專利名稱：一種充電站充電計量系統(tǒng)及計量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種為電動車輛提供充電服務的充電站，尤其涉及充電站的充電計量系統(tǒng)及計量方法。
背景技術：
隨著全球能源危機的日趨加重，世界各國都在努力尋求節(jié)能降耗、能源可再利用的途徑以及清潔無污染能源，汽車作為人們日常生活的必備交通工具，其能耗污染巨大，電力作為一種清潔能源已越來越受到青睞，而世界各大汽車制造企業(yè)也都在努力研發(fā)電動汽車來逐步替代燃油動力汽車。電動汽車是指利用存儲于車輛的可再充電電池/電池組內的電能來提供動力驅動的汽車。通常情況下，電動汽車的電池通過連接至充電設施的充電裝置，進行一段有效時間充電后實現(xiàn)再充電。在現(xiàn)有環(huán)境下，已經出現(xiàn)了一定規(guī)模的電動汽車充電設施，但是電動汽車的大型普及受到了充電設施功能和數(shù)量缺少的限制，需要分布更為廣泛、功能更為齊全的充電設施，且普通電動汽車充電時間較長，通常選擇在夜間或電動汽車停車時間足夠長的情況下進行充電，則進一步需要允許車輛長時間停車的充電設施。盡管現(xiàn)今有一些充電站采用大電流充電的方式來縮短充電時間，以緩解充電需求，然而在一般情況下，電動汽車充電設施皆利用220V市電作為電力源，充電時間能控制在4至6小時，而150至600A的大電流即使能夠縮減充電時間，卻造成電網不穩(wěn)定，且大電流的集中充電很可能造成臺區(qū)瞬時負荷過大而引發(fā)斷電，同時會縮短電動汽車電池壽命，因此這種方式并不可取。其次，現(xiàn)今技術中充電設施的充電計量系統(tǒng)仍存在著若干缺陷。例如，中國專利 ZL200810059392. 3中公開了一種充電站充電計費系統(tǒng)，其主要包括充電機、交流電能計量表、直流電能計量表和充電站管理電腦，充電接口包括整車充電接口和單相標準電池模塊充電接口，所述充電站管理電腦連接有打印機和GPRS通信收發(fā)器，數(shù)據(jù)通信線為485線。其利用三相交電網絡為電動汽車實現(xiàn)充電計費，同時將費用信息和用戶信息傳輸至終端服務器，但此項技術對具體結構以及計費、通訊過程均未作出詳細描述，也提及現(xiàn)今技術中存在的一些缺陷，諸如充電時間、故障確認、漏電保護、防雷保護等因素，因此無法從根本上解決或緩解現(xiàn)有技術中存在的難題。再者，作為一種消費類的服務裝置，用戶的體驗也是一個重要因素，在現(xiàn)有情況下，一般是電動汽車用戶根據(jù)電池的電量來選擇最短距離的充電設施進行充電，而正如上文所述，可能存在某些充電站需求量過大的情形發(fā)生。而特別是在偏遠地區(qū)，尤其是人口稀少的地區(qū)，加之氣候、溫度等環(huán)境因素較為惡劣，架設充電設施成本更高，所以充電站數(shù)量較少，而充電設施若不能進行智能化、人性化的改進創(chuàng)造，則勢必會對用戶造成損失。另外， 即使在城市中，如何避免充電設施存在擁堵的情況，合理安排和調度電池充電，必須尋求一種可使用戶實時尋找充電設施，以及無誤差、迅捷的充電設施通信網絡。再次，充電設施屬于高壓用電區(qū)域，與加油站類似，需要對動力源進行合理監(jiān)管， 尤其是在偏遠地區(qū)，不能完全依靠人工來實現(xiàn)監(jiān)管。例如用戶在購電過程中與充電設施發(fā)生接觸，則存在高壓觸電的隱患，因此對充電設施的設計亦必須考慮完善。最為重要地，充電設施的主要功能之一是對電動汽車用戶的購電量實現(xiàn)即時精確計量，并將信息通過通訊網絡發(fā)送至服務器終端進行數(shù)據(jù)匯總。在燃油汽車逐漸被替代的趨勢下，對電網的要求也逐漸增多，而如何實現(xiàn)有效無誤通信則是現(xiàn)今電網的一個難題，并且需要按照政府規(guī)定或電力部門的合理調度來實施電力分配。從上述描述可以看出，通信網絡是電動汽車再充電系統(tǒng)的一個必不可少的部分，其必須滿足電動汽車用戶、充電設施管理者、電力公司以及政府部門的需求。當前普遍技術是通過電力線通信技術來實現(xiàn)載波通信，對于大量數(shù)據(jù)的告訴傳輸而言，該項技術的限制為傳輸距離的劣勢。另外可以使用有線局域網絡來連接終端服務器，有線局域網與PLC網絡的區(qū)別在于使用專用線路來承載通信信號，以太網就是最為普遍的技術，但此項技術需要專屬線路鋪設，成本較高。而廣域網絡是覆蓋范圍最廣的計算機網絡，當前已經開始利用WAN，例如hternet網絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，但是這項技術村在的問題較為普遍數(shù)據(jù)是以加密數(shù)據(jù)封包的形式傳送至主站電腦，這樣通常會存在網絡延遲、斷線或數(shù)據(jù)損壞的問題，而這些問題通常出現(xiàn)在用戶終端——充電設施的集成系統(tǒng)，亦正如前文所述的問題，充電系統(tǒng)的系統(tǒng)集成度不完善，設計不夠人性化，才會導致此類問題的發(fā)生。隨著低碳經濟成為我國經濟發(fā)展的主旋律，電動汽車作為新能源戰(zhàn)略和智能電網的重要組成部分，以及國務院確定的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，必將成為今后中國汽車工業(yè)和能源產業(yè)發(fā)展的重點。然而，電動汽車產業(yè)是一項系統(tǒng)工程，電動汽車充電站則是主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車其他領域實現(xiàn)共同協(xié)調發(fā)展。因此，需要一種高集成度、合理設計的電動汽車充電設施，以解決上述的技術難題，在有效利用電網資源的同時，實現(xiàn)用戶的便捷使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題就是提供一種充電站充電計量系統(tǒng)及計量方法，以解決現(xiàn)有技術存在的缺陷。