CN111762053A - 一种电池换电计费的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池换电计费的控制方法及控制系统，在所述电池的充电过程中，实时计算每单位电量对应的充电电能以获得电量‑电能关系曲线，并储存；在所述电池运行放电过程中，记录所放电量；在所述电池进行换电时，读取所述电池记录的实际使用电量，根据所述电量‑电能曲线以及所述实际使用电量获得所述电池实际消耗的充电电能，然后根据实际消耗的充电电能进行计费。本发明的计费控制方法可不受充电时间和实际使用情况影响的问题，可快速准确的计算出电池在实际使用的费用。

Description

一种电池换电计费的控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及电池充放电计费领域，更具体地说，涉及一种电池换电计费的控制方法及控制系统。

背景技术

电动汽车由于不排放有害气体，节能环保被越来越多的大众接受，现有电动汽车的电池充电主要有两种模式：直接插电模式和电池换电模式。在换电模式下，电池计费问题一直是个难点，例如，依据充电电能的计费方式会导致无法即时收费，因为收费要等待充电完成才行，而充电需要数小时时间；依据行驶里程数的收费则导致不准确，如针对是否开启空调，驾驶习惯是否合理，无法进行正确的导向都对计费产生不同程度的影响；依据放电容量的收费也存在缺点，由于不同电池组放电电压不同，电池组在整个放电过程中电压也是会变化的，而用户真正为之付费的是消耗的能量，仅仅依赖于放电电量收费的方式并不公平合理。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了电池换电计费的控制方法及控制系统，通过放电电量计算出充电电能，再依据充电电能进行计费，解决现有技术中计费慢以及计费不准确的问题。

本发明的一种电池换电计费的控制方法，包括：

S1：在所述电池的充电过程中，实时计算充入所述电池的每单位电量对应的充电电能，根据所述的每单位电量与对应的充电电能获得电量-电能关系曲线，并储存；

S2：在所述电池运行放电过程中，记录所放电量；

S3：在所述电池进行换电时，读取所述电池记录的实际所放电量，根据所述电量-电能曲线以及所述实际所放电量获得所述电池实际消耗的充电电能；

S4：将所述实际使用的充电电能换算成对应的实际消费金额，依据所述电池实际消费金额进行计费。

进一步包括：将所述电池的总电量按设定的计量单位设置为多个单位大小的电量单元并依次排列组成，所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定，

在所述电池的充电过程中，根据排列顺序依次获取单位大小的电量单元所对应消耗的充电电能，从而获得根据排列顺序对应的所述电量-电能关系曲线。

进一步包括，在所述电池的充电过程中，实时获得所述电池的瞬时电压和瞬时电流，

根据所述瞬时电流对充电时间的积分获得单位大小的电量单元对应的充电电量；

根据所述瞬时电压和瞬时电流的乘积对充电时间的积分获得单位大小的电量单元消耗的充电电能。

进一步包括，在所述电池的放电过程中，实时获得所述电池的瞬时电流，

根据所述瞬时电流对放电时间的积分获得所放电量。

进一步包括：设置所述电池中的所述单位大小的电量单元按照所述排列顺序相反的顺序依次放电使用，

根据所述放电电量计算出所有使用单位大小的电量单元。

进一步包括：根据所述电量-电能曲线获得所有使用单位大小的电量单元对应的充电电能，将所述所有使用的单位大小的电量单元对应的充电电能相加以获得电池实际使用的充电电能。

所述控制方法进一步包括步骤：当所述电池放电使用完成，消耗能量的单位大小的电量单元被标识出来，当所述电池进行下一次充电时，被标识的单位大小的电量单元按照排列顺序重新放入先输入后输出的队列。

所述控制方法进一步包括步骤：当所述电池在放电使用过程中，某一单位大小的电量单元未使用完成，则该单位大小的电量单元与下一次充放电过程循环合并计费。

本发明的一种电池换电计费的控制系统，包括：

信号获取模块，与所述电池电连接，用于实时获得所述电池在当前工作状态中的瞬时电压和瞬时电流；

能量计算模块，与所述信号获取模块连接，用于计算所述电池在充电过程中所消耗的充电电能；

电量计算模块，与所述信号获得模块连接，用于计算所述电池在充电过程中所获得的电量，以及所述电池在放电过程中所消耗的电量；

电量-电能管理模块，与所述能量计算模块和电量计算模块相连接，所述电量-电能管理模块根据所述电池的充电过程中充入所述电池的每单位大小电量对应的充电电能，获得所述的每单位大小电量与对应的充电电能的电量-电能关系曲线，并储存；

