矩阵式柔性充电堆的自助缴费系统的制作方法

本实用新型涉及电动汽车充电自助缴费领域，具体是矩阵式柔性充电堆的自助缴费系统。

背景技术：

随着社会的发展，环境问题已经成为不可忽视的问题。为了提高城市环境，越来越多的城市开始限制汽车出行，然而单单限制汽车出行不能从根本上解决问题，此时，新能源汽车应允而生。电动汽车作为一种新能源汽车是一种采用蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶，电动汽车由于技术相对简单成熟，充电地点设置方便，而得到了长足的发展，但是，制约电动车辆发展的根本原因还在于电动车辆的电池充电需要的时间过长。于是矩阵式柔性充电堆技术应运而生，矩阵式柔性充电堆是基于功率单元矩阵控制，以全数字化智能充电模块为核心建成的集中式充电站设施，由本体和充电终端、站级监控和收费系统等部分组成，可以根据充电车辆bms所发出的充电需求，动态分配充电功率，满足各种车型充电的不同功率需求，提高了充电设施的能量转换效率及设备利用率。

矩阵式柔性充电堆的充电终端一般为充电桩，电动汽车将车辆驶入充电桩所在车位进行充电，现在的缴费系统一般分为两种，第一种为充电前先充值的缴费系统，这类缴费系统需要用户提前购买充值卡，但是社会上充电桩所属的公司各不相同，采用这种方式缴费用户往往需要耗费过多的财力和精力去办更多充值卡或者寻找相应的充电桩，第二种为充电后再进行缴费的形式，这类缴费方式往往是需要人工看守充电桩以避免用户充电完成后由于支付方式的限制无法缴费或者逃脱缴费直接离开，这样无疑增加了大量的人力成本，同时也使得充电后再进行缴费的变得复杂，现在的充电站建设中几乎不可见充电后再进行缴费的的形式，所以如何使得用户的电动汽车充电的自助缴费变得简单有效，同时又便于充电桩商户进行管理便成为电动汽车充电自助缴费领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术电动汽车使用充电后再进行缴费的模式时充电位管控困难的不足，提供了一种矩阵式柔性充电堆的自助缴费系统，通过将车位控制和自助缴费相联系，有效的在使用充电后再进行缴费的模式的同时增强了充电位的管控。

本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：

矩阵式柔性充电堆的自助缴费系统，包括充电量计量模块、微处理器、充电车位管理模块、计费显示器和缴费终端，所述充电量计量模块、充电车位管理模块和计费显示器分别和微处理器电连接，计费显示器还与缴费终端电连接，其中，

充电量计量模块，用于充电并记录充电消耗的电量数据，并将电量数据传输到微处理器；

充电车位管理模块，用于识别充电车位是否有车辆，并将车位数据传输到微处理器，并且接收微处理器的车位外设控制信号，通过车位外设控制管理车位；

计费显示器，用于接收微处理器充电费用数据，显示出电费且将电费数据传输到缴费终端，并且接收缴费终端的缴费数据，再将缴费数据传输到微处理器；

缴费终端，用于接收计费显示器传输的电费数据，并根据电费数据收取电费，且将缴费数据通过计费显示器传输到微处理器；

微处理器，用于接收充电量计量模块的电量数据、充电车位管理模块的车位数据和计费显示器的缴费数据，并将充电量计量模块的电量数据处理为电费数据传输到计费显示器，并通过将充电车位管理模块的车位数据和计费显示器的缴费数据进行比对，向充电车位管理模块发出不同的车位外设控制信号，微处理器采用at89s51芯片；

所述充电车位管理模块包括车辆识别单元和车位控制器，车位控制器连接有车位外设，车辆识别单元采用红外感应电路识别车辆进入车位内，红外感应电路包括红外传感器pir、电容c3、电容c4、电容c5、电阻r5、电阻r6和三极管q1，所述红外传感器pir的电源端连接电源，接地端接地；所述电容c3一端连接红外传感器pir的信号输出端，另一端连接三极管q1基极，三极管q1的发射极接地；所述电容c4一端连接红外传感器pir的电源端与电源之间的线路上，另一端接地；所述电阻r6一端连接电源，另一端连接三极管q1的集电极；所述电阻r5一端连接三极管q1的集电极，另一端连接三极管q1基极；所述电容c5一端连接三极管q1基极，另一端连接微处理器的引脚6，微处理器的引脚40连接电源。本实用新型中所述引脚均为集成电路或微处理器的接口，引脚后接数字为接口的号码，充电车位管理模块的工作原理为先识别车位内是否进入车辆，这是靠红外感应电路识别的，红外感应电路识别到车位内是否停有车辆，若停有车辆便会发送数据到微处理器以便微处理器向车位外设发送相应的信号，限制车辆出入，有效的简化了充电车位的人力看守成本，有效的加强了充电车位的管控。