為解決上述技術問題，本發(fā)明首先提出了一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于 包括主處理器，與主處理器電氣連接的電源模塊、顯示模塊、通訊模塊、電能計量模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸出模塊、輸出端口、門鎖與充電控制模塊，以及由門鎖與充電控制模塊控制開閉的充電門；所述門鎖與充電控制模塊上依次連接有系統(tǒng)開關模塊以及供車輛充電插頭連接的充電插座模塊，所述系統(tǒng)開關模塊通過防雷器連接電網；所述主處理器中設有充電控制單元、查詢控制單元、系統(tǒng)維護控制單元、賬務管理單元及安全防護控制單元；所述顯示模塊包括主控制器以及與主控制器電氣連接的照明裝置、充電指示裝置、顯示裝置、觸控單元；所述通訊模塊包括GPRS通訊模塊、ZigBee通訊模塊及CAN通訊模塊；所述數(shù)據(jù)讀寫模塊包括射頻卡讀寫單元與操作界面單元；所述電能計量模塊包括電能計量單元、功能關聯(lián)單元及充電供電單元；所述輸出模塊包括打印輸出單元與音頻輸出單元；所述電源模塊通過系統(tǒng)開關模塊與電網連接，電網電壓通過電源模塊轉換成供主處理器、顯示模塊、輸出模塊、輸出端口、門鎖與充電控制模塊、通訊模塊及電能計量模塊工作的至少一種工作電壓。進一步的，所述安全防護控制單元包括硬件保護單元與軟件保護單元；
所述硬件保護單元包括過壓保護單元、過流保護單元、欠壓保護單元、漏電保護單元及防雷保護單元；所述軟件保護單元包括視頻監(jiān)控單元、事件記錄單元、登陸驗證單元、語音提示單元、余額檢查單元、通訊故障處理單元、備用電池電量檢查單元、充電插座保護單元、界面提示單元及充電門保護單元；所述過壓保護單元、過流保護單元、欠壓保護單元、漏電保護單元、防雷保護單元、 事件記錄單元以、界面提示單元分別電氣連接在充電控制單元上；所述通訊模塊、電能計量模塊、輸出模塊、充電插座模塊分別電氣連接在充電控制單元上；所述充電控制單元用于控制系統(tǒng)開關的開啟與關斷，并進行實時周期抄讀電能計量模塊的電量信息，并通過輸出模塊及通訊模塊發(fā)送充電憑證并進行語音提示及界面提示，并分別對過壓保護單元、過流保護單元、欠壓保護單元、漏電保護單元、防雷保護單元進行控制。進一步的，所述界面提示單元在事件產生時判定提示類型，調用提示數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至顯示模塊的主控制器以呈現(xiàn)于顯示裝置；所述語音提示單元在事件產生時判定事件提示類型，調用語音播放數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至音頻輸出單元以進行語音提示；所述事件記錄單元在事件產生時進行本地數(shù)據(jù)記錄存儲，并傳輸至遠端主站服務器；所述視頻監(jiān)控單元采集視頻信息并將其傳輸至遠端主站服務器；所述登陸驗證單元分別進行射頻卡驗證處理與密碼驗證處理。進一步的，所述射頻卡讀寫單元可讀寫的射頻卡類別包括定制卡與維護卡，若登陸驗證單元判定為定制卡，則射頻卡讀寫單元與充電控制單元、查詢控制單元進行數(shù)據(jù)通信；若登陸驗證單元判定為維護卡，則射頻卡讀寫單元與系統(tǒng)維護控制單元進行數(shù)據(jù)通信。進一步的，在一預設時間周期內，所述備用電池電量檢查單元檢查電池充電前電量并與若干預設閾值進行比較，若低于閾值則進行電池充電，若高于閾值，則所述事件記錄單元進行事件記錄存儲，并將電池的電量及故障信息通過所述語音提示單元進行語音提示、通過所述界面提示單元進行界面提示。進一步的，所述賬務管理單元包括數(shù)據(jù)讀寫控制單元與費用結算控制單元，所述費用結算控制單元計算充電費用并進行寫卡程序，并將打印信息傳輸至打印輸出單元。進一步的，所述系統(tǒng)維護控制單元包括自檢控制單元、參數(shù)設置單元、校時控制單元及軟件升級控制單元；所述自檢控制單元在系統(tǒng)開機之后進行Linux內核自檢，并對主處理器外部模塊進行檢查、進行遠程獲取參數(shù)閾值處理，其后進入待機狀態(tài)；所述參數(shù)設置單元在登陸驗證之后進行參數(shù)設置，事件記錄單元進行事件記錄存儲，其后進入待機狀態(tài)；在一預設時間周期內，所述校時控制單元讀取遠端主站服務器的系統(tǒng)時間，并進行本地時間校準，事件記錄單元進行事件記錄存儲；所述軟件升級控制單元在接受到所述遠端主站服務器的升級信號之后，啟動升級進程，關閉正在運行的運用程序，下載升級數(shù)據(jù)封包，升級所述系統(tǒng)，事件記錄單元進行事件記錄存儲。進一步的，所述電能計量模塊計量至少一相電網的電能；電能計量模塊中的充電供電單元包括充電控制裝置、電路保護裝置、超級電容及穩(wěn)壓控制裝置，所述充電控制裝置與電路保護裝置依次電氣連接至超級電容，所述穩(wěn)壓與控制裝置電氣連接至超級電容；電能計量模塊中的所述功能關聯(lián)單元為時鐘裝置或者報警裝置。進一步的，所述輸出端口可連接鍵盤、攝像頭、鼠標中的至少一種。進一步的，所述打印輸出單元包括打印控制器與打印機，所述打印機通過打印控制器與主處理器實現(xiàn)通訊。進一步的，所述系統(tǒng)開關模塊包括依次連接的系統(tǒng)總開關、受控開關及主繼電器， 所述主繼電器分別連接門鎖與充電控制模塊以及充電插座模塊，系統(tǒng)總開關連接防雷器。