CN103646468B - 电动汽车无线充电的计量计费***及电能计量计费方法 - Google Patents

电动汽车无线充电的计量计费***及电能计量计费方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电动汽车无线充电的计量计费***及电能计量计费方法，***包括相连接的电能计量装置及计费收费***，电能计量装置包括相连接的单片机控制单元A及无线通信模块A，计费收费***包括相连接的单片机控制单元B及无线通信模块B，电能计量装置还与输电端相连接，输电端包括依次连接的市电、整流滤波电路A及谐振逆变器，计费收费***还与受电端相连接，受电端包括依次连接的整流滤波电路B、DC/DC转换器及电池。本发明方法精准测量充电输出功率、计算充电量，并通过无线通信模块实现无线扣费功能，通过液晶显示模块显示当前充电信息及充电费用，解决了电动汽车无线充电过程中的电能计量和计费收费问题。

Description

电动汽车无线充电的计量计费***及电能计量计费方法
技术领域
本发明属于电动汽车无线电能传输技术领域，具体涉及一种电动汽车无线充电的计量计费***，本发明还涉及采用上述***进行电能计量计费的方法。
背景技术
近年来，迫于能源危机和环境保护的双重压力，纯电动汽车被确定为未来汽车发展的主要走向之一。但是，电动汽车充电方式和效率是现在面临的一大难题，无线电能传输方式因为其充电方便、实时安全等优点，是未来发展的必然趋势。
相对传统的充电方式，新型的电动汽车无线充电技术，具有便捷性、实时性、安全性等优点。无线充电技术已日益趋向成熟化，但是与之配套的电能计量技术还是空白，电动汽车无线电能传输的电能计量技术与一般电能计量技术不同，它存在电参数精确安全采集、信息数据的无线通信、基于无线传输特征的计量算法、计量可靠性等无线充电引起的具体问题，本发明重点解决了这些问题。
同时，电动汽车无线充电技术的发展需要配备其计费方法及其相应的计费***，这个计费方法的确定及***的开发也是发展的必然。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车无线充电的计量计费***，解决了现有电动汽车无线充电过程中无法进行电能计量及电能计费的问题。
本发明的另一目的是，提供采用上述***进行电能计量计费的方法。
本发明采用的技术方案是，电动汽车无线充电的计量计费***，包括相连接的电能计量装置及计费收费***，电能计量装置包括相连接的单片机控制单元A及无线通信模块A，单片机控制单元A上还分别连接有温度采集模块和电能采集模块，计费收费***包括相连接的单片机控制单元B及无线通信模块B，单片机控制单元B上还分别连接有IC卡读写模块、数据存储模块、液晶显示模块、语音提示模块、按键输入模块、电池状态检测电路；无线通信模块A与无线通信模块B连接通信；电能计量装置还与输电端相连接，输电端包括依次连接的市电、整流滤波电路A及谐振逆变器，计费收费***还与受电端相连接，受电端包括依次连接的整流滤波电路B、DC/DC转换器及电池。
本发明所采用的另一技术方案是，电动汽车无线充电的电能计量计费方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：电能计量；
步骤2：计费收费。
其中的步骤1电能计量具体按照以下步骤实施：
用户将IC卡在IC卡读写模块前刷卡，IC卡读写模块进行IC卡识别，若不能识别此卡，语音提示模块提示用户该卡不能识别，若能识别，IC卡读写模块读出卡信息并传送给单片机控制单元B，单片机控制单元B发送指令给单片机控制单元A，单片机控制单元A控制电能采集模块，温度采集模块和整流滤波电路A开始工作；电能采集模块采集输电端中整流滤波电路A与谐振逆变器的电压、电流模拟信号，然后输送给单片机控制单元A；温度采模块采集输电端中整流滤波电路A与谐振逆变器中的器件及散热器温度，输送给单片机控制单元A；单片机控制单元A内部的A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，并根据得到的电压、电流信号的相位关系，由公式计算功率因数，其中I1为基波电流有效值，I为总电流有效值，为基波电流与电压的相位差，然后用电量计算公式：电量＝电压×电流×功率因数×使用时间得到用电量；根据得到的温度数据判断电路是否超温，通过判断器件及散热器温度是否超过额定温度3倍以上，判断充电电路是否存在故障，若电路异常，则语音提示模块提示用户电路异常，单片机控制单元A控制充电电路停止工作，若无故障则单片机控制单元A发送指令给其他模块进行正常充电，以及在固定时间内对电流信号和电压信号进行傅里叶变换分析找出其基波电压电流，利用公式计算基波与各次谐波的有功功率、利用公式S=UI计算视在功率、利用公式计算无功功率，利用公式P=ΣPn计算有效功率，利用公式：用电量＝有效功率×使用时间计算用电量。