本实用新型在应用中采用at89s51芯片控制总体电路，当电动汽车进入充电车位时，充电车位管理模块便开始运作，首先红外感应电路感应到车辆进入充电车位，微处理器收到车辆进入的信号后通过车位外设控制管理车位，在电动汽车完全进入车位后便限制电动汽车向车位外移动，当电动汽车充电时，充电量计量模块通过有功功率测定用电量，并将用电量的数据传输到微处理器，微处理器将用电量数据处理为电费数据并通过计费显示器发送给缴费终端，本实用新型中的缴费终端采用现有技术中的银联支付和电子支付终端，用户在缴费终端完成交费后，缴费终端会将缴费信息传递给计费显示器，计费显示器会将显示费用清零并将缴费数据传递到微处理器，微处理器会改变发送给车位外设的信号以放充电车辆离开充电车位，通过微处理器连接的计费显示器和充电量计量模块，有效的将缴费与充电功能同步进行，简化了缴费方式，同时有效的完成了充电后再进行缴费的的流程，通过有效的控制车位管理，实现了充电车位的管控以避免用户逃单，同时充电后再进行缴费的也节省了用户购买充值卡的过程，进一步的简化了电动汽车充电流程。

进一步的，所述充电量计量模块包括充电电路和充电量统计单元，充电电路包括ne555集成电路、电源变压器t1、稳压二极管vd1、稳压二极管vd2、稳压二极管vd3、稳压二极管vd4、稳压二极管vd5、稳压二极管vd6、二极管vd7、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、三极管vt1、电位器rp1和电位器rp2，所述电位器rp1一端接地，另一端连接ne555集成电路的引脚④，电位器rp1调节接口连接电阻r1，电阻r1直接与ne555集成电路引脚⑦连接，电阻r1和引脚⑦之间设有连接稳压二极管vd6的支路a，支路a与ne555集成电路引脚②连接，电阻r1和稳压二极管vd6之间连接电阻r2，电阻r2直接与ne555集成电路引脚⑥连接，电阻r2和引脚⑥之间设有连接电容c2的支路b，支路b直接接地，ne555集成电路引脚⑥连接稳压二极管vd7，vd7依次串联电阻r3和三极管vt1，vt1发射极串联连接电位器rp2，vt1集电极、ne555集成电路引脚⑤的连接线与接地线组成充电接口；所述电容c1和稳压二极管vd5并联，并联电路一端接地，另一端分别连接电阻r4和ne555集成电路引脚⑧，所述引脚⑧和引脚④连接，电阻r4和电位器rp2连接；所述电源变压器t1的输入端连接矩阵式柔性充电堆电源，输出端连接稳压二极管vd1、稳压二极管vd2、稳压二极管vd3和稳压二极管vd4组成的桥式整流电路的四个接口中的两对向位置的接口，桥式整流电路剩余两个接口一个接口接地，另一个连接电阻r4和电位器rp2的连接节点；所述充电量统计单元采用电量表并安装于充电接口处。本实用新型中所述的矩阵式柔性充电堆主要是通过柔性充电堆内部模块的调动来达到提高充电效率的目的，而由于不同车厂的电池设计不同，尽管柔性充电堆通过循环调动内部不同的模块达到了保护柔性充电堆的目的并提高了其效率，但是其不能消除电池记忆的缺陷，而通过对矩阵式柔性充电堆输出端增加脉冲式充电电路，该充电电路直接针对电动汽车电池，并不对矩阵式柔性充电堆产生作用，所以该充电电路能够在不影响柔性充电堆的正常功能的前提下克服电动汽车电池记忆的缺陷，有效的增加了电动汽车的电池寿命。

进一步的，所述充电车位管理模块还包括与微处理器连接的车牌识别单元，车牌识别单元用于识别车位内车辆的车牌信息并将车牌信息输送到微处理器。车牌识别单元采用现有技术中的停车场的车牌识别设备，通过车牌识别单元绑定车辆信息，达到追溯车辆信息的目的，通过记录车辆信息以便进一步的保障充电车位的安全。

