一種預約充電式電動自行車充電站的充電方法與流程

2023-05-21 07:30:19 2

本發明涉及電動自行車充電領域，更具體的說，尤其涉及一種預約充電式電動自行車充電站的充電方法。

背景技術：

隨著人們對交通工具的需求加深與國家對環保政策的大力宣傳，電動自行車逐漸成為人民短途出行的首選交通工具之一。「中國電動自行車產業創新高峰論壇」數據顯示，中國電動自行車截止2013年保有量突破2億輛，這可以說是交通工具行業的一場大變革。然而，隨著電動自行車的擁有率越來越高，電動自行車「充電難」的問題也越來越明顯。最具代表性的是電動自行車的電量不夠往返一次的消耗，需要在往返的途中進行充電補給。因此，很多商家紛紛進入了電動自行車充電補給這一塊市場，其中絕大部分商家都是採用「設立充電樁為需要充電的用戶提供付費充電服務」的方法，隨之而來的是市場上出現了各種類型的電動自行車充電樁。目前，大部分充電樁採用的支付方式都是以投幣為主，也有部分供電樁支持刷卡支付、微信或支付寶等網絡支付。但歸根結底，以上支付方式都可歸類為計時模式，比如一元錢供電三或四個小時不等；這種計費模式簡單明了，但不合理之處也很明顯：比如對於不同型號的電動自行車，其充電功率從150w到600w不等，甚至有些用戶會付費為其它用電設備供電，由此帶來的問題是計費單價偏高，否則可能會出現運營商虧損，即補貼電費的情況。與此同時，此類供電樁的結算單位只能精確到「元」，這對於經常需要充電的用戶來說非常不合理。

歸根結底，上述問題的出現主要是相關功能受限於充電樁的整體架構方法，比如沒有雲支付模塊的充電樁只能使用投幣的方式進行支付，這大大限制了充電樁使用時的計費、找零等其它相關功能。而這些功能也同時決定了其潛在消費用戶的範圍。比如只能進行投幣的充電樁的消費用戶絕大部分為臨時需要充電的用戶，對於長期需要充電的用戶來說，此類充電樁不符合他們的長期消費利益。

同時，由於電動自行車供電站本身的數量限制，經常容易出現電動自行車供電站的所有充電位都已被使用無法充電的情況，而且經常會出現即使充電完成別人的車輛依舊插在充電位上的情況，影響了後續用戶的使用；用戶若是需要充電往往需要去較遠的電動自行車供電站進行充電，而無法就近充電；而傳統的電動自行車供電站無法預約使用，只能在等待別人車輛充電完成後才能使用，因此，設計一種能夠預約的電動自行車供電站顯得尤為必要。

技術實現要素：

本發明的目的在於解決上述問題，提出了一種預約充電式電動自行車充電站的充電方法，該充電方法能夠實現預約充電，且能夠通過刷卡、微信、支付寶等支付方式，儘可能的為用戶支付提供方便，同時能夠準確計算用戶的耗電量、合理計費，把結算單元從「元」精確到「分」，並且對用戶的充電功率進行了限制，功率超過600w的電動車將無法付費充電，最大程度的確保了供電線路的安全。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種預約式電動自行車充電站的充電方法，所述的電動自行車供電站包括雲伺服器、用戶手機、分散在城市各個位置的充電樁以及待充電的電動自行車，該充電方法包括如下步驟：

步驟1：預約充電樁；在充電樁上設置專門的預約充電位，僅預約用戶可以使用，非預約用戶不可以使用，在預約用戶需要充電時，預約用戶提前利用用戶手機對附近的充電樁上的預約充電位進行查詢，查詢目標時段內所查詢的充電樁上否是有空位；若充電樁上有預約充電位空閒，則可以在支付基本預約金後成功預約該充電樁上的對應的預約充電位；若充電樁上沒有預約充電位空閒，則預約失敗；若充電樁上查詢時段內預約充電位不能確定，則建議用戶過段時間再進行預約；非預約用戶需要充電時，僅能在充電樁上的非預約充電位進行充電；

步驟2：連接充電樁；用戶將電動自行車連接至已經預約的充電樁的對應預約充電位上，該充電樁啟動並生成一個臨時固定的ip，充電樁內的控制模塊通過gprs模塊將包含該ip的充電樁設備信息傳輸至雲伺服器，雲伺服器與該充電樁之間建立一個臨時穩定的通訊頻道；

