CN215576786U

CN215576786U - 一种电能计费装置及新能源充电设备

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Publication number: CN215576786U
Application number: CN202120550181.0U
Authority: CN
Inventors: 王超; 李春鹏
Original assignee: Changchun Jetty Automotive Parts Co Ltd
Current assignee: Changchun Jetty Automotive Parts Co Ltd
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2031-03-17

Abstract

本文提供了一种电能计费装置及新能源充电设备，其中，电能计费装置包括：电压检测模块、电流检测模块、电能统计模块、控制模块、存储模块；电压检测模块连接新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电压信息；电流检测模块连接新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电流信息；电能统计模块连接电压检测模块及电流检测模块，用于根据输入电压信息及输入电流信息，计算电能消耗信息；控制模块连接电能统计模块及存储模块，用于根据电能消耗信息及所述存储模块中存储的计费参数信息，计算电能费用信息；将所述电能消耗信息及所述电能费用信息发送至所述存储模块存储。本文能够即时实现电能费用计算，还可以实现断电保护，防止信息因断电丢失。

Description

一种电能计费装置及新能源充电设备

技术领域

本文涉及新能源电动汽车充电领域，尤其涉及一种电能计费装置及新能源充电设备。

背景技术

随着新能源电动汽车产业迅速发展，新能源电动汽车中充电设备的充电量也不断增加，因此，对充电量计费的准确性、可靠性和及时性需求也提出了较高的要求。

现有技术中，新能源电动汽车中充电设备未集成计费功能，新能源电动汽车充电设备若想实现计费功能，普遍借助工业或民用型电表来实现充电量计算，借助计算器或人工实现费用计算。

上述计费方式因工业或民用型电表无论单相电表还是三相电表往往存在体积大的问题，存在限制充电设备尺寸的问题，使得充电设备很难做到小巧、轻便、高度集成化。

另外，上述计费方式并无法即时实现计费，需要多个设备(工业或民用型电表、计算机或人工)配合才能实现，且在新能源电动汽车充电过程中，若电源断电，将会导致充电信息丢失。

实用新型内容

本文用于解决现有技术中新能源充电设备因使用现有工业或民用型电表来实现充电量检测的方式，使得无法即时实现计费功能。另外，在充电过程中，若电源断电，还存在容易导致充电信息丢失的问题。

为了解决上述问题，本文的第一方面提供一种电能计费装置，包括：电压检测模块、电流检测模块、电能统计模块、控制模块、存储模块；

所述电压检测模块连接新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电压信息；

所述电流检测模块连接所述新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电流信息；

所述电能统计模块连接所述电压检测模块及所述电流检测模块，用于根据所述输入电压信息及所述输入电流信息，计算电能消耗信息；

所述控制模块连接所述电能统计模块及所述存储模块，用于根据所述电能消耗信息及所述存储模块中存储的计费参数信息，计算电能费用信息；将所述电能消耗信息及所述电能费用信息发送至所述存储模块存储。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：电源转换模块，连接所述电能统计模块及所述新能源充电设备的电源输入端，用于从电源获取电能，并对获取的电能进行转换后为所述电能统计模块供电。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：有线通讯模块，连接所述控制模块，用于供维护人员对所述电能计费装置进行维护。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：无线通讯模块，连接所述控制模块，用于发送所述电能消耗信息及所述电能费用信息至终端设备，接收服务器发送的新计费参数信息，以由所述控制模块将所述新计费参数信息更新至所述存储模块中。

本文进一步实施例中，所述无线通讯模块还无线连接所述新能源充电设备；

所述无线通讯模块还用于接收所述终端设备发送的启动充电指令，并将所述启动充电指令转发至所述新能源充电设备，以开启所述新能源充电设备充电。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：显示模块，连接所述控制模块，用于在所述控制模块的控制下，显示所述电能消耗信息及所述电能费用信息。