进一步的，所述车位外设包括升降立柱和侧面限位条，侧面限位条位于车位出入口两侧面并与车位等长，升降立柱位于车位出入口正中心。通过充电桩和侧面限位条的限制，使得充电车位只有升降立柱方向的一处出入口，升降立柱的升降控制了充电车位进出口的开放，车辆开始充电时升降立柱在微处理器的信号控制下升起并阻挡住车位出口，在用户完成缴费后升降立柱在微处理器信号控制下下降并开放车位出口，通过限制车辆的出入，有效的增强了充电车位的管控。

进一步的，所述升降立柱包括液压泵，液压泵的上方连接液压立柱本体并与液压立柱本体内的液压缸连通，液压缸的上方设有升降柱，液压缸和液压泵之间设有止回阀，所述液压泵的下方设有液压油箱，液压泵与液压油箱连通，液压缸与液压油箱连通，液压缸与液压油箱之间设有回流阀，液压缸、液压油箱和回流阀的内部连通。液压泵采用电动泵，当需要升起升降柱时，通过控制液压泵的开启，液压泵开启时将液压油箱内的液压油输入液压缸，液压油推动液压立柱本体内的升降柱上升，上升的升降柱阻挡住车位入口，液压缸和液压泵之间设置有止回阀以防止液压油回流，当需要收回升降柱时，关闭液压泵的同时将回流阀开启，液压缸内的液压油回流至液压油箱，升降柱下降，放开充电车位出入口，通过液压油的输送控制升降柱的升降有效的限制了充电车位的车辆，有效的增强了车位的管控。

进一步的，所述液压泵与微处理器引脚40连接并串联保护电阻r7，回流阀与微处理器引脚3连接并串联保护电阻r8。所述液压泵采用电动泵，回流阀采用电磁阀，通过微处理器连接液压泵和回流阀，在接收到红外感应电路的数据后，开启液压泵并关闭回流阀，促使升降柱上升，在接受到缴费数据时，关闭液压泵并开启回流阀，控制升降柱下降，有效的将升降柱的升降与充电量计量模块、车辆识别单元和缴费终端的电路和数据交流结合在一起，有效的简化了充电车位的管控过程。

综上所述，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)通过微处理器连接的计费显示器、充电电路和充电量统计单元，有效的将缴费与充电功能同步进行，简化了缴费方式，同时有效的完成了充电后再进行缴费的的流程，通过有效的控制车位管理，实现了充电车位的管控以避免用户逃单，同时充电后再进行缴费的也节省了用户购买充值卡的过程，进一步的简化了电动汽车充电流程。

(2)通过升降立柱和侧面限位条两种车位外设和充电桩的限制，在相应的情况下通过限制车辆的出入，有效的增强了充电车位的管控。

(3)通过将微处理器和液压泵、回流阀相连接，有效的将升降柱的升降与充电量计量模块、车辆识别单元和缴费终端的电路和数据交流结合在一起，有效的简化了充电车位的管控过程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构框图；

图2为本实用新型具体实施例的局部电路原理图；

图3为本实用新型车位外设结构示意图；

图4为本实用新型升降立柱结构示意图；

1-升降立柱，2-侧面限位条，3-充电桩，101-液压油箱，102-液压泵，103-液压立柱本体，104-液压缸，105-回流阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1～2所示，矩阵式柔性充电堆的自助缴费系统，包括充电量计量模块、微处理器、充电车位管理模块、计费显示器和缴费终端，所述充电量计量模块、充电车位管理模块和计费显示器分别和微处理器电连接，计费显示器还与缴费终端电连接，其中，充电量计量模块，用于充电并记录充电消耗的电量数据，并将电量数据传输到微处理器；充电车位管理模块，用于识别充电车位是否有车辆，并将车位数据传输到微处理器，并且接收微处理器的车位外设控制信号，通过车位外设控制管理车位；计费显示器，用于接收微处理器充电费用数据，显示出电费且将电费数据传输到缴费终端，并且接收缴费终端的缴费数据，再将缴费数据传输到微处理器；缴费终端，用于接收计费显示器传输的电费数据，并根据电费数据收取电费，且将缴费数据通过计费显示器传输到微处理器；微处理器，用于接收充电量计量模块的电量数据、充电车位管理模块的车位数据和计费显示器的缴费数据，并将充电量计量模块的电量数据处理为电费数据传输到计费显示器，并通过将充电车位管理模块的车位数据和计费显示器的缴费数据进行比对，向充电车位管理模块发出不同的车位外设控制信号，所述缴费终端采用基于proth946-sn型号的电力自助缴费终端，有效支持多种缴费方式。