其中的步骤2计费收费具体按照以下步骤实施：
当电池状态检测电路检测电池的电量充满后，单片机控制单元B通过无线通信模块A与无线通信模块B无线通信到单片机控制单元A，单片机控制单元A关断谐振逆变器使得充电结束，同时，单片机控制单元A通过由电能采集模块采到的电压、电流信号的相位差计算功率因数pf，具体计算公式为：其中I1为基波电流有效值，I为总电流有效值，为基波电流与电压的相位差；通过电能采集模块采到的电压、电流值及功率因数用公式：电量＝电压×电流×功率因数×使用时间得到用电量，然后通过无线通信模块A与无线通信模块B传输至单片机控制单元B，单片机控制单元B把充电用户编号及姓名、充电起止时间、充电时长、充电电量、充电消费费用、IC卡剩余余额等信息，输出到液晶显示模块显示，并把该信息存储在数据存储模块中；
当单片机控制单元A判断通过温度采集模块采集到的温度超温时，单片机控制单元A首先给整流滤波电路A发出电能传输关闭信号，停止电能的传输；然后，通过无线通信模块A与无线通信模块B把由公式：电量＝电压×电流×功率因数×使用时间计算得到的用电量通过无线传输给单片机控制单元B；最后，把超温信号无线通信到单片机控制单元B，单片机控制单元B给语音提示模块发出电路故障报警信号，并在液晶显示模块上显示该次充电过程的信息，在用户IC卡中扣除该次充电发生的费用，同时，存储该信息到数据存储模块。
本发明的有益效果是：本发明的计量装置具有电路工作状态检测电路，可实时监控充电电路是否异常，有异常时可自动切断电路，保护充电的设备。具有电流、电压、功率、电量、计时、充电费用等计量参数并可在LCD上显示，方便用户了解电动汽车无线充电的充电信息和充电情况。采用了单片机控制***，实现电能计量计费收费智能化，同时提高了装置的抗干扰能力。采用模块化设计，降低了各功能之间的耦合，简化整个电能计量装置和收费***，降低成本。本发明可广泛应用于各种无线充电汽车。
附图说明
图1是本发明电动汽车无线充电的计量计费***的原理框图；
图2是本发明电动汽车无线充电的计量计费***的结构示意图；
图3是本发明电动汽车无线充电的电能计量计费方法流程图。
图中，1.电能计量装置，2.计费收费***，3.输电端，4.受电端，5.单片机控制单元A，6.无线通信模块A，7.温度采集模块，8.电能采集模块，9.单片机控制模块B，10.无线通信模块B，11.IC卡读写模块，12.数据存储模块，13.液晶显示模块，14.语音提示模块，15.按键输入模块，16.电池状态检测电路，17.市电，18.整流滤波电路A，19.谐振逆变器，20.电池，21.整流滤波电路B，22.DC/DC转换器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明电动汽车无线充电的计量计费***的结构，如图1及图2所示，包括相连接的电能计量装置1及计费收费***2，电能计量装置1包括相连接的单片机控制单元A5及无线通信模块A6，单片机控制单元A5上还连接有温度采集模块7和电能采集模块8，计费收费***2包括相连接的单片机控制单元B9及无线通信模块B10，单片机控制单元B9上还连接有IC卡读写模块11、数据存储模块12、液晶显示模块13、语音提示模块14、按键输入模块15、电池状态检测电路16；电能计量装置1还与输电端3相连接，输电端3包括依次连接的市电17、整流滤波电路A18及谐振逆变器19，计费收费***2还与受电端4相连接，受电端4包括依次连接的整流滤波电路B21、DC/DC转换器22及电池20。
其中的电能采集模块8采集输电端3的电压、电流等电参量，温度采集模块7采集整流滤波电路A功率器件的温度。
电能采集模块8和温度采集模块7将采集到的模拟信号传送给单片机控制单元A5，单片机控制单元A5内部的A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，并根据得到的数字信号进行相关的计算，分析判断充电电路是否存在故障，若无故障则单片机控制单元A5发送指令给其他模块进行正常充电，以及在固定中断时间内对电流信号和电压信号进行傅里叶变换分析得到其基波电压电流，计算基波与各次谐波的有功功率、视在功率、无功功率，得出有效功率和用电量。
其中的单片机控制单元A5将其处理分析判断的是否有故障信号和计算出的功率值、用电量以及温度信号通过无线通信模块A6和无线通信模块B10传送给单片机控制单元B9。
其中的无线通信模块A6和无线通信模块B10应用ZigBee无线通信技术，其特点是近距离、低复杂度、高精度、低功耗、低成本。