本發(fā)明還提出了一種充電站充電計量方法，其特征在于包括如下步驟1)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元進行登陸驗證；2)若登陸驗證成功，充電門保護單元向門鎖與充電控制模塊發(fā)送驗證數(shù)據(jù)以使充電門開啟；3)將電動汽車充電插頭插入充電插座模塊，充電門保護單元控制充電插座模塊鎖緊充電插頭，并使充電門關閉；4)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元設置充電參數(shù)，數(shù)據(jù)讀寫模塊將充電參數(shù)發(fā)送至主處理器進行數(shù)據(jù)處理，并控制余額檢查單元進行余額檢查處理，處理后的數(shù)據(jù)信息進行轉換并呈現(xiàn)于顯示模塊；5)當主處理器接收到開始充電信息時，控制電能計量模塊讀取電池充電前的電量信息，并通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若存在通訊故障則將故障信息傳輸至通訊故障處理單元并通過界面提示單元及語音提示單元進行錯誤信息提示；6)主處理器進行實時數(shù)據(jù)采集程序，控制電能計量模塊按照一預設時間周期讀取電量信息，將讀取的電量信息與若干個預設的電量信息進行比較實現(xiàn)充電過程的監(jiān)測，主處理器控制事件記錄單元進行事件記錄存儲；7)當主處理器接收到充電結束信息時，控制主繼電器斷開，并控制電能計量模塊讀取電池充電后的電量信息，并進行事件記錄存儲；通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若無通訊故障，則將充電結束信息呈現(xiàn)于顯示模塊上以提示用戶；若存在通訊故障，則向主處理器發(fā)送錯誤信息以進行數(shù)據(jù)記錄，并向界面提示單元發(fā)送故障處理提示信息；8)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊的射頻卡讀寫單元與操作界面單元輸入確認信息給主處理器，主處理器向門鎖與充電控制模塊發(fā)送驗證數(shù)據(jù)，以使充電門開啟；9)充電插座保護單元控制門鎖與充電控制模塊使充電插頭安全拔出；10)主處理器將事件記錄數(shù)據(jù)進行處理并進行費用結算，結算數(shù)據(jù)發(fā)送至終端主站服務器；11)費用結算結束后的一預設待機時間內，若系統(tǒng)無任何作業(yè)，則系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，以待下一次充電。進一步的，步驟6)中，若發(fā)現(xiàn)讀取的電量信息與若干個預設的電量信息不符，則主處理器進行如下處理；控制硬件保護單元進行過壓保護、欠壓保護、過流保護、漏電保護、防雷保護處理中的至少一種；
控制軟件保護單元進行充電插座保護與充電門保護處理中的至少一種；將上述硬件保護單元與軟件保護單元保護處理中的至少一種進行事件記錄，并將數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊；控制通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若不存在通訊故障則通過通訊模塊將事件信息發(fā)送至終端主站服務器，若存在通訊故障則進行故障處理。進一步的，通訊故障包括系統(tǒng)模塊通訊故障、CAN總線通訊故障及遠程通訊故障；出現(xiàn)系統(tǒng)模塊通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)CAN總線通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)遠程通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在所述顯示模塊上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算。進一步的，步驟4)中進行的余額檢查處理過程為充電參數(shù)設置完畢之后，根據(jù)若干預設規(guī)則的預估費用與射頻卡內余額進行比較，若余額不足，則進行界面提示與語音提示。進一步的，過壓保護處理過程過壓保護單元發(fā)送過壓產生信號以斷開主繼電器， 語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元進行界面提示；過流保護處理過程過流保護單元發(fā)送過流產生信號以斷開系統(tǒng)開關模塊，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；欠壓保護處理過程欠壓保護單元發(fā)送欠壓產生信號以斷開主繼電器，界面提示單元進行界面提示；防雷保護處理過程防雷保護單元發(fā)送雷擊產生信號以使防雷器釋放電能，并斷開系統(tǒng)開關模塊，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；漏電保護處理過程漏電保護單元發(fā)送漏電產生信號以使系統(tǒng)開關斷開，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機。進一步的，充電插座保護單元可以進行插頭的插入保護處理、拔出保護處理以及脫落保護處理；充電門保護單元可以進行充電門的開啟處理、關閉處理以及非授權打開處理。本發(fā)明的有益效果1、采用模塊化設計，降低了各個功能之間的耦合度；2、通過輸出端口增強了充電計量系統(tǒng)的人機交互實用性以及人性化使用體驗，并且為本系統(tǒng)提供了預留的擴展空間，可進行硬件的功能擴展；3、系統(tǒng)的自升級和維護功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高集成度以及智能化；4、各功能分階段實現(xiàn)，按照功能需求進行階段劃分，按照重要性程序進行階段性實現(xiàn)，避免功能重復或模塊間同時交互通訊互相影響而造成功能紊亂；5、系統(tǒng)可采用全過程語言提示，根據(jù)用戶的操作流程發(fā)出相應的語音提示和界面提示，用戶獨立根據(jù)提示，或完全不看顯示單元的提示，亦能完成充電過程的各項操作。