计费模块，与所述电能-电能管理模块和所述电量计算模块连接，根据所述电量-电能曲线以及所述电池实际使用的电量获得所述电池实际使用的充电电能，并将所述实际使用的充电电能换算成对应的实际消费金额，对所述电池实际消费金额进行计费。

优选地，所述电量-电能管理模块将所述电池的总电量设置为多个单位大小的电量单元依次排列组成，所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定，

在所述电池的充电过程中，根据排列顺序依次获取单位大小的电量单元所对应消耗的充电电能，从而获得根据排列顺序对应的所述电量-电能关系曲线。

优选地，所述电量-电能管理模块设置所述电池中的所述单位大小的电量单元按照所述排列顺序相反的顺序依次放电使用，根据电池消耗的电量计算出所有使用单位大小的电量单元，

所述计费模块将所有实际使用的单位大小的电量单元对应的充电电能相加以获得电池实际使用的充电电能。

综上所述，依据本发明的电池换电计费的控制方法及控制系统，通过统计电池使用过程中的放电电量，可获得对应电池充入的充电电能，然后根据充电电能进行计费，可不受充电时间和实际使用情况影响的问题，可快速准确的计算出电池在实际使用中的准确费用。

附图说明

图1为典型的充电电池特性曲线示意图；

图2为依据本发明的换电计费的控制方法流程图；

图2-1为电量-电能关系曲线的示意图；

图3为依据本发明的换电计费的控制系统框图。

具体实施方式

以下将结合附图说明本发明的一些优选实施例,并对本发发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一端”其本身不暗示“第二端”的位置限制，术语“第二端”本身不暗示“第一端”的位置限制。

本发明中的电量是指电池容量或电荷数量，通常的单位为安时或者库仑；电能是电荷做功的能力，是能量，单位通常为千瓦时或者瓦时。

电池在充电过程的充电效率，会受到充电时的充电电压和充电电流的影响，同时也受到电池内阻的影响，电池内阻在不同的荷电状态、不同温度下都不一样，而且会随着电池的老化而变化。同理，电池放电效率也是一样。因此，由于充放电过程中效率的损失，充电所消耗的能量和放电所放出的能量是不一致的。如图1所示为一个典型的铁锂电池特性曲线，soc表征为电池的电池荷电量大小，即表示电池的荷电状态，充电电压曲线和充电静置电压曲线之间的面积，可以看作为电池充电的效率损失；放电电压曲线和放电电压静置曲线之间的面积可以看作为电池放电的效率损失。静置电压曲线之下的面积，可以看作为电池储存的能量，如图1所示，充放电静置电压曲线之下的面积接近相等。

在不考虑充电桩效率的情况下，在电池充电中用户真正消耗的是充电电压曲线下面积所对应的能量。但是如背景技术中所言，在换电模式下，依据充电电能会导致无法即时收费的问题，收费要等待充电完成才行，而充电需要数小时时间。

有鉴于此，本申请提出了如图2的换电模式下的计费控制方法，图3为对应的控制系统框图。以下参考图2和图3对本发明的实施方案进行说明。本发明实施例中所述计费控制系统包括信号获取模块、能量计算模块、电量计算模块、电量-能量管理模块和计费模块，各个模块的连接关系和作用在以下内容中分别阐述。

本发明实施例的控制方法第一步包括将所述电池的总电量(也即是总电荷容量)按照一定计量单位设置为多个单位大小的电量单元依次排列组成，并且所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定，在所述电池的充电过程中，根据排列顺序依次获取单位大小的电量单元所对应消耗的充电电能，从而获得根据排列顺序对应的所述电量-电能关系曲线，并储存。

