一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述系统包括充放电电能计量模块、主控制器、通讯模块、支付模块和电源模块；所述充放电电能计量模块用于采集当前电动汽车充电设备的状态；所述主控制器用于召唤充放电电能计量模块的计量信息；所述通讯模块用于实现充放电电能计量模块内的数据交互、与上层运营监控系统和第三方支付平台的信息通信；所述支付模块实现用户对电动汽车充放电的收费付费，将付款完成信息在交易结束后发送至主控制器，主控制器完成交易卡的解锁；所述电源模块为所述系统供电。所述系统支持多种支付和返还方式，满足不同场地、不同时间、不同车主的需求，且提高安全系数，具有广泛的应用前景。
【专利说明】一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种收费系统，更具体涉及一种基于电动汽车充放电分时计价的收费 系统。
【背景技术】：
[0002] 随着汽车工业的告诉发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方 面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各 国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。电动汽车具有良好 的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓解能源短缺 和调整能源结构，保障能源安全。
[0003] 电动汽车作为一种灵活的充电负荷及储能装置，可以为电力系统提供调峰调频等 辅助服务。电动汽车入网（vehicle-t〇-grid，V2G)，当电动汽车电池需要充电时，从电网吸 收电力；当处于停靠状态时，可对电网供电，实现功率的双向流动。
[0004] 充电粧是电动力车的电站，充电粧可以根据不同的电压等级，为各种型号的电动 车充电。电动汽车充电粧采用的是交、直流供电方式，需要特制的充电卡刷卡使用，充电粧 显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。如何提供多种支付和返还方式，满足不同场 地、不同时间、不同车主的需求，以及如何提高安全系数，是充电付费和放电收费的问题，故 提出一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统。
【发明内容】
：
[0005] 本发明的目的是提供一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述系统具 有多种支付和返还功能，同时采取多种信息安全策略，保证用户财产安全。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于电动汽车充放电分时计价 的收费系统，所述系统包括充放电电能计量模块、主控制器、通讯模块、支付模块和电源模 块；
[0007] 所述充放电电能计量模块用于采集当前电动汽车充电设备的状态；
[0008] 所述主控制器用于召唤充放电电能计量模块的计量信息；
[0009] 所述通讯模块用于实现充放电电能计量模块内的数据交互、与上层运营监控系统 和第三方支付平台的信息通信；
[0010] 所述支付模块实现用户对电动汽车充放电的收费付费，将付款完成信息在交易结 束后发送至主控制器，主控制器完成交易卡的解锁；
[0011] 所述电源模块为所述系统供电。
[0012] 本发明提供的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述充放电电能计 量模块包括电压电流采样电路、电能计量单元、处理器和通讯模块1 ;
[0013] 所述电压采集电路通过RC滤波电路，进入运放电路，经电压跟随后进入处理器的 AD转换电路，并采样其电压值；
[0014] 所述电流采集电路通过电流分流器，进行电流变换，后经处理器的AD转换电路读 取相应的电流值；
[0015] 所述电能计量单元精确测量正反两个方向的电压和电流的瞬时值、电压和电流的 有效值、功率和能量；
[0016] 所述处理器1通过接口RS485与主控制器进行计量电压、电流、有功功率、无功功 率和充电电量信息交互；并通过电压传感器和电流传感器采集计量线路的电压和电流信 息。