本文进一步实施例中，所述电压检测模块包括：电压互感器及分压电阻；

所述电压互感器的初级侧串联所述分压电阻后连接至所述新能源充电设备的电源输入端；

所述电压互感器的次级侧连接所述电能统计模块。

本文进一步实施例中，所述电流检测模块包括：电流互感器、取样电阻及滤波电容；

所述电流互感器的检测端连接所述新能源充电设备的电源输入端；

所述取样电阻及所述滤波电容并联于所述电流互感器的连接端之间。

本文进一步实施例中，所述电流检测模块还包括：两个限流电阻；

所述电流互感器连接端与所述新能源充电设备的电源输入端之间的线路上分别设置一限流电阻。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：报警模块，连接所述控制模块；

所述控制模块还用于根据所述存储模块中存储的所述电能消耗信息及所述计费参数信息，计算所述存储模块的剩余存储量，当所述存储模块的剩余存储量小于第一预定值时，控制所述报警模块产生报警。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：比较模块；

所述比较模块连接所述电压检测模块及所述控制模块，用于比较所述输入电压信号与第二预定值，输出比较结果至所述控制模块；

所述控制模块，用于根据比较结果，确定输入电压的稳定性，于输入电压不稳定时，控制所述报警模块发出报警。

本文的第二方面提供一种新能源充电设备，包括：前述任意一实施例所述的电能计费装置。

本文提供的电能计费装置及新能源充电设备，通过增加控制模块及存储模块，将控制模块与电能统计模块及存储模块相连接，根据电能统计模块计算得到的电能消耗信息及存储模块存储的计费参数信息，能够即时实现电能费用计算。另外，通过设置存储模块，将电能消耗信息及电能费用信息存储于存储模块中，还可实现断电保护，防止信息因断电而丢失。

为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例，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的附图。

图1示出了本文实施例电能计费装置的第一结构图；

图2示出了本文实施例电能计费装置的第二结构图；

图3示出了本文实施例电能计费装置的第三结构图；

图4示出了本文实施例电能计费装置的第四结构图；

图5示出了本文实施例电能计费装置的第五结构图；

图6示出了本文实施例电压检测模块的结构图；

图7示出了本文实施例电流检测模块的结构图；

图8示出了本文实施例电能计费装置的第六结构图；

图9示出了本文实施例电能计费装置的第七结构图。

附图符号说明：

101、电压检测模块；

102、电流检测模块；

103、电能统计模块；

104、控制模块；

105、存储模块；

106、电源转换模块；

107、有线通讯模块；

108、无线通讯模块；

109、显示模块；

110、报警模块；

111、比较模块；

1011、电压互感器；

1012、串联分压电阻；

1021、电流互感器；

1022、取样电阻；

1023、滤波电容；

1024、限流电阻。

具体实施方式

下面将结合本文实施例中的附图，对本文实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文保护的范围。

对于现有新能源充电设备而言，通常借助工业或民用型电表来实现计费功能，但工业或民用型电表仅能实现电能检测，不能即时实现计费功能。另外，现有工业或民用型电表存在不存在断电保护，若电源断电，统计的电能消耗信息也将丢失。

为了解决上述技术问题，本文的一实施例中，提供一种电能计费装置，如图1所示，包括：电压检测模块101、电流检测模块102、电能统计模块103、控制模块104、存储模块105。

电压检测模块101连接新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电压信息。

其中，新能源充电设备的电源输入端为电网端，通常指220V交流电。新能源充电设备例如为充电桩等实现从电网获取电能并转换为新能源设备适用电能的设备。新能源设备包括但不限于新能源汽车等。

电流检测模块102连接新能源充电设备的电源输入端，用于采集输入电流信息。

电能统计模块103连接电压检测模块101及电流检测模块102，用于根据输入电压信息及输入电流信息，计算电能消耗信息。

具体实施时，电能统计模块103先根据输入电压信息及输入电流信息，推算出实际输入电压大小、输入电流大小及电流电压相位角(具体推算过程可参考现有技术，本文对此不再详述)；然后根据输入电压大小、输入电流大小及电流电压相位角通过如下公式计算功率消耗：P_in＝V×I×cosφ，其中，P_in代表输入功率，V代表输入电压，I代表输入电流，cosφ代表输入电压及电流的相位差。计算得到的功率消耗及系统时间构成电能消耗信息。

控制模块104连接电能统计模块103及存储模块105，用于根据电能消耗信息及存储模块中存储的计费参数信息，计算电能费用信息；将电能费用信息及电能消耗信息发送至存储模块105存储。