具体地，实施例中信号获取模块与所述电池电连接，例如所述信号获取模块与所述电池的输出电压端连接以获得瞬时电流信号，所述信号获取模块与所述电池的两端连接以获得瞬时电压信号，如此所述信号获取模块可获得所述电池在当前工作状态中(如充电过程或放电过程中)的瞬时电压和瞬时电流；之后，能量计算模块与所述信号获取模块连接，计算所述电池在充电过程中所消耗的充电电能；电量计算模块与所述信号获得模块连接，计算所述电池在充电过程中所获得的电量，以及所述电池在放电过程中所消耗的电量。这样，在上述步骤中，当信号获得模块获取电池在充电过程中的瞬时电压和瞬时电流信号后，所述电量计算模块通过在所述充电过程中获得的瞬时电流对单位充电时间的积分可获得单位大小的电量单元对应的充电电量；并且所述能量计算模块在所述充电过程中获取的所述瞬时电压和瞬时电流，先将两者进行乘积运算，然后将运算结果对单位充电时间的积分可以获得单位大小的电量单元对应的充电电能。

然后，所述电量-电能管理模块与所述能量计算模块和电量计算模块相连接，这里，所述电量-电能管理模块将所述电池的总电量(即是总电池荷电容量)设置为多个单位大小的电量单元依次排列组成，并且所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定。所述电量-电能管理模块根据获得的电池充电过程中的电量和能量数据，将每单位大小电量单元与对应的充电电能一一对应记录。例如，所述电池的总电量建模为一个个符合先入后出规则的单位大小的电量单元，记为Qi,i＝1,2,3……,n。每个电量单元所对应的充电电能并不相同，记为Ei。当电池充电时，从所述电量计算模块中获取每个单位大小电量单元Qi 依次放入队列的信息(即电能充入电池)，并从所述能量计算模块中获取该电量单元Qi所消耗的充电能量信息Ei，这样一个电量单元的电量-电能的对应关系记为(Qi，Ei)。按照充电过程，(Q1，E1)、(Q2，E2)、(Q3，E3)……(Qn， En)依次进入队列。充电完成后，可根据记录的信息绘制所述的每单位大小电量单元与对应的充电电能的电量-电能关系曲线，例如图2-1所示的对应关系示意图，之后，将电量-电能关系曲线储存，例如可以储存在电量-电能管理模块的存储器中。

第二步，在所述电池运行放电过程中，记录所放电量，具体地，在所述电池的放电过程中，电量计算模块实时获得所述电池的瞬时电流，并且根据所述瞬时电流对放电时间积分以获得放电电量。

第三步，本发明实施例的控制方法为在所述电池进行换电时，读取所述电池记录的实际使用电量，根据所述电量-电能曲线以及所述实际使用电量获得所述电池实际使用的充电电能。这里需要补充的是，在计算过程中，所述所放电量按照电量单元依次放电排序，所述电池中的所述单位大小的电量单元按照所述排列顺序相反的顺序依次放电使用，即后输入电量的电量单元将优先被放电使用，例如放电时每个所述单位大小的电量单元按照Qn,Qn-1……的顺序放电使用，所述电量-电能管理模块根据电池消耗的电量计算出所有使用单位大小的电量单元。

第四步，所述计费模块与所述电量-电能管理模块和所述电量计算模块连接，计费模块读取实时电量计算模块计算的实际使用的所有单位大小的电量单元。然后计费模块根据储存的所述电量-电能曲线获得所有使用单位大小的电量单元对应的充电电能，将所述所有使用的单位大小的电量单元对应的充电电能相加以获得电池实际使用的充电电能，然后所述计费模块再将所述实际使用的充电电能换算成对应的实际消费金额，对所述电池实际使用的电能进行计费。

本领域技术人员可知，对于电池而言，一定时间尺度内充入电池的电量是不会因外界因素变化的，因此，本申请中根据充电电量和放电电量对应的关系，根据放电电量可推算出充电的电能，然后再根据充电电能进行计费，可不受充电时间和实际使用情况影响的问题，在电池换电时可快速准确的计算出电池使用费用。

进一步地，本发明实施例中，考虑到电池的循环使用，以及下一次准确计费，当所述电池放电使用完成，消耗能量的单位大小的电量单元被标识出来，这样当所述进入下一次充电时，被标识的单位大小的电量单元按照排列顺序重新放入先输入后输出的队列，然后下一次换电时，可依据上述方法进行换电费用计算，达到电池循环使用中计费规则都能准确执行。

进一步地，在实际使用中，有可能会出现电池放电在放电使用过程中，某一单位大小的电量单元未使用完成，这时，未使用完成的单位大小的电量单元在本次计费中不予计费，在与下一次充放电过程循环中合并计费，这样对用户来说公平合理。