其中的电池状态检测电路16，是用于对电池状态的检测，并将检测的信息反馈给单片机控制单元B9。
其中的单片机控制单元B9将所得到的信号处理分析后发送指令给IC卡读写模块11、液晶显示模块13、语音提示模块14、无线通信模块B10。
其中的IC卡读写模块11先对用户所刷的IC卡进行身份识别，读取IC卡内信息并反馈给单片机控制单元B9，然后根据单片机控制单元B9所传送用电量，用电额等数据从IC卡内扣费，并将卡内余额反馈给单片机控制单元B9。
其中的液晶显示模块13采用LCD液晶显示用于显示单片机控制单元B9输出的充电用户编号及姓名、充电起止时间、充电时长、充电电量、充电消费费用、IC卡剩余余额等信息。
其中的语音提示模块14在充电电路出现故障时或电池电量充满时会对用户警告提醒，以便用户采取相应的措施保护电路。
当电路出现故障时，单片机控制单元A5会自动控制无线充电装置的输电端的整流滤波电路终止工作，保护充电装置。
当电池充电状态检测电路检测电池电量充满时，单片机控制单元B9会自动控制无线充电装置的受电端4的DC/DC转换器22电路终止工作，同时将终止信号传送给单片机控制单元A5控制无线充电转置的输电端3的整流滤波电路A18终止工作。
本发明电动汽车无线充电的电能计量计费方法，如图2及图3所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1：电能计量；
用户将IC卡在IC卡读写模块11前刷卡，IC卡读写模块11进行IC卡识别，若不能识别此卡，语音提示模块14会提示用户该卡不能识别，若能识别，IC卡读写模块11将读出卡信息并传送给单片机控制单元B9，单片机控制单元B9将发送指令给单片机控制单元A5，单片机控制单元A5控制电能采集模块8，温度采集模块7，和整流滤波电路A18开始工作。电能采集模块8采集输电端3中整流滤波电路A18与谐振逆变器19的电压、电流模拟信号，然后输送给单片机控制单元A5；温度采模块7采集输电端3中整流滤波电路A18与谐振逆变器19中的器件及散热器温度，输送给单片机控制单元A5。单片机控制单元A5内部的A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，并根据得到的电压、电流信号的相位关系，首先由公式（其中I1为基波电流有效值，I为总电流有效值，为基波电流与电压的相位差）计算功率因数，然后用电量计算公式：电量（度）＝电压（千伏）×电流（安培）×功率因数×使用时间（小时）得到用电量；根据得到的温度数据判断电路是否超温，通过判断器件及散热器温度是否超过额定温度3倍以上，就可判断充电电路是否存在故障，若电路异常，则语音提示模块提示用户电路异常，单片机控制单元A5控制充电电路停止工作，若无故障则单片机控制单元A5发送指令给其他模块进行正常充电，以及在固定时间内对电流信号和电压信号进行傅里叶变换分析找出其基波电压电流，利用公式计算基波与各次谐波的有功功率、利用公式S=UI计算视在功率、利用公式计算无功功率，利用公式P=ΣPn计算有效功率，利用公式：用电量＝有效功率（P）×使用时间（t）计算用电量。
步骤2：计费收费。
当电池状态检测电路16检测电池20的电量充满后，单片机控制单元B9通过无线通信模块A6与无线通信模块B10无线通信到单片机控制单元A5，单片机控制单元A5将关断谐振逆变器19使得充电结束，同时，单片机控制单元A5通过由电能采集模块8采到的电压、电流信号的相位差计算功率因数pf，具体计算公式为：（其中I1为基波电流有效值，I为总电流有效值，为基波电流与电压的相位差）；通过电能采集模块8采到的电压、电流值及功率因数用公式：电量（度）＝电压（千伏）×电流（安培）×功率因数×使用时间（小时）得到用电量，然后通过无线通信模块A6与无线通信模块B10传输至单片机控制单元B9，单片机控制单元B9把充电用户编号及姓名、充电起止时间、充电时长、充电电量、充电消费费用、IC卡剩余余额等信息，输出到液晶显示模块13显示，并把该信息存储在数据存储模块中。
当单片机控制单元A5判断通过温度采集模块7采集到的温度超温时，单片机控制单元A5首先给整流滤波电路A18发出电能传输关闭信号，停止电能的传输；然后，通过无线通信模块A6与无线通信模块B10把由公式：电量（度）＝电压（千伏）×电流（安培）×功率因数×使用时间（小时）得到用电量通过无线传输给单片机控制单元B9。最后，把超温信号无线通信到单片机控制单元B9，单片机控制单元B9给语音提示模块14发出电路故障报警信号，并在液晶显示模块13上显示该次充电过程的信息，在用户IC卡中扣除该次充电发生的费用，同时，存储该信息到数据存储模块12。