具体的，计费参数信息包括分时段标准电价及分档加价标准，分阶段例如包括峰时段、平时段、谷时段三个时段，分档例如包括第一档、第二档及第三档，其中，第一档无加价，第二档及第三档有加价，计费参数信息如表一所示。

表一

具体的，控制模块104在计算电能费用信息时，先根据电能消耗信息确定各分时段用电量、各分档用电量；然后，根据各分时段用电量计算分时电费；最后，根据各分档用电量计算分档加价。一具体实施方式中，电能费用信息具体计算过程包括：

(1)根据电能消耗信息，确定峰时段、平时段、谷时段用电量及第二档、第三档用电量。

其中，总电量＝峰时段电量+平时段电量+谷时段电量。

(2)按照峰时段、平时段、谷时段用电量和分时段标准电价，计算全部电量的分时电费。

其中，分时电费＝峰时段电量×峰时段标准电价+平时段电量×平时段标准电价+谷时段电量×谷时段标准电价。

(3)按照第二档、第三档用电量及其相应的分档加价标准，分别计算第二档、第三档电量的增量电费。

其中，第二档增量电费＝第二档用电量×第二档加价标准(例如0.05元/度)；第三档增量电费＝第三档用电量×第三档加价标准(例如0.3元/度)。

(4)根据全部电量的分时电费及第二档、第三档电量的增量电费，计算总费用。

其中，总电费＝分时电费+第二档增量电费+第三档增量电费。

本实施例通过增加控制模块及存储模块，将控制模块与电能统计模块及存储模块相连接，根据电能统计模块计算得到的电能消耗信息及存储模块存储的计费参数信息，能够实现分段分时电能费用即时计算。另外，通过设置存储模块，将电能费用信息及电能消耗信息存储于存储模块中，还可实现断电保护，防止信息因断电而丢失。再者，通过在存储模块中存储计费参数信息的方式，便于计费参数调整，进而便于调整电能计费结果。

本文进一步实施例中，为了减小电能计费装置的尺寸，可选用小体积的电压互感器作为电压检测模块，选用电流互感器作为电流检测模块。为了提高电能统计的精度，可选用专用芯片做电能统计。控制模块可采用现有市面上常用的微控制器。存储模块可采用EEPROM、EMMC、CFcard、CFcard、SMcard、SDcard、MMCcard、HDD其中之一。具体实施时，为了进一步减少设备尺寸，还可省去电能统计模块，由控制模块实现电能统计模块的功能。

本文进一步实施例中，电能计费装置还包括：电池，连接电能统计模块及控制模块，用于为其余模块工作提供电能。

本文进一步实施例中，为了避免电池电能耗尽后影响电能计费装置的使用，如图2所示，电能计费装置还包括：电源转换模块106，连接电能统计模块103及新能源充电设备的电源输入端，用于从电源获取电能，并对获取的电能进行转换后为电能统计模块供电。具体的，电源转换模块106例如为交直流转换器，用于实现交流电到直流电的转换。

本实施例能够通过电源转换模块保证电能计费装置的有效使用。

本文进一步实施中，为了便于运维人员对电能计费装置进行维护，如图3所示，电能计费装置还包括：有线通讯模块107，连接控制模块104，用于供维护人员对电能计费装置进行维护。

具体维护内容例如为下载存储模块中存储的信息、修改存储模块中存储的计费参数信息、更新控制模块中的程序等。

本文进一步实施例中，为了实现用户及时查看电能费用信息及实现服务器对计费参数信息远程更新等操作，如图4所示，电能计费装置还包括：无线通讯模块108，连接控制模块104，用于发送电能消耗信息及电能费用信息至终端设备显示，接收服务器发送的新计费参数信息，以由控制模块104将新计费参数信息更新至存储模块105中。

具体实施时，无线通讯模块108包括但不限于3G无线通讯单元、4G无线通讯单元、5G无线通讯单元、WIFI无线通讯单元及bluetooth(蓝牙)无线通讯单元中的一个或多个。本文所述的终端设备包括但不限于移动终端、PAD等。