综上所述，本发明的电池换电计费的控制方法及控制系统，通过对电池电量进行分块并制定使用规定，这样对计算电池使用过程中的放电电量可获得对应的充电电量，继而可获得对应充入的充电电能，然后根据充电电能进行计费，可不受充电时间和实际使用情况影响的问题，可快速准确的计算出电池在换电时的费用。

以上对依据本发明的电池换电计费的控制方法及控制系统优选实施例的进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电池换电计费的控制方法，其特征在于，包括：

S1：在所述电池的充电过程中，实时计算充入所述电池的每单位电量对应的充电电能，根据所述的每单位电量与对应的充电电能获得电量-电能关系曲线，并储存；

S2：在所述电池运行放电过程中，记录所放电量；

S3：在所述电池进行换电时，读取所述电池记录的实际所放电量，根据所述电量-电能曲线以及所述实际所放电量获得所述电池实际消耗的充电电能；

S4：将所述实际使用的充电电能换算成对应的实际消费金额，依据所述电池实际消费金额进行计费。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤S1中，进一步包括：

将所述电池的总电量按设定的计量单位设置为多个单位大小的电量单元并依次排列组成，所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定，

在所述电池的充电过程中，根据排列顺序依次获取单位大小的电量单元所对应消耗的充电电能，从而获得根据排列顺序对应的所述电量-电能关系曲线。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，在步骤S1中，进一步包括，

在所述电池的充电过程中，实时获得所述电池的瞬时电压和瞬时电流，

根据所述瞬时电流对充电时间的积分获得单位大小的电量单元对应的充电电量；

根据所述瞬时电压和瞬时电流的乘积对充电时间的积分获得单位大小的电量单元消耗的充电电能。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，进一步包括，

在所述电池的放电过程中，实时获得所述电池的瞬时电流，

根据所述瞬时电流对放电时间的积分获得所放电量。

5.根据权利要求1或4所述的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，进一步包括：

设置所述电池中的所述单位大小的电量单元按照所述排列顺序相反的顺序依次放电使用，

根据所述放电电量计算出所有使用单位大小的电量单元。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，进一步包括：

根据所述电量-电能曲线获得所有使用单位大小的电量单元对应的充电电能，将所述所有使用的单位大小的电量单元对应的充电电能相加以获得电池实际使用的充电电能。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括步骤：

当所述电池放电使用完成，消耗能量的单位大小的电量单元被标识出来，当所述电池进行下一次充电时，被标识的单位大小的电量单元按照排列顺序重新放入先输入后输出的队列。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括步骤：

当所述电池在放电使用过程中，某一单位大小的电量单元未使用完成，则该单位大小的电量单元与下一次充放电过程循环合并计费。

9.一种电池换电计费的控制系统，其特征在于，包括：

信号获取模块，与所述电池电连接，用于实时获得所述电池在当前工作状态中的瞬时电压和瞬时电流；

能量计算模块，与所述信号获取模块连接，用于计算所述电池在充电过程中所消耗的充电电能；

电量计算模块，与所述信号获得模块连接，用于计算所述电池在充电过程中所获得的电量，以及所述电池在放电过程中所消耗的电量；

电量-电能管理模块，与所述能量计算模块和电量计算模块相连接，所述电量-电能管理模块根据所述电池的充电过程中充入所述电池的每单位大小电量对应的充电电能，获得所述的每单位大小电量与对应的充电电能的电量-电能关系曲线，并储存；

计费模块，与所述电能-电能管理模块和所述电量计算模块连接，根据所述电量-电能曲线以及所述电池实际使用的电量获得所述电池实际使用的充电电能，并将所述实际使用的充电电能换算成对应的实际消费金额，对所述电池实际消费金额进行计费。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电量-电能管理模块将所述电池的总电量设置为多个单位大小的电量单元依次排列组成，所述多个单位大小的电量单元按照先输入后输出的规则设定，

在所述电池的充电过程中，根据排列顺序依次获取单位大小的电量单元所对应消耗的充电电能，从而获得根据排列顺序对应的所述电量-电能关系曲线。

11.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电量-电能管理模块设置所述电池中的所述单位大小的电量单元按照所述排列顺序相反的顺序依次放电使用，根据电池消耗的电量计算出所有使用单位大小的电量单元，

所述计费模块将所有实际使用的单位大小的电量单元对应的充电电能相加以获得电池实际使用的充电电能。

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