下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明顯示模塊的優(yōu)選功能結構框圖；圖3為本發(fā)明電能計量模塊的優(yōu)選功能結構框圖；圖4為本發(fā)明打印輸出單元的優(yōu)選功能結構框圖；圖5為本發(fā)明充電控制單元與充電站充電計量系統(tǒng)中各個模塊的連接結構框圖；圖6為本發(fā)明充電計量系統(tǒng)的充電程序的流程圖；圖7為本發(fā)明充電計量系統(tǒng)的通訊故障處理程序流程圖；圖8為充電計量系統(tǒng)的余額檢查處理程序流程圖；圖9為充電計量系統(tǒng)的硬件保護程序流程圖。
具體實施例方式參照圖1，一種充電站充電計量系統(tǒng)，包括主處理器100，與主處理器100電氣連接的電源模塊200、顯示模塊300、通訊模塊400、電能計量模塊500、數(shù)據(jù)讀寫模塊600、數(shù)據(jù)存儲模塊700、輸出模塊800、輸出端口 1300、門鎖與充電控制模塊1200，以及由門鎖與充電控制模塊1200控制開閉的充電門1400 ；所述門鎖與充電控制模塊1200上依次連接有系統(tǒng)開關模塊以及供車輛充電插頭連接的充電插座模塊900，所述系統(tǒng)開關模塊通過防雷器 1100連接電網；所述主處理器100中設有充電控制單元110、查詢控制單元120、系統(tǒng)維護控制單元130、賬務管理單元140及安全防護控制單元150 ；所述顯示模塊300包括主控制器310以及與主控制器310電氣連接的照明裝置320、充電指示裝置330、顯示裝置340、觸控單元350 ；所述通訊模塊400包括GPRS通訊模塊410、ZigBee通訊模塊420及CAN通訊模塊430 ；所述數(shù)據(jù)讀寫模塊600包括射頻卡讀寫單元與操作界面單元；所述電能計量模塊 500包括電能計量單元510、功能關聯(lián)單元520及充電供電單元530 ；所述輸出模塊800包括打印輸出單元810與音頻輸出單元820 ；所述電源模塊200通過系統(tǒng)開關模塊與電網連接， 電網電壓通過電源模塊200轉換成供主處理器100、顯示模塊300、輸出模塊800、輸出端口 1300、門鎖與充電控制模塊1200、通訊模塊400及電能計量模塊500工作的至少一種工作電壓。參照圖2-4，安全防護控制單元150包括硬件保護單元與軟件保護單元，硬件保護單元包括過壓保護單元1511、過流保護單元1512、欠壓保護單元1513、 漏電保護單元1514及防雷保護單元1515 ；軟件保護單元包括視頻監(jiān)控單元、事件記錄單元、登陸驗證單元、語音提示單元、 余額檢查單元、通訊故障處理單元、備用電池電量檢查單元、充電插座保護單元、界面提示單元及充電門保護單元；過壓保護單元1511、過流保護單元1512、欠壓保護單元1513、漏電保護單元1514、防雷保護單元1515、事件記錄單元以、界面提示單元分別電氣連接在充電控制單元110上； 所述通訊模塊400、電能計量模塊500、輸出模塊800、充電插座模塊900分別電氣連接在充電控制單元110上；所述充電控制單元110用于控制系統(tǒng)開關的開啟與關斷，并進行實時周期抄讀電能計量模塊500的電量信息，并通過輸出模塊800及通訊模塊400發(fā)送充電憑證并進行語音提示及界面提示，并分別對過壓保護單元1511、過流保護單元1512、欠壓保護單元1513、漏電保護單元1514、防雷保護單元1515進行控制。界面提示單元在事件產生時判定提示類型，調用提示數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至顯示模塊300的主控制器310以呈現(xiàn)于顯示裝置340 ；所述語音提示單元在事件產生時判定事件提示類型，調用語音播放數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至音頻輸出單元820以進行語音提示；所述事件記錄單元在事件產生時進行本地數(shù)據(jù)記錄存儲，并傳輸至遠端主站服務器；所述視頻監(jiān)控單元采集視頻信息并將其傳輸至遠端主站服務器；所述登陸驗證單元分別進行射頻卡驗證處理與密碼驗證處理。射頻卡讀寫單元可讀寫的射頻卡類別包括定制卡與維護卡，若登陸驗證單元判定為定制卡，則射頻卡讀寫單元與充電控制單元110、查詢控制單元120進行數(shù)據(jù)通信；若登陸驗證單元判定為維護卡，則射頻卡讀寫單元與系統(tǒng)維護控制單元130進行數(shù)據(jù)通信。在一預設時間周期內，所述備用電池電量檢查單元檢查電池充電前電量并與若干預設閾值進行比較，若低于閾值則進行電池充電，若高于閾值，則所述事件記錄單元進行事件記錄存儲，并將電池的電量及故障信息通過所述語音提示單元進行語音提示、通過所述界面提示單元進行界面提示。賬務管理單元140包括數(shù)據(jù)讀寫控制單元與費用結算控制單元，所述費用結算控制單元計算充電費用并進行寫卡程序，并將打印信息傳輸至打印輸出單元810;打印輸出單元810包括打印控制器811與打印機812，所述打印機812通過打印控制器811與主處理器100實現(xiàn)通訊。系統(tǒng)維護控制單元130包括自檢控制單元、參數(shù)設置單元、校時控制單元及軟件升級控制單元；自檢控制單元在系統(tǒng)開機之后進行Linux內核自檢，并對主處理器100外部模塊進行檢查、進行遠程獲取參數(shù)閾值處理，其后進入待機狀態(tài)；參數(shù)設置單元在登陸驗證之后進行參數(shù)設置，事件記錄單元進行事件記錄存儲，其后進入待機狀態(tài)；在一預設時間周期內，所述校時控制單元讀取遠端主站服務器的系統(tǒng)時間，并進行本地時間校準，事件記錄單元進行事件記錄存儲；軟件升級控制單元在接受到所述遠端主站服務器的升級信號之后，啟動升級進程，關閉正在運行的運用程序，下載升級數(shù)據(jù)封包，升級所述系統(tǒng)，事件記錄單元進行事件記錄存儲。