所述充电车位管理模块包括车辆识别单元和车位控制器，车位控制器连接有车位外设，车辆识别单元采用红外感应电路识别车辆进入车位内，红外感应电路包括红外传感器pir、电容c3、电容c4、电容c5、电阻r5、电阻r6和三极管q1，所述红外传感器pir的电源端连接电源，接地端接地；所述电容c3一端连接红外传感器pir的信号输出端，另一端连接三极管q1基极，三极管q1的发射极接地；所述电容c4一端连接红外传感器pir的电源端与电源之间的线路上，另一端接地；所述电阻r6一端连接电源，另一端连接三极管q1的集电极；所述电阻r5一端连接三极管q1的集电极，另一端连接三极管q1基极；所述电容c5一端连接三极管q1基极，另一端连接微处理器的引脚6，微处理器的引脚40连接电源。所述充电车位管理模块还包括与微处理器连接的车牌识别单元，车牌识别单元用于识别车位内车辆的车牌信息并将车牌信息输送到微处理器，本实用新型中的车牌识别单元采用型号为sxh-yj102的车牌识别器。

本实施例的微处理器采用at89s51芯片，at89s51是一个低功耗，高性能cmos8位微处理器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ispflash存储单元。本实施例的红外感应模块包括红外传感器pir、电容c3、电容c4、电容c5、电阻r5、电阻r6和三极管q1，红外传感器pir的电源端连接电源，接地端接地。电容c3一端连接红外传感器pir的信号输出端，另一端连接三极管q1基极，三极管q1的发射极接地。电容c4一端连接红外传感器pir的电源端与电源之间的线路上，另一端接地。电阻r6一端连接电源，另一端连接三极管q1的集电极。电阻r5一端连接三极管q1的集电极，另一端连接三极管q1基极。电容c5一端连接三极管q1基极，另一端连接微处理器的引脚6，微处理器的引脚40连接电源。优选的，本实施例的红外传感器pir采用d203s热释电红外传感器，热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，本实施例中的红外传感器pir采用d203s热释电红外传感器均安装于充电桩内部并在充电桩表面开有避免阻碍其功能的小孔。

本实施例成功的通过将车位控制和自助缴费相联系，有效的在使用充电后再进行缴费的模式的同时增强了充电位的管控。

实施例2：

如图1～2所示，在实施例1的基础上，进一步的限定充电量计量模块，所述充电量计量模块包括充电电路和充电量统计单元，充电电路包括ne555集成电路、电源变压器t1、稳压二极管vd1、稳压二极管vd2、稳压二极管vd3、稳压二极管vd4、稳压二极管vd5、稳压二极管vd6、二极管vd7、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、三极管vt1、电位器rp1和电位器rp2，所述电位器rp1一端接地，另一端连接ne555集成电路的引脚④，电位器rp1调节接口连接电阻r1，电阻r1直接与ne555集成电路引脚⑦连接，电阻r1和引脚⑦之间设有连接稳压二极管vd6的支路a，支路a与ne555集成电路引脚②连接，电阻r1和稳压二极管vd6之间连接电阻r2，电阻r2直接与ne555集成电路引脚⑥连接，电阻r2和引脚⑥之间设有连接电容c2的支路b，支路b直接接地，ne555集成电路引脚⑥连接稳压二极管vd7，vd7依次串联电阻r3和三极管vt1，vt1发射极串联连接电位器rp2，vt1集电极、ne555集成电路引脚⑤的连接线与接地线组成充电接口；所述电容c1和稳压二极管vd5并联，并联电路一端接地，另一端分别连接电阻r4和ne555集成电路引脚⑧，所述引脚⑧和引脚④连接，电阻r4和电位器rp2连接；所述电源变压器t1的输入端连接矩阵式柔性充电堆电源，输出端连接稳压二极管vd1、稳压二极管vd2、稳压二极管vd3和稳压二极管vd4组成的桥式整流电路的四个接口中的两对向位置的接口，桥式整流电路剩余两个接口一个接口接地，另一个连接电阻r4和电位器rp2的连接节点；所述充电量统计单元采用电量表并安装于充电接口处。矩阵式柔性充电堆的输出电压经电源变压器t1降压后，得到的交流低电压加到vd1～vd4组成的桥式整流电路中，在整流电路输出端a点得到20v的脉动性直流电压，这一电压经过r4、c1滤波，同时经过vd5稳压后，在b点得到14v的稳定直流电压，此电压供给ne555使其振荡，并从引脚③输出脉冲头朝下的矩形振荡脉冲，加到发光二极管vd7负极。