为了实现终端设备与电能计费装置的通信，终端设备中安装有电能计费装置的APP，该APP可通过扫描电能计费装置外贴的二维码或电能计费装置中显示模块显示的二维码下载。

本文进一步实施例中，无线通讯模块108还无线连接新能源充电设备，用户通过电能计费装置APP可以发出启动充电指令，电能计费装置中的无线通讯模块108接收终端设备发送的启动充电指令，并将启动充电指令转发至新能源充电设备，新能源充电设备根据启动充电指令开启新能源充电设备充电。

本实施例能够使得用户仅通过操作新能源充电设备，就能开启充电，避免用户对新能源充电设备的操作，提高了用户体验。

本文进一步实施例中，对于充电费用支付可通过如下几种方式实现：(1)一般直接充电时，新能源充电设备会检测新能源设备充电情况，当检测到充满电时，发出已充满指令至电能计费装置中无线通讯模块108或有线通讯模块107，无线通讯模块108或有线通讯模块107将已充满指令发送至控制模块104，控制模块104根据已充满电指令通过无线通讯模块108发出费用支付请求至终端设备；(2)用户预约充电时，用户可现场或通过无线通讯模块108单独设定电能、费用、时间，当达到用户设定信息时，电能计费装置中的控制模块104通过无线通讯模块108接收终端设备发出的结束充电指令，并根据结束充电指令通过无线通讯模块108发出费用支付请求至终端设备；(3)对于充电过程中断电的情况，电能计费装置中的控制模块104根据存储模块105中最后记录的电能费用信息生成费用支付请求，并通过无线通讯模块108发送至终端设备。

无线通讯模块108还用于接收终端设备发送的支付成功信息，并将其转发至控制模块104，控制模块104根据支付成功信息停止计费，并通过无线通讯模块108向新能源充电设备发出停止充电和充电接口解锁指令。

本文进一步实施例中，为了便于用户及时地、便捷地了解充电信息，如图5所示，电能计费装置还包括：显示模块109，连接控制模块104，用于在控制模块的控制下，显示电能费用信息及所述电能消耗信息。

具体实施时，显示模块109包括但不限于LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器、数码管显示器、OLED(Organic Light-Emitting Diode)有机电激光显示显示器等。

本文进一步实施例中，为了提供给用户更多种支付途径，费用支付请求也可以不发送至终端设备，而是以二维码等形式显示于显示模块109，由用户通过扫描二维码完成支付。

本文进一步实施例中，如图6所示，电压检测模块101包括：电压互感器1011及串联分压电阻1012。

电压互感器1011的初级侧串联串联分压电阻1012后连接至新能源充电设备的电源输入端(如图6中的N端及L端)。电压互感器1011用于感测电源输入端的电压。串联分压电阻1012选用可调电阻，还可由多个电阻组成(如图6中的电阻R2、R3及R4)，串联分压电阻用于降低电源的电压，使得进入电压互感器的电压达到电压互感器额定需求。

电压互感器1011次级并联有取样电阻R6，一具体实施方式中，取样电阻R6阻值最大200Ω、精度1％。电压互感器1011次级两侧还分别串联有限流电阻R5及R7。

进一步实施例中，为了减少电网波动时电压互感器产生的干扰，电压互感器1011次级输出端还分别连接有电容C10及C11。

电压互感器1011的次级侧连接电能统计模块103，如图6所示，VIP1及VIN2为电压检测模块的输出端，用于连接电能统计模块103。

本文进一步实施例中，如图7所示，电流检测模块102包括：电流互感器1021、取样电阻1022(具体实施时，可设置取样电阻1022上限值为10Ω，精度为1％)及滤波电容1023，图7中IIP1及IIN1为电流检测模块的输出端，用于连接电能统计模块103。

电流互感器1021的检测端连接新能源充电设备的电源输入端，用于感测电源输入端的电流。

取样电阻1022并联于电流互感器1021连接端之间，用于实现电流互感器感测电流的取样，得到取样电压。

滤波电容1023并联于电流互感器1021连接端之间，用于对取样电压进行滤波。

进一步的，为了避免电流互感器感测电流过大会烧坏电能统计模块103，电流检测模块102还包括：两个限流电阻1024。电流互感器1021的连接端与新能源充电设备的电源输入端之间的线路上分别设置一限流电阻1024。