本发明解决了电动汽车无线充电过程电能的计量问题，扩展了电动汽车无线充电设备的功能，满足了电动汽车无线充电发展方向的技术要求。同时也解决了无线充电过程中电能计费问题，为电动汽车充电大范围普及奠定了计费技术基础。

Claims (1)

1.电动汽车无线充电的计量计费***，其特征在于，采用电动汽车无线充电的计量计费***，其特征在于，包括相连接的电能计量装置(1)及计费收费***(2)，所述的电能计量装置(1)包括相连接的单片机控制单元A(5)及无线通信模块A(6)，单片机控制单元A(5)上还分别连接有温度采集模块(7)和电能采集模块(8)，所述的计费收费***(2)包括相连接的单片机控制单元B(9)及无线通信模块B(10)，单片机控制单元B(9)上还分别连接有IC卡读写模块(11)、数据存储模块(12)、液晶显示模块(13)、语音提示模块(14)、按键输入模块(15)、电池状态检测电路(16)；所述的无线通信模块A(6)与无线通信模块B(10)连接通信；所述的电能计量装置(1)还与输电端(3)相连接，输电端(3)包括依次连接的市电(17)、整流滤波电路A(18)及谐振逆变器(19)，所述的计费收费***(2)还与受电端(4)相连接，受电端(4)包括依次连接的整流滤波电路B(21)、DC/DC转换器(22)及电池(20)；
具体按照以下步骤实施：
步骤1：电能计量；
用户将IC卡在IC卡读写模块(11)前刷卡，IC卡读写模块(11)进行IC卡识别，若不能识别此卡，语音提示模块(14)提示用户该卡不能识别，若能识别，IC卡读写模块(11)读出卡信息并传送给单片机控制单元B(9)，单片机控制单元B(9)发送指令给单片机控制单元A(5)，单片机控制单元A(5)控制电能采集模块(8)，温度采集模块(7)和整流滤波电路A(18)开始工作；电能采集模块(8)采集输电端(3)中整流滤波电路A(18)与谐振逆变器(19)的电压、电流模拟信号，然后输送给单片机控制单元A(5)；温度采模块(7)采集输电端(3)中整流滤波电路A(18)与谐振逆变器(19)中的器件及散热器温度，输送给单片机控制单元A(5)；单片机控制单元A(5)内部的A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，并根据得到的电压、电流信号的相位关系，由公式计算功率因数，其中I1为基波电流有效值，I为总电流有效值，为基波电流与电压的相位差，然后用电量计算公式：电量＝电压×电流×功率因数×使用时间得到用电量；根据得到的温度数据判断电路是否超温，通过判断器件及散热器温度是否超过额定温度3倍以上，判断充电电路是否存在故障，若电路异常，则语音提示模块提示用户电路异常，单片机控制单元A(5)控制充电电路停止工作，若无故障则单片机控制单元A(5)发送指令给其他模块进行正常充电，以及在固定时间内对电流信号和电压信号进行傅里叶变换分析找出其基波电压电流，利用公式计算基波与各次谐波的有功功率、利用公式S＝UI计算视在功率、利用公式计算无功功率，利用公式P＝ΣPn计算有效功率，利用公式：用电量＝有效功率×使用时间计算用电量；
步骤2：计费收费；
当电池状态检测电路(16)检测电池(20)的电量充满后，单片机控制单元B(9)通过无线通信模块A(6)与无线通信模块B(10)无线通信到单片机控制单元A(5)，单片机控制单元A(5)关断谐振逆变器(19)使得充电结束，然后通过无线通信模块A(6)与无线通信模块B(10)传输至单片机控制单元B(9)，单片机控制单元B(9)把充电用户编号及姓名、充电起止时间、充电时长、充电电量、充电消费费用、IC卡剩余余额等信息，输出到液晶显示模块(13)显示，并把充电用户编号及姓名、充电起止时间、充电时长、充电电量、充电消费费用、IC卡剩余余额信息存储在数据存储模块中；
当单片机控制单元A(5)判断通过温度采集模块(7)采集到的温度超温时，单片机控制单元A(5)首先给整流滤波电路A(18)发出电能传输关闭信号，停止电能的传输；然后，通过无线通信模块A(6)与无线通信模块B(10)把由公式：电量＝电压×电流×功率因数×使用时间计算得到的用电量通过无线传输给单片机控制单元B(9)；最后，把超温信号无线通信到单片机控制单元B(9)，单片机控制单元B(9)给语音提示模块(14)发出电路故障报警信号，并在液晶显示模块(13)上显示该次充电过程的信息，在用户IC卡中扣除该次充电发生的费用，同时，存储温度采集模块(7)采集到的温度超温信息、单片机控制单元A(5)给整流滤波电路A(18)发出的电能传输关闭信号、计算得到的用电量信息、故障报警信号信息到数据存储模块(12)。
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