電能計量模塊500計量至少一相電網的電能；電能計量模塊500中的充電供電單元530包括充電控制裝置531、電路保護裝置 532、超級電容533及穩(wěn)壓控制裝置534，所述充電控制裝置531與電路保護裝置532依次電氣連接至超級電容533，所述穩(wěn)壓與控制裝置電氣連接至超級電容533 ；電能計量模塊500 中的所述功能關聯(lián)單元520為時鐘裝置或者報警裝置。輸出端口 1300可連接鍵盤、攝像頭、鼠標中的至少一種；系統(tǒng)開關模塊包括依次連接的系統(tǒng)總開關1010、受控開關1020及主繼電器1030，所述主繼電器1030分別連接門鎖與充電控制模塊1200以及充電插座模塊900，系統(tǒng)總開關1010連接防雷器1100。參照圖6，一種充電站充電計量方法，包括如下步驟1)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊600中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元進行登陸驗證；2)若登陸驗證成功，充電門保護單元向門鎖與充電控制模塊1200發(fā)送驗證數(shù)據(jù)以使充電門1400開啟；3)將電動汽車充電插頭插入充電插座模塊900，充電門保護單元控制充電插座模塊900鎖緊充電插頭，并使充電門1400關閉；4)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊600中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元設置充電參數(shù)，數(shù)據(jù)讀寫模塊600將充電參數(shù)發(fā)送至主處理器100進行數(shù)據(jù)處理，并控制余額檢查單元進行余額檢查處理，處理后的數(shù)據(jù)信息進行轉換并呈現(xiàn)于顯示模塊300 ；5)當主處理器100接收到開始充電信息時，控制電能計量模塊500讀取電池充電前的電量信息，并通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若存在通訊故障則將故障信息傳輸至通訊故障處理單元并通過界面提示單元及語音提示單元進行錯誤信息提示；6)主處理器100進行實時數(shù)據(jù)采集程序，控制電能計量模塊500按照一預設時間周期讀取電量信息，將讀取的電量信息與若干個預設的電量信息進行比較實現(xiàn)充電過程的監(jiān)測，主處理器100控制事件記錄單元進行事件記錄存儲；7)當主處理器100接收到充電結束信息時，控制主繼電器1030斷開，并控制電能計量模塊500讀取電池充電后的電量信息，并進行事件記錄存儲；通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若無通訊故障，則將充電結束信息呈現(xiàn)于顯示模塊300上以提示用戶；若存在通訊故障，則向主處理器100發(fā)送錯誤信息以進行數(shù)據(jù)記錄，并向界面提示單元發(fā)送故障處理提示信息；8)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊600的射頻卡讀寫單元與操作界面單元輸入確認信息給主處理器100，主處理器100向門鎖與充電控制模塊1200發(fā)送驗證數(shù)據(jù)，以使充電門 1400開啟；9)充電插座保護單元控制門鎖與充電控制模塊1200使充電插頭安全拔出；10)主處理器100將事件記錄數(shù)據(jù)進行處理并進行費用結算，結算數(shù)據(jù)發(fā)送至終端主站服務器；11)費用結算結束后的一預設待機時間內，若系統(tǒng)無任何作業(yè)，則系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，以待下一次充電。上述步驟6)中，若發(fā)現(xiàn)讀取的電量信息與若干個預設的電量信息不符，則主處理器100進行如下處理；控制硬件保護單元進行過壓保護、欠壓保護、過流保護、漏電保護、防雷保護處理中的至少一種；控制軟件保護單元進行充電插座保護與充電門保護處理中的至少一種；將上述硬件保護單元與軟件保護單元保護處理中的至少一種進行事件記錄，并將數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊700 ；
控制通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若不存在通訊故障則通過通訊模塊400將事件信息發(fā)送至終端主站服務器，若存在通訊故障則進行故障處理。參照圖7，通訊故障包括系統(tǒng)模塊通訊故障、CAN總線通訊故障及遠程通訊故障；出現(xiàn)系統(tǒng)模塊通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器 1030，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊300上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)CAN總線通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器 1030，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊300上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)遠程通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器1030，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在所述顯示模塊300上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算。