电路中，r2、c2组成振荡器的定时电路，振荡脉冲从引脚③输出，通过vd7和r3加到vt1基极，对vt1进行导通与截止的控制。rp1在电路中起分压作用，用来设定基准电压，即需充电电池组的电压，一般调节后rp1动片电压比需充电电池组额定电压稍高一点。刚开机时，由于c2的两端电压不能突变，ne555的引脚⑥为低电位，整流电路输出的直流电压通过r4、rp1、r1和r2对c2开始充电，此时引脚③输出脉冲为低电平，即引脚③为低电位，使发光二极管vd7导通，vd7发光，指示电路正在充电。同时，vt1因基极电位降低而导通，vt1导通后的内阻很小，构成了充电回路，a点的电源电压经过rp2和饱和导通的vt1向电池e1充电，其充电电流回路是：电路中a点→rp2→vt1发射极→vt1集电极→电池e1负极→地。当c2上的电压因放电而低于引脚⑤电压的一半时，ne555内部电路再次被触发，电路翻转，引脚⑦与地之间呈开路状态，c2再次充电，引脚③由低电位翻转成高电位，充电器电路重复刚开机时的状态。

当电池的充电即将完成时，因为集成电路a1的引脚⑤电压已接近rp1动片设定电压，c2的放电过程逐渐延长，引脚③也长时间处于高电位，vd7熄灭，vt1截止，电池的充电间歇延长，最后电池电压将动态的维持在电池的充电电压上。调整rp2可以改变充电回路的总电阻，可以控制充电时的充电电流。改变r2与c2的数值，可以改变振荡的频率，调整充电的速度。电路中的vd6用于在电池充电初期缩短c2的充电时间，可以提高充电初期的充电效率。

通过充电电路充电桩有效的对电动汽车进行充电，并通过电量表统计用电量，本实施例采用型号为pz72-de的电能表，这类电能表具有rs485通讯接口，采用modbus-rtu通讯协议，能够有效输出充电量的数据到微处理器。

实施例3：

如图1～4所示，在实施例2的基础上，所述车位外设包括升降立柱1和侧面限位条2，侧面限位条2位于车位出入口两侧面并与车位等长，升降立柱1位于车位出入口正中心。充电桩3、升降立柱1和侧面限位条2完整的限制了充电车位的所有进出口，有效的在电动汽车充电时限制电动汽车的移动，在避免用户充电逃单的同时也保护了用户电动汽车在充电时的防盗安全，有效的增强了对充电车位的管控。

所述升降立柱1包括液压泵102，液压泵102的上方连接液压立柱本体103并与液压立柱本体103内的液压缸104连通，液压缸104和液压泵102之间设有止回阀，止回阀采用单向球阀，所述液压泵102的下方设有液压油箱101，液压泵102与液压油箱101连通，液压缸104与液压油箱101连通，液压缸104与液压油箱101之间设有回流阀105，液压缸104、液压油箱101和回流阀105的内部连通。所述液压泵102与微处理器引脚40连接并串联保护电阻r7，回流阀105与微处理器引脚3连接并串联保护电阻r8。液压泵102采用型号为yldca的单向电动泵，当需要升起升降柱时，通过控制液压泵102的开启，液压泵102开启时将液压油箱101内的液压油输入液压缸104，液压油推动液压立柱本体103内的升降柱上升，上升的升降柱阻挡住车位入口，液压缸104和液压泵102之间设置有止回阀以防止液压油回流，当需要收回升降柱时，关闭液压泵102的同时将回流阀105开启，本实施例回流阀采用型号为dsg-03-3c系列的液压电磁阀，液压缸104内的液压油回流至液压油箱101，升降柱下降，放开充电车位出入口，通过液压油的输送控制升降柱的升降有效的限制了充电车位的车辆，有效的增强了车位的管控。

本实施例在试点测试时，有效替代了充电站46％的人力看管成本，同时也加强了充电车位的管控效率。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。