步驟3：充電樁進行充電功率識別；利用功率限制模塊對充電功率進行識別，並根據充電功率判斷是否進行充電；當用戶待充電的電動自行車充電功率大於或等於600w時，充電樁會拒絕充電並發出無法充電的語音提示；若電動自行車的充電功率小於600w，但如果進行充電則會使充電樁輸電線的總負載功率大於或等於2500w，則充電樁會拒絕充電並發出稍後充電的語音提示；只有同時滿足充電功率小於600w和總負載功率小於2500w的情況才允許用戶進行充電預付費模塊；功率限制模塊包括單片機、工作狀態指示模塊、數據檢測模塊、繼電器、設定功率顯示模塊、實測功率顯示模塊、光電耦合電路和a/d轉換模塊，單片機分別連接工作狀態指示模塊、設定功率顯示模塊、實測功率顯示模塊、光電耦合電路、a/d轉換電路，a/d轉換電路連接數據檢測模塊，光電耦合電路與繼電器連接，繼電器和數據檢測模塊與保護模塊串聯，單片機完成數據處理和輸出控制功能，數據檢測模塊完成對負載用電迴路電流的採集功能，光電耦合電路和繼電器完成控制負載用電迴路通斷的功能，保護模塊完成短路保護功能；

步驟4：用戶利用用戶手機進行支付，用戶手機掃描了充電樁上的二維碼信息登錄雲伺服器，該過程中由二維碼提供雲伺服器地址和充電樁的設備信息，由用戶手機與雲伺服器進行全程通訊，雲伺服器接收充電樁設備信息同時獲取用戶手機的帳戶信息，雲伺服器進行邏輯判斷後提示用戶利用用戶手機進行預交費，金額由用戶自己確定，然後把結果反饋到充電樁上，然後由充電樁的控制模塊控制電動自行車的充電狀態；

步驟5：充電樁充電實時監控；充電樁內置實時監測模塊，在充電樁工作的過程中，充電樁實時監控著電動自行車的充電狀態，同時記錄電動自行車的耗電量並換算成充電費用；當充電費用大於或等於預付金額時，充電樁停止供電；當充電費用小於預付金額時，判斷充電功率是否小於指定值；若充電功率大於指定值，則繼續供電；若充電功率小於指定值，則判斷物理連接是否斷開，如果物理連接沒有斷開，則延遲一個小時後停止充電並結算費用；若物理連接斷開，則延遲10s後再次判斷物理連接是否斷開，若此時物理連接恢復，則繼續充電，否則停止充電並結算費用；

步驟6：充電費用計量；充電樁的計費模塊包括電量計量模塊和費用計算模塊，電量計量模塊採用電量計量晶片，實時監測電量的消耗，充電完成後充電樁內的控制模塊統計充電時長內消耗的總電量，並計算出該次充電的費用；

步驟7：退還剩餘金額；在步驟5的電動自行車充電完成後，將步驟6中計算出的充電的費用利用gprs模塊發送至雲伺服器，雲伺服器對充電的費用進行結算，並將多餘的金額退還至用戶手機的帳戶中；

步驟8：通知用戶充電完成；充電完成後，充電樁自動斷開充電連接，並利用gprs模塊將充電完成信息傳輸至雲伺服器，由雲伺服器將用戶充電完成信息發送至用戶手機上，提醒用戶充電已完成。

進一步的，所述的充電樁上設有的預約充電位數量和非預約充電位數量各佔充電位總數量的一半，每個充電樁上的充電位均通過設置在充電位上方的數字牌進行依次編號。

進一步的，充電樁內置費用結算前置判斷模塊，當電動自行車完成充電或物理連接斷開時，充電樁會自動運行費用結算前置判斷模塊，費用結算前置判斷模塊自動判斷事件發生的類別，並根據事件發生的類別執行不同的應對方法；若電動自行車完成充電，費用結算前置判斷模塊經過邏輯判斷成立後會斷開充電樁的供電系統與輸電線的內置連接，防止充電樁內的設備再持續消耗電量；若用戶不小心斷開了物理連接，費用結算前置判斷模塊允許用戶在10秒鐘的時間內進行重新連接；若用戶有急事需要離開，費用結算前置判斷模塊會在10秒鐘後為用戶結算費用並初始化系統，等待下一位用戶的到來。