[0017] 本发明提供的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述电压电流采样 电路包括含有电压传感器的电压采集电路和含有电流传感器的电流采集电路；
[0018] 所述电能计量单元包括智能电表；对于直流输出所述电能计量单元采用直流电能 表计量，对于交流输出所述电能计量单元采用交流电能表计量。
[0019] 本发明提供的另一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述充 放电电能计量模块通过积分法确定某段时间内的能量；根据能量流动的方向分别进行累计 电池总电压、工作电流和吸收或消耗的能量，实现对整车充入和消耗电量的准确计量。
[0020] 本发明提供的再一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述支 付模块包括处理器2、刷卡模块、液晶显示屏、信息加密芯片和微型打印机；
[0021] 所述处理器2负责支付过程中的数据集成、管理与信息交互；
[0022] 所述信息安全密钥信息加密芯片负责数据加密密钥生成；
[0023] 所述刷卡模块负责接收用户支付卡信息；
[0024] 所述液晶显示屏用来显示和接受用户的信息输入；
[0025] 所属微型打印机用于打印交易凭单；
[0026] 所述处理器2与主控制器交互当前扣费信息。
[0027] 本发明提供的又一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述处 理器2通过SPI总线与信息加密芯片交互数据加密信息，由信息加密芯片将处理器2传输 过来的计费信息和卡信息进行封装加密，并通过SPI总线回传给处理器2 ;
[0028] 所述处理器2将计量信息、用户信息和充放电电价信息通过接口RS485发至液晶 显示屏面向用户展示；
[0029] 所述处理器2将交易金额、充放电时间和单价信息通过接口RS232发送至微型打 印机，打印交易凭单。
[0030] 本发明提供的又一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述刷 卡模块通过识别外界用户卡信息，将卡号信息通过接口RS485发送至处理器2。
[0031] 本发明提供的又一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，根据用 户需求选择充放电模式、支付模式和所需电量；当用户选择充电模式时，用户输入充电量， 选择支付方式并支付电费，等待充放电粧完成充电后打印凭单；当用户选择放电时，用户选 择放电量，等待充放电粧完成充电后选择受益方式，用户得到收益后打印凭单。
[0032] 本发明提供的又一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，所述支 付模块支持手机支付、支付宝支付、银行卡支付；当用户选择充电模式并通过现金支付时， 投入相应的硬币和纸币，当用户选择支付宝支付或银行卡时，所述支付模块出于信息安全 的考虑，由用户下载厂商开发的相应的应用软件，所述处理器2将所需的费用信息输送至 液晶显示屏，用户通过支付宝或银行卡支付相应的费用；当用户选择手机支付时，所述处理 器2通过液晶显示屏显示输入手机号，在此处设置了安全密码，并通过发送手机验证码方 式，以保障用户账号安全；
[0033] 所述支付模块支持放电收益计量，并通过银行卡或支付宝模式实现收益发放；当 用户选择参与自主放电时，充放电电能计量模块计量放电电量，有主控制器按照放电电价 和放电电量计算放电收益，并在用户进行结算时，返回用户账户；若用户在整个过程中既有 充电又有放电，支付模块将统一结算，计算净收益值。
[0034] 本发明提供的又一优选的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，在充放 电过程中，所述主控制器根据电网侧实时传输的信息，分时计算电价，并实时显示到液晶显 示屏上，用户根据电价控制充放电量；在计算分时电价时要同时考虑目标函数和约束条件； 所述目标函数是日负荷曲线的峰负荷以及日负荷曲线的峰谷差最小；所述约束条件是公司 收益最大、用户受益最大、发电成本和用户的承受能力。
[0035] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0036] 1、本发明的方法为电动汽车充放电结算提供多种支付方式，并采取措施保证信息 安全；
[0037] 2、本发明的方法为充电站的自动付款提供了便捷；
