样的充电功率都需要矫正；第二种可以将k₂算出后直接k₂×P写入即可，不需要在写入算法计算，只需要充电盒设定值P矫正即可，在所以综合考虑选择实测功率P_采样和k₂×P(此时k₂>1)比较。

对电动车自动费率计算方式，采用分段计算的方法，计费时分两部分：第一部分：固定费率。第二部分：自动费率。对于不同部分的判定，引入参数固定功率P，当采样充电功率在设定值P的范围内，采取固定费率方式；当采样功率不在P的范围，采取自动费率方式，根据采样功率计算充电时间。其中P和T是充电盒中设置的参数，P_采样是实际获取的功率，t时计算出的实际充电时间。t的取值精确到十位，比如计算结果为266则取260分钟。

手机APP充电充电盒上传单价如图2所示。充电盒部署后，手机扫取二维码，对充电盒下发充电金额，充电盒获取功率后根据内部的自动费率计算算法，算出一元钱能充电时间，通过服务器反馈给手机APP，手机APP根据输入金额，下发充电时间。此方式需要充电盒写入自动费率的计算方法，充电过程中若充电功率跳变可大，则停止充电。

手机APP充电APP计算充电时间如图3所示。充电盒部署后，手机扫取二维码，对充电盒下发获取功率命令，充电盒将采样功率通过服务器反馈给手机APP，手机APP根据输入获取的功率和输入金额，下发充电时间。此方式需要手机APP写入自动费率的计算方法，充电过程中若充电功率跳变可大，则停止充电。

手机APP充电充电盒计算充电时间上送如图4所示。充电盒部署后，手机扫取二维码，对充电盒下发获取功率命令，获取成功后，充电盒根据内部算法计算出充电时间。此方式需要充电盒写入自动费率的计算方法，充电过程中若充电功率跳变可大，则停止充电。

在实际电动车充电站测试中，充电盒设定值P取200W，当P≤200W时，充电曲线呈一次函数，当P>200W时由于随电流增大，能耗增多，充电曲线不再符合一次函数形式。所以，设定充电盒设定值P取200W，而且此时涵盖大部分中小型电动车。综合考虑充电盒的成本造价和市场上电动车的电池绝大部分为铅酸电池，电特性类似，可以通过大量实际测试后获取经验值，取平均值后得到系数1.17，即有功功率补偿系数取1.17。当P_采样＜k₂×P，即P_采样＜1.17×200＝234时，采用固定费率的充电方式，通过充电盒设定的功率P和服务费及电价，计算出1元钱可以充电300min；当P_采样＞1.17×200＝234时，采用自动费率的充电方式，计算充电时间，充电时间表示为：

其中，P和T是充电盒中设置的参数，P＝200，T＝300。

充电盒内考虑成本问题测量模块采样精度无法太高，采样的充电功率不一定具有有效性，影响采样值的准确性，为确保所取值的准确性，会将采样值采集后建立离散数据模型，进行离散程度分析，得到y＝P的直线，去除采样周期内上下波动大于50％的采样点，取有效值后，计算出平均数，从而确保采样的准确性。

自动跳闸保护方案。充电过程中，为了保障安全和避免短路和有人钻取漏洞，将小功率的电车偷换成大功率电车等情况，需加入自动跳闸保护方案，考虑到采样的充电功率或电流可能有波动，跳闸需要分瞬时和延时跳闸两种方案，从而减少或者防止误跳的发生。当功率持续大于启动充电时功率200％，立即停止充电；当功率持续大于启动充电时功率100％，1分钟后停止充电；功率连续大于启动充电时功率50％，5分钟后停止充电，功率持续大于启动充电时功率30％，10分钟后停止充电。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动车充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集电动车充电功率，将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；若采集的电动车充电功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电；

所述采集的电动车充电功率是通过第一有功功率补偿系数修正后得到的，所述第一有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第一有功功率补偿系数，所述有功功率补偿系数的范围为[0，1]；

所述设定的功率是通过第二有功功率补偿系数进行修正得到的，所述第二有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第二有功功率补偿系数，所述第二有功功率补偿系数大于1；

所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系为：P_采样＝k×P_有功+b，其中k为有功功率补偿系数，P_采样为采集的电动车充电功率，P_有功为有功功率。

2.根据权利要求1所述的电动车充电控制方法，其特征在于，电动车充电功率的采样值为过滤掉采样周期内上下波动大于第一设定值的采样值的均值，第一设定值为50％。

3.根据权利要求1所述的电动车充电控制方法，其特征在于，当采集的电动车充电功率持续大于启动充电时功率200％，立即停止充电；当功率持续大于启动充电时功率100％，1分钟后停止充电；功率连续大于启动充电时功率50％，5分钟后停止充电，功率持续大于启动充电时功率30％，10分钟后停止充电。

4.一种电动车充电控制系统，其特征在于，包括充电盒、充电服务器，所述充电盒包括采集模块、控制模块；

所述充电服务器用于下发充电指令到所述充电盒；

所述采集模块用于采集电动车充电功率，所述控制模块用于将采集的电动车充电功率与设定的功率比较，若采集的电动车充电功率小于所述设定的功率，采用固定费率的充电方式对电动车充电；若采集的电动车充电功率大于所述设定的功率，采用自动费率的充电方式对电动车充电；

所述采集的电动车充电功率是通过第一有功功率补偿系数修正后得到的，所述第一有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第一有功功率补偿系数，所述有功功率补偿系数的范围为[0，1]；

所述设定的功率是通过第二有功功率补偿系数进行修正得到的，所述第二有功功率补偿系数的获取过程为：采集电动车充电过程中的有功功率，通过所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系计算第二有功功率补偿系数，所述第二有功功率补偿系数大于1；

所述有功功率与采集的电动车充电功率之间的关系为：P_采样＝k×P_有功+b，其中k为有功功率补偿系数，P_采样为采集的电动车充电功率，P_有功为有功功率。

5.根据权利要求4所述的电动车充电控制系统，其特征在于，电动车充电功率的采样值为过滤掉采样周期内上下波动大于第一设定值的采样值的均值，第一设定值为50％。

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