參照圖8，上述步驟4)中進行的余額檢查處理過程為充電參數(shù)設置完畢之后，根據(jù)若干預設規(guī)則的預估費用與射頻卡內余額進行比較，若余額不足，則進行界面提示與語首提不。參照圖9，過壓保護處理過程過壓保護單元1511發(fā)送過壓產生信號以斷開主繼電器1030，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元進行界面提示；過流保護處理過程過流保護單元1512發(fā)送過流產生信號以斷開系統(tǒng)開關模塊， 語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；欠壓保護處理過程欠壓保護單元1513發(fā)送欠壓產生信號以斷開主繼電器1030， 界面提示單元進行界面提示；防雷保護處理過程防雷保護單元1515發(fā)送雷擊產生信號以使防雷器1100釋放電能，并斷開系統(tǒng)開關模塊，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；漏電保護處理過程漏電保護單元1514發(fā)送漏電產生信號以使系統(tǒng)開關斷開，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機。充電插座保護單元可以進行插頭的插入保護處理、拔出保護處理以及脫落保護處理。充電門保護單元可以進行充電門1400的開啟處理、關閉處理以及非授權打開處理。
權利要求
1.一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于包括主處理器(100)，與主處理器(100)電氣連接的電源模塊000)、顯示模塊(300)、通訊模塊000)、電能計量模塊(500)、數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)、數(shù)據(jù)存儲模塊(700)、輸出模塊(800)、輸出端口(1300)、門鎖與充電控制模塊(1200)，以及由門鎖與充電控制模塊(1200)控制開閉的充電門(1400)；所述門鎖與充電控制模塊(1200)上依次連接有系統(tǒng)開關模塊以及供車輛充電插頭連接的充電插座模塊 (900)，所述系統(tǒng)開關模塊通過防雷器(1100)連接電網；所述主處理器(100)中設有充電控制單元(110)、查詢控制單元(120)、系統(tǒng)維護控制單元(130)、賬務管理單元(140)及安全防護控制單元(150)；所述顯示模塊(300)包括主控制器(310)以及與主控制器(310)電氣連接的照明裝置(320)、充電指示裝置(330)、顯示裝置(340)、觸控單元(350)；所述通訊模塊(400)包括GPRS通訊模塊010)、ZigBee通訊模塊(420)及CAN通訊模塊030)；所述數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)包括射頻卡讀寫單元與操作界面單元；所述電能計量模塊(500)包括電能計量單元(510)、功能關聯(lián)單元(520)及充電供電單元(530)；所述輸出模塊(800) 包括打印輸出單元(810)與音頻輸出單元(820)；所述電源模塊(200)通過系統(tǒng)開關模塊與電網連接，電網電壓通過電源模塊(200)轉換成供主處理器(100)、顯示模塊(300)、輸出模塊(800)、輸出端口(1300)、門鎖與充電控制模塊(1200)、通訊模塊(400)及電能計量模塊(500)工作的至少一種工作電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述安全防護控制單元(150)包括硬件保護單元與軟件保護單元；所述硬件保護單元包括過壓保護單元(1511)、過流保護單元(1512)、欠壓保護單元 (1513)、漏電保護單元(1514)及防雷保護單元(1515)；所述軟件保護單元包括視頻監(jiān)控單元、事件記錄單元、登陸驗證單元、語音提示單元、 余額檢查單元、通訊故障處理單元、備用電池電量檢查單元、充電插座保護單元、界面提示單元及充電門保護單元；所述過壓保護單元(1511)、過流保護單元(1512)、欠壓保護單元(1513)、漏電保護單元(1514)、防雷保護單元(1515)、事件記錄單元以、界面提示單元分別電氣連接在充電控制單元(110)上；所述通訊模塊G00)、電能計量模塊(500)、輸出模塊(800)、充電插座模塊(900)分別電氣連接在充電控制單元(110)上；所述充電控制單元(110)用于控制系統(tǒng)開關的開啟與關斷，并進行實時周期抄讀電能計量模塊(500)的電量信息，并通過輸出模塊(800)及通訊模塊(400)發(fā)送充電憑證并進行語音提示及界面提示，并分別對過壓保護單元(1511)、過流保護單元(1512)、欠壓保護單元(1513)、漏電保護單元(1514)、防雷保護單元(1515)進行控制。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述界面提示單元在事件產生時判定提示類型，調用提示數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至顯示模塊(300)的主控制器 (310)以呈現(xiàn)于顯示裝置(340)；所述語音提示單元在事件產生時判定事件提示類型，調用語音播放數(shù)據(jù)信息并將其傳輸至音頻輸出單元(820)以進行語音提示；所述事件記錄單元在事件產生時進行本地數(shù)據(jù)記錄存儲，并傳輸至遠端主站服務器；所述視頻監(jiān)控單元采集視頻信息并將其傳輸至遠端主站服務器；所述登陸驗證單元分別進行射頻卡驗證處理與密碼驗證處理。