本文一实施例中，为了避免信息无法存储的情况发生，如图8所示，电能计费装置还包括：报警模块110，连接控制模块104。

控制模块104还用于根据存储模块105中存储的计费参数信息及电能消耗信息，计算存储模块105的剩余存储量，当存储模块105的剩余存储量小于第一预定值(例如总存储量的80％)时，控制报警模块110产生报警。

本实施例中，报警模块110可选用蜂鸣器、喇叭等，本文对此不作具体限定。

具体实施时，根据剩余存储量生成报警信息，将报警信息通过无线通讯模块108发送至运维人员，以便运维人员及时发现异常并处理。

本文一实施例中，还可根据预定计划(例如按年、按季度、按月等)循环覆盖存储模块中的记录。

本文进一步实施例中，为了避免电网波动时对电能计费装置产生损坏，如图9所示，电能计费装置还包括：比较模块111。

比较模块111连接电压检测模块101及控制模块104，用于比较输入电压信号与第二预定值，输出比较结果至控制模块104。

控制模块104用于根据比较结果，确定输入电压的稳定性，于输入电压不稳定(例如连续N的比较结果为输入电压信号大于预定电压)时，控制报警模块110发出报警。

本文具体实施时，所有模块适应温度范围为-40℃至85℃，进而能够使得电能计费装置适应外部环境温度。本实施例与现有技术相比，能够实现如下表二的技术效果。

表二

本文提供的电能计费装置主要应用于新能源充电设备，安装于新能源充电设备电源侧前端，用于实现充电设备电能消耗及电能费用计算。通过增加控制模块及存储模块，将控制模块与电能统计模块及存储模块相连接，根据电能统计模块计算得到的电能消耗信息及存储模块存储的计费参数信息，能够即时实现电能费用计算。通过设置存储模块，将电能费用信息及电能消耗信息存储于存储模块中，还可实现断电保护，防止信息因断电而丢失。通过有线通讯模块能够实现维护人员现场对装置的维护。通过无线通讯模块能够实现装置与用户、装置与后台的信息互通。通过显示模块能够便于用户及时了解充电信息。通过报警模块能够使运维人员及时发现异常情况(电网电压波动大或存储模块存储容量不足等)。

当然具体实施时，本文提供的电能计费装置还可以单独使用，或应用于其它场景，本文对此不作具体限定。

还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本文的示意性实施例及其说明用于解释本文，但并不作为对本文的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本文，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。关于本文中所使用的方向用语，例如：上、偏上、偏下等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。关于本文中所使用的“包含”、“包括”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。

Claims

1.一种电能计费装置，其特征在于，包括：电压检测模块、电流检测模块、电能统计模块、控制模块、存储模块；

2.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：电源转换模块，连接所述电能统计模块及所述新能源充电设备的电源输入端，用于从电源获取电能，并对获取的电能进行转换后为所述电能统计模块供电。

3.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：有线通讯模块，连接所述控制模块，用于供维护人员对所述电能计费装置进行维护。

4.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：无线通讯模块，连接所述控制模块，用于发送所述电能消耗信息及所述电能费用信息至终端设备，接收服务器发送的新计费参数信息，以由所述控制模块将所述新计费参数信息更新至所述存储模块中。

5.如权利要求4所述的电能计费装置，其特征在于，所述无线通讯模块还无线连接所述新能源充电设备；

6.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：显示模块，连接所述控制模块，用于在所述控制模块的控制下，显示所述电能消耗信息及所述电能费用信息。

7.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，所述电压检测模块包括：电压互感器及分压电阻；

所述电压互感器的次级侧连接所述电能统计模块。

8.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，所述电流检测模块包括：电流互感器、取样电阻及滤波电容；

9.如权利要求8所述的电能计费装置，其特征在于，所述电流检测模块还包括：两个限流电阻；

10.如权利要求1所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：报警模块，连接所述控制模块；

11.如权利要求10所述的电能计费装置，其特征在于，还包括：比较模块；

12.一种新能源充电设备，其特征在于，包括：权利要求1至11任意一项所述的电能计费装置。