進一步的，所述充電樁還包括通過充電卡進行充電的方式，所述充電卡的接受支付方式為id卡支付，即所有的費用信息均存儲在雲端的資料庫上，掃描充電卡上的二維碼登錄雲伺服器，若已有關聯的雲端帳戶則輸入密碼後直接開始充電，若無關聯的雲端帳戶則在雲伺服器上生成新的帳戶，並關聯微信號，設置密碼，提示用戶充值，在用戶充值完畢後開始對用戶的電動自行車車進行充電。

進一步的，所述充電樁內還設置有非正常充電報警模塊，判斷是否正常充電；在拔掉插頭後繼電器斷開，自動停止供電。

進一步的，所述充電樁內還設置有藍牙模塊，藍牙模塊與單片機連接並控制充電樁內整個系統的初始化，維修工的手機內設置有軟體層面自動安裝的腳本，維修可以通過手機與充電樁藍牙連接，並利用手機對充電樁內的系統初始化來實現。

進一步的，用戶通過用戶手機上的app登錄充電樁的雲伺服器，充電樁的雲伺服器支持用戶網銀、支付寶和微信三種付款方式；充電樁上還設置有刷卡模塊，用戶通過刷卡模塊上的刷卡實現充電金額的支付。

進一步的，非預約用戶在充電樁上進行充電時，若充電樁上存在非預約充電位則可以直接在非預約充電位上進行充電；若充電樁上的非預約充電位全部被使用，則可以通過掃描充電樁上的二維碼下載用於預約的app軟體，在成為預約用戶後對該充電樁剩餘預約充電位進行查詢；非預約用戶在成為預約用戶後若剩餘的預約充電位並沒有預定滿，則可以選取空閒的預約充電位進行充電操作。

本發明的有益效果在於：

1、本發明能夠實現預約充電，且能夠通過刷卡、微信、支付寶等支付方式，儘可能的為用戶支付提供方便，同時能夠準確計算用戶的耗電量、合理計費，把結算單元從「元」精確到「分」，極大地提高了電費計算的合理性，提高用戶充電積極性，也預防了因為用戶採用大功率電器充電對營運商造成的經濟損失。

2、本發明通過功率限制模塊對用戶的充電功率進行了限制，功率超過600w的電動自行車將無法付費充電，且當充電樁輸電線的最大功率大於2500w時也無法進行付費充電，最大程度的確保了供電線路的安全；由於電動自行車的實時充電功率通常在100～200w之間，所以2500w的總功率完全能夠滿足十個充電位的電動自行車同時充電。

3、本發明內部設置有電量計量模塊和電費計量模塊，能準確的測出電瓶車使用電的度數，可以反映不同充電功率的電動自行車的真實電量消費，打破傳統通過時間計算費用，對用戶更加的公平，並且可以防止商家虧損或倒貼電費。

4、本發明通過功率限制模塊對電動自行車的充電功率進行限制，既可以實現對充電樁的單個充電位進行功率控制，也控制總功率，防止因為功率過載導致的各種危害，提高了充電樁使用的安全係數。

5、本發明通過用戶手機掃描充電樁上的二維碼信息登錄雲伺服器，在該過程中有二維碼提供雲伺服器地址和充電樁的設備信息，由用戶手機與雲伺服器進行全程通訊，極大地方便了用戶對充電樁的充值和使用。

6、本發明通過充電樁內置的實時檢測模塊對充電樁上正在使用的電動自行車的充電狀態進行判斷，在充電完成時自動斷開充電連接，防止因為過量充電導致的電能浪費，同時也降低了用戶的充電費用。

7、本發明利用用戶手機的app實時顯示充電狀態信息，在充電完成後會將充電完成的信息由雲伺服器推送至用戶手機的app上，方便用戶實時連接電動自行車的充電狀態，更加方便了用戶對電動自行車的使用。

8、本發明同時在充電樁上設置多個預約充電位和非預約充電位，既能保證預約用戶的使用，又能保證非預約用戶的使用，同時預約充電位僅預約充電位可以使用，一方面可以保證商家所使用app的下載量，另一方面也可以保證預約用戶的預約充電需求。