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述射頻卡讀寫單元可讀寫的射頻卡類別包括定制卡與維護卡，若登陸驗證單元判定為定制卡，則射頻卡讀寫單元與充電控制單元(110)、查詢控制單元(120)進行數(shù)據(jù)通信；若登陸驗證單元判定為維護卡，則射頻卡讀寫單元與系統(tǒng)維護控制單元(130)進行數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于在一預設時間周期內，所述備用電池電量檢查單元檢查電池充電前電量并與若干預設閾值進行比較，若低于閾值則進行電池充電，若高于閾值，則所述事件記錄單元進行事件記錄存儲，并將電池的電量及故障信息通過所述語音提示單元進行語音提示、通過所述界面提示單元進行界面提示。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述賬務管理單元(140)包括數(shù)據(jù)讀寫控制單元與費用結算控制單元，所述費用結算控制單元計算充電費用并進行寫卡程序，并將打印信息傳輸至打印輸出單元(810)。
7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)維護控制單元(130)包括自檢控制單元、參數(shù)設置單元、校時控制單元及軟件升級控制單元；所述自檢控制單元在系統(tǒng)開機之后進行Linux內核自檢，并對主處理器(100)外部模塊進行檢查、進行遠程獲取參數(shù)閾值處理，其后進入待機狀態(tài)；所述參數(shù)設置單元在登陸驗證之后進行參數(shù)設置，事件記錄單元進行事件記錄存儲， 其后進入待機狀態(tài)；在一預設時間周期內，所述校時控制單元讀取遠端主站服務器的系統(tǒng)時間，并進行本地時間校準，事件記錄單元進行事件記錄存儲；所述軟件升級控制單元在接受到所述遠端主站服務器的升級信號之后，啟動升級進程，關閉正在運行的運用程序，下載升級數(shù)據(jù)封包，升級所述系統(tǒng)，事件記錄單元進行事件記錄存儲。
8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述電能計量模塊(500)計量至少一相電網的電能；電能計量模塊(500)中的充電供電單元(530)包括充電控制裝置(531)、電路保護裝置 (532)、超級電容(53 及穩(wěn)壓控制裝置(534)，所述充電控制裝置(531)與電路保護裝置 (532)依次電氣連接至超級電容(533)，所述穩(wěn)壓與控制裝置電氣連接至超級電容(533)；電能計量模塊(500)中的所述功能關聯(lián)單元(520)為時鐘裝置或者報警裝置。
9.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述輸出端口(1300)可連接鍵盤、攝像頭、鼠標中的至少一種。
10.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述打印輸出單元(810)包括打印控制器(811)與打印機(812)，所述打印機(81 通過打印控制器 (811)與主處理器(100)實現(xiàn)通訊。
11.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種充電站充電計量系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)開關模塊包括依次連接的系統(tǒng)總開關(1010)、受控開關(1020)及主繼電器(1030)，所述主繼電器(1030)分別連接門鎖與充電控制模塊(1200)以及充電插座模塊(900)，系統(tǒng)總開關 (1010)連接防雷器(1100)。
12.一種充電站充電計量方法，其特征在于包括如下步驟1)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元進行登陸驗證；2)若登陸驗證成功，充電門保護單元向門鎖與充電控制模塊(1200)發(fā)送驗證數(shù)據(jù)以使充電門(1400)開啟；3)將電動汽車充電插頭插入充電插座模塊(900)，充電門保護單元控制充電插座模塊 (900)鎖緊充電插頭，并使充電門(1400)關閉；4)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)中的射頻卡讀寫單元與操作界面單元設置充電參數(shù)， 數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)將充電參數(shù)發(fā)送至主處理器(100)進行數(shù)據(jù)處理，并控制余額檢查單元進行余額檢查處理，處理后的數(shù)據(jù)信息進行轉換并呈現(xiàn)于顯示模塊(300)；5)當主處理器(100)接收到開始充電信息時，控制電能計量模塊(500)讀取電池充電前的電量信息，并通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若存在通訊故障則將故障信息傳輸至通訊故障處理單元并通過界面提示單元及語音提示單元進行錯誤信息提示；6)主處理器(100)進行實時數(shù)據(jù)采集程序，控制電能計量模塊(500)按照一預設時間周期讀取電量信息，將讀取的電量信息與若干個預設的電量信息進行比較實現(xiàn)充電過程的監(jiān)測，主處理器(100)控制事件記錄單元進行事件記錄存儲；7)當主處理器(100)接收到充電結束信息時，控制主繼電器(1030)斷開，并控制電能計量模塊(500)讀取電池充電后的電量信息，并進行事件記錄存儲；通過通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若無通訊故障，則將充電結束信息呈現(xiàn)于顯示模塊(300)上以提示用戶；若存在通訊故障，則向主處理器(100)發(fā)送錯誤信息以進行數(shù)據(jù)記錄，并向界面提示單元發(fā)送故障處理提示信息；8)用戶通過數(shù)據(jù)讀寫模塊(600)的射頻卡讀寫單元與操作界面單元輸入確認信息給主處理器(100)，主處理器(100)向門鎖與充電控制模塊(1200)發(fā)送驗證數(shù)據(jù)，以使充電門 (1400)開啟；9)充電插座保護單元控制門鎖與充電控制模塊(1200)使充電插頭安全拔出；10)主處理器(100)將事件記錄數(shù)據(jù)進行處理并進行費用結算，結算數(shù)據(jù)發(fā)送至終端主站服務器；11)費用結算結束后的一預設待機時間內，若系統(tǒng)無任何作業(yè)，則系統(tǒng)進入待機狀態(tài)， 以待下一次充電。