[0038] 3、本发明的方法满足不同场地、不同时间、不同车主的需求，具有广泛的应用前 景；
[0039] 4、本发明的方法为电动汽车的发展和电力系统提供调峰调频提供了支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1为本发明系统的支付流程图；
[0041] 图2为本发明系统的用户操作流程图；
[0042] 图3为本发明系统的支付模块框图；
[0043] 图4为本发明系统示意图；
[0044] 图5为本发明系统的双向电能计量模块示意图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0046] 实施例1 :
[0047] 如图1-5所示，本例的发明提供的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系 统，所述系统包括充放电电能计量模块、主控制器、通讯模块、支付模块和电源模块；
[0048] 所述充放电电能计量模块用于采集当前电动汽车充电设备的状态，包括充电功 率、放电功率、充电电压、充电电流、放电电压、放电电流；所述主控制器用于召唤充放电电 能计量模块的计量信息，包括有功功率、无功功率、电压、电流；所述主控制器通过充放电电 能计量模块获取计量信息，通过上级运营监控系统获取实时电价信息，根据两者计算当前 交易价格，并将交易价格发送至支付模块，支付模块完成费用结算。所述通讯模块用于充放 电电能计量模块内容控制其之间、充放单计量计费装置与运营监控系统和第三方支付平台 之间的信息交互。；所述支付模块实现用户对电动汽车充放电的收费付费，将付款完成信息 在交易结束后发送至主控制器，主控制器完成交易卡的解锁；所述电源模块为所述系统供 电。
[0049] 所述充放电电能计量模块包括电压电流采样电路、电能计量单元、处理器和通讯 丰旲块1 ;
[0050] 所述电压采集电路通过RC滤波电路，进入运放电路，经电压跟随后进入处理器的 AD转换电路读取相应的电压值；所述电流采集电路通过电流分流器，进行电流变换，后经 处理器的AD转换电路读取相应的电流值；
[0051 ] 所述电能计量单元精确测量正反两个方向的电压和电流的瞬时值、电压和电流的 有效值、功率和能量；
[0052] 所述处理器1通过接口RS485与主控制器进行计量电压、电流、有功功率、无功功 率和充电电量信息交互；并通过电压传感器和电流传感器采集计量线路的电压和电流信 息。
[0053] 所述电压电流采样电路包括含有电压传感器的电压采集电路和含有电流传感器 的电流采集电路；所述电能计量单元包括智能电表；对于直流输出所述电能计量单元采用 直流电能表计量，对于交流输出所述电能计量单元采用交流电能表计量。所述充放电电能 计量模块通过积分法确定某段时间内的能量；u(t)、i(t)分别为某一时刻电池总电压和工 作电流，W为吸收或消耗的能量（kwh)。只要取得合适，则可根据能量流动的方向分别进 行累计，实现对整车充入和消耗电量的准确计量。所述充放电电能计量模块的处理器采用 Freescale公司的16位汽车级MCU-MC9S12C32,内置32KB的FLASH，2KB的RAM，同时该芯片 集成SCI、SPI和CAN等模块，片上资源丰富，只需要极少的外围电路就可以构成应用系统， 大大提高了系统的集成度，减小系统体积。所述电能计量单元采用CS5461A功率/能量测 量芯片，可以精确测量正反两个方向的电压和电流的瞬时值、有效值以及功率和能量，测量 结果都存放在对应的寄存器单元，通过SPI总线通讯读取数据。
[0054] 所述支付模块包括处理器2、刷卡模块、液晶显示屏、信息加密芯片和微型打印 机；
[0055] 所述处理器2负责支付过程中的数据集成、管理与信息交互；所述信息安全秘钥 信息加密芯片负责数据加密密钥生成；所述刷卡模块负责接收用户支付卡信息。所述液晶 显示屏用来显示和接受用户的信息输入；所属微型打印机用于打印交易凭单；
[0056] 所述处理器2与主控制器交互当前扣费信息和交易成功等信息；
[0057] 所述处理器2通过SPI总线与信息加密芯片交互数据加密信息，由信息加密芯片 将处理器2传输过来的计费信息和卡信息进行封装加密，并通过SPI总线回传给处理器2 ; 所述处理器2将计量信息、用户信息和充放电电价信息通过接口RS485发至液晶显示屏面 向用户展示；所述处理器2将交易金额、充放电时间和单价信息通过接口RS232发送至微 型打印机，打印交易凭单。所述刷卡模块通过识别外界用户卡信息，将卡号信息通过接口 RS485发送至处理器2。