13.根據(jù)權利要求12所述的一種充電站充電計量方法，其特征在于步驟6)中，若發(fā)現(xiàn)讀取的電量信息與若干個預設的電量信息不符，則主處理器(100)進行如下處理；控制硬件保護單元進行過壓保護、欠壓保護、過流保護、漏電保護、防雷保護處理中的至少一種；控制軟件保護單元進行充電插座保護與充電門保護處理中的至少一種；將上述硬件保護單元與軟件保護單元保護處理中的至少一種進行事件記錄，并將數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊(700)；控制通訊故障處理單元判定是否存在通訊故障，若不存在通訊故障則通過通訊模塊 (400)將事件信息發(fā)送至終端主站服務器，若存在通訊故障則進行故障處理。
14.根據(jù)權利要求12所述的一種充電站充電計量方法，其特征在于通訊故障包括系統(tǒng)模塊通訊故障、CAN總線通訊故障及遠程通訊故障；出現(xiàn)系統(tǒng)模塊通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器(1030)，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊(300)上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)CAN總線通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器(1030)， 并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在顯示模塊(300)上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算；出現(xiàn)遠程通訊故障時，通訊故障處理單元發(fā)送故障信號以斷開主繼電器(1030)，并顯示拒絕充電服務信息，隨后向事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元在所述顯示模塊(300)上進行提示，語音提示單元進行語音提示，最后進行費用計算。
15.根據(jù)權利要求12所述的一種充電站充電計量方法，其特征在于步驟4)中進行的余額檢查處理過程為充電參數(shù)設置完畢之后，根據(jù)若干預設規(guī)則的預估費用與射頻卡內余額進行比較，若余額不足，則進行界面提示與語音提示。
16.根據(jù)權利要求12所述的一種充電站充電計量方法，其特征在于過壓保護處理過程過壓保護單元(1511)發(fā)送過壓產生信號以斷開主繼電器(1030)，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，界面提示單元進行界面提示；過流保護處理過程過流保護單元(1512)發(fā)送過流產生信號以斷開系統(tǒng)開關模塊，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；欠壓保護處理過程欠壓保護單元(1513)發(fā)送欠壓產生信號以斷開主繼電器(1030)， 界面提示單元進行界面提示；防雷保護處理過程防雷保護單元(151 發(fā)送雷擊產生信號以使防雷器(1100)釋放電能，并斷開系統(tǒng)開關模塊，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機；漏電保護處理過程漏電保護單元(1514)發(fā)送漏電產生信號以使系統(tǒng)開關斷開，語音提示單元進行語音提示，事件記錄單元進行事件記錄存儲，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)信息并自動關機。
17.根據(jù)權利要求12所述的一種充電站充電計量方法，其特征在于充電插座保護單元可以進行插頭的插入保護處理、拔出保護處理以及脫落保護處理；充電門保護單元可以進行充電門(1400)的開啟處理、關閉處理以及非授權打開處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種充電站充電計量系統(tǒng)及計量方法，系統(tǒng)包括主處理器，與主處理器電氣連接的電源模塊、顯示模塊、通訊模塊、電能計量模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸出模塊、輸出端口、門鎖與充電控制模塊，以及由門鎖與充電控制模塊控制開閉的充電門；采用模塊化設計，降低了各個功能之間的耦合度；通過輸出端口增強了充電計量系統(tǒng)的人機交互實用性以及人性化使用體驗，并且為本系統(tǒng)提供了預留的擴展空間，可進行硬件的功能擴展；系統(tǒng)的自升級和維護功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高集成度以及智能化；各功能分階段實現(xiàn)，按照功能需求進行階段劃分，按照重要性程序進行階段性實現(xiàn)，避免功能重復或模塊間同時交互通訊互相影響而造成功能紊亂。
文檔編號H02J7/00GK102496211SQ201110420330
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者孫宏偉, 朱俊超, 潘洪升, 齊志剛 申請人:華立儀表集團股份有限公司