[0058] 根据用户需求选择充放电模式、支付模式和所需电量；当用户选择充电模式时，用 户输入充电量，选择支付方式并支付电费，等待充放电粧完成充电后打印凭单；当用户选择 放电时，用户选择放电量，等待充放电粧完成充电后选择受益方式，用户得到收益后打印凭 单。
[0059] 所述支付模块支持手机支付、支付宝支付、银行卡支付；当用户选择充电模式并通 过现金支付时，投入相应的硬币和纸币，当用户选择支付宝支付或银行卡时，所述支付模块 出于信息安全的考虑，由用户下载厂商开发的相应的应用软件，所述处理器2将所需的费 用信息输送至液晶显示屏，用户通过支付宝或银行卡支付相应的费用；当用户选择手机支 付时，所述处理器2通过液晶显示屏显示输入手机号，在此处设置了安全密码，同时可以获 取动态手机验证码，以验证码输入作为验证条件，以保障用户账号安全；所述银行卡支付均 通过所述刷卡模块实现。支付宝支付通过手机验证由运营监控系统统一完成与第三方的支 付信息交互。
[0060] 所述支付模块支持放电收益计量，并通过银行卡或支付宝等模式实现收益发放， 当用户选择参与自主放电时，计量装置计量放电电量，有主控制器按照放电电价和放电电 量计算放电收益，并在用户进行结算时，返回用户账户，若用户在整个过程中既有充电，又 有放电，支付模块将统一结算，计算净收益值。
[0061 ] 在充放电过程中，主控制器根据电网侧实时传输的信息，分时计算电价，并实时显 示到屏幕上，用户可根据电价控制充放电量。在计算分时电价时要同时考虑目标函数和约 束条件两个方面。目标函数是日负荷曲线的峰负荷以及日负荷曲线的峰谷差最小，约束条 件是公司收益、用户受益最大，还要考虑发电成本和用户的承受能力。由于涉及到多目标寻 优，这里采用粒子群算法寻找最优的定价方法。
[0062] 按照自身计量和上层系统发布的实时充放电电价信息，为用户提供充放电计量， 同时，充放电计量计费装置可以根据用户车辆的状态，为用户提供最优充电方案和最大收 益充电方案；
[0063] 用户可以根据自身的用车需求，设定预计使用时间和充电电量需求，如遇紧急情 况，提前完成手机终端告知运营监控系统，提前时间由充电设备的额定功率、用户动力电池 的额定容量确定，按照额定容量的15%作为紧急备用充电电量。紧急充电时长计算公式为 F=Q为充电车辆动力电池的额定容量，P为充电设备的额定功率。由系统将告知充 放电计量计费装置，计量计费装置主控制器将告知充电设备主控制器进入紧急充电状态， 以最大功率完成车辆充电，满足车辆设定充电电量需求。
[0064] 综上所述，这种计费装置实现了多种支付方式，用户也可以根据提供的实时电价 控制充放电量，实现了削峰填谷的作用，同时设置了多种信息安全策略，为保障用户信息和 财产安全做了保障。
[0065] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的【具体实施方式】 进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申 请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于：所述系统包括充放电 电能计量模块、主控制器、通讯模块、支付模块和电源模块； 所述充放电电能计量模块用于采集当前电动汽车充电设备的状态； 所述主控制器用于召唤充放电电能计量模块的计量信息； 所述通讯模块用于实现充放电电能计量模块内的数据交互、与上层运营监控系统和第 三方支付平台的信息通信； 所述支付模块实现用户对电动汽车充放电的收费付费，将付款完成信息在交易结束后 发送至主控制器，主控制器完成交易卡的解锁； 所述电源模块为所述系统供电。
2. 如权利要求1所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述充放电电能计量模块包括电压电流采样电路、电能计量单元、处理器和通讯模块1 ; 所述电压采集电路通过RC滤波电路，进入运放电路，经电压跟随后进入处理器的AD转 换电路，并采样其电压值； 所述电流采集电路通过电流分流器，进行电流变换，后经处理器的AD转换电路读取相 应的电流值； 所述电能计量单元精确测量正反两个方向的电压和电流的瞬时值、电压和电流的有效 值、功率和能量； 所述处理器1通过接口 RS485与主控制器进行计量电压、电流、有功功率、无功功率和 充电电量信息交互；并通过电压传感器和电流传感器采集计量线路的电压和电流信息。
3. 如权利要求2所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述电压电流采样电路包括含有电压传感器的电压采集电路和含有电流传感器的电流采 集电路； 所述电能计量单元包括智能电表；对于直流输出所述电能计量单元采用直流电能表计 量，对于交流输出所述电能计量单元采用交流电能表计量。
4. 如权利要求2或3所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在 于：所述充放电电能计量模块通过积分法确定某段时间内的能量；根据能量流动的方向分 别进行累计电池总电压、工作电流和吸收或消耗的能量，实现对整车充入和消耗电量的准 确计量。
5. 如权利要求1所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述支付模块包括处理器2、刷卡模块、液晶显示屏、信息加密芯片和微型打印机； 所述处理器2负责支付过程中的数据集成、管理与信息交互； 所述信息安全密钥信息加密芯片负责数据加密密钥生成； 所述刷卡模块负责接收用户支付卡信息； 所述液晶显示屏用来显示和接受用户的信息输入； 所属微型打印机用于打印交易凭单； 所述处理器2与主控制器交互当前扣费信息。
6. 如权利要求5所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述处理器2通过SPI总线与信息加密芯片交互数据加密信息，由信息加密芯片将处理器 2传输过来的计费信息和卡信息进行封装加密，并通过SPI总线回传给处理器2 ; 所述处理器2将计量信息、用户信息和充放电电价信息通过接口 RS485发至液晶显示 屏面向用户展示； 所述处理器2将交易金额、充放电时间和单价信息通过接口 RS232发送至微型打印机， 打印交易凭单。
7. 如权利要求6所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述刷卡模块通过识别外界用户卡信息，将卡号信息通过接口 RS485发送至处理器2。
8. 如权利要求5-7任意一项所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其 特征在于：根据用户需求选择充放电模式、支付模式和所需电量；当用户选择充电模式时， 用户输入充电量，选择支付方式并支付电费，等待充放电粧完成充电后打印凭单；当用户选 择放电时，用户选择放电量，等待充放电粧完成充电后选择受益方式，用户得到收益后打印 凭单。
9. 如权利要求8所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 所述支付模块支持手机支付、支付宝支付、银行卡支付；当用户选择充电模式并通过现金支 付时，投入相应的硬币和纸币，当用户选择支付宝支付或银行卡时，所述支付模块出于信息 安全的考虑，由用户下载厂商开发的相应的应用软件，所述处理器2将所需的费用信息输 送至液晶显示屏，用户通过支付宝或银行卡支付相应的费用；当用户选择手机支付时，所 述处理器2通过液晶显示屏显示输入手机号，在此处设置了安全密码，同时可以获取动态 手机验证码，以验证码输入作为验证条件，并通过发送手机验证码方式，以保障用户账号安 全； 所述支付模块支持放电收益计量，并通过银行卡或支付宝模式实现收益发放；当用户 选择参与自主放电时，充放电电能计量模块计量放电电量，有主控制器按照放电电价和放 电电量计算放电收益，并在用户进行结算时，返回用户账户；若用户在整个过程中既有充电 又有放电，支付模块将统一结算，计算净收益值。
10. 如权利要求9所述的一种基于电动汽车充放电分时计价的收费系统，其特征在于： 在充放电过程中，所述主控制器根据电网侧实时传输的信息，分时计算电价，并实时显示到 液晶显示屏上，用户根据电价控制充放电量；在计算分时电价时要同时考虑目标函数和约 束条件；所述目标函数是日负荷曲线的峰负荷以及日负荷曲线的峰谷差最小；所述约束条 件是公司收益最大、用户受益最大、发电成本和用户的承受能力。
【文档编号】G06Q50/06GK104504812SQ201410773189
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】李晓强, 李武峰, 严辉, 郭萍, 卞秀婷, 苑卫娜, 丁晓赟 申请人:国家电网公司, 北京国网普瑞特高压输电技术有限公司, 中国电力科学研究院