9、本發明通過費用結算前置判斷模塊判斷電動自行車視充電完成狀態還是斷開連接狀態，使用戶即便電動自行車與充電樁的連接斷開再10s以內也可以進行重新連接，方便用戶對充電樁的使用。

10、本發明可以通過充電樁內設置的藍牙模塊控制充電樁整體的初始化從而實現充電樁軟體層面上的維修操作。

附圖說明

圖1是本發明電動自行車充電站系統的結構示意圖。

圖2是本發明充電樁的結構示意圖。

圖3是本發明電量計算的電路圖。

圖4是本發明功率限制模塊的結構示意圖。

圖5是本發明預約充電位的流程示意圖。

圖6是本發明刷卡功能流程示意圖。

圖7是本發明的流程示意圖。

圖8是本發明的功率限制流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖1～8所示，一種預約式電動自行車充電站的充電方法，所述的電動自行車供電站，包括雲伺服器、用戶手機、分散在城市各個位置的充電樁以及待充電的電動自行車，該充電方法包括如下步驟：

步驟1：預約充電樁；在充電樁上設置專門的預約充電位，僅預約用戶可以使用，非預約用戶不可以使用，在預約用戶需要充電時，預約用戶提前利用用戶手機對附近的充電樁上的預約充電位進行查詢，查詢目標時段內所查詢的充電樁上否是有空位；若充電樁上有預約充電位空閒，則可以在支付基本預約金後成功預約該充電樁上的對應的預約充電位；若充電樁上沒有預約充電位空閒，則預約失敗；若充電樁上查詢時段內預約充電位不能確定，則建議用戶過段時間再進行預約；非預約用戶需要充電時，僅能在充電樁上的非預約充電位進行充電；

步驟2：連接充電樁；用戶將電動自行車連接至已經預約的充電樁的對應預約充電位上，該充電樁啟動並生成一個臨時固定的ip，充電樁內的控制模塊通過gprs模塊將包含該ip的充電樁設備信息傳輸至雲伺服器，雲伺服器與該充電樁之間建立一個臨時穩定的通訊頻道；

步驟3：充電樁進行充電功率識別；利用功率限制模塊對充電功率進行識別，並根據充電功率判斷是否進行充電；當用戶待充電的電動自行車充電功率大於或等於600w時，充電樁會拒絕充電並發出無法充電的語音提示；若電動自行車的充電功率小於600w，但如果進行充電則會使充電樁輸電線的總負載功率大於或等於2500w，則充電樁會拒絕充電並發出稍後充電的語音提示；只有同時滿足充電功率小於600w和總負載功率小於2500w的情況才允許用戶進行充電預付費模塊；功率限制模塊包括單片機、工作狀態指示模塊、數據檢測模塊、繼電器、設定功率顯示模塊、實測功率顯示模塊、光電耦合電路和a/d轉換模塊，單片機分別連接工作狀態指示模塊、設定功率顯示模塊、實測功率顯示模塊、光電耦合電路、a/d轉換電路，a/d轉換電路連接數據檢測模塊，光電耦合電路與繼電器連接，繼電器和數據檢測模塊與保護模塊串聯，單片機完成數據處理和輸出控制功能，數據檢測模塊完成對負載用電迴路電流的採集功能，光電耦合電路和繼電器完成控制負載用電迴路通斷的功能，保護模塊完成短路保護功能；

步驟4：用戶利用用戶手機進行支付，用戶手機掃描了充電樁上的二維碼信息登錄雲伺服器，該過程中由二維碼提供雲伺服器地址和充電樁的設備信息，由用戶手機與雲伺服器進行全程通訊，雲伺服器接收充電樁設備信息同時獲取用戶手機的帳戶信息，雲伺服器進行邏輯判斷後提示用戶利用用戶手機進行預交費，金額由用戶自己確定，然後把結果反饋到充電樁上，然後由充電樁的控制模塊控制電動自行車的充電狀態；

步驟5：充電樁充電實時監控；充電樁內置實時監測模塊，在充電樁工作的過程中，充電樁實時監控著電動自行車的充電狀態，同時記錄電動自行車的耗電量並換算成充電費用；當充電費用大於或等於預付金額時，充電樁停止供電；當充電費用小於預付金額時，判斷充電功率是否小於指定值；若充電功率大於指定值，則繼續供電；若充電功率小於指定值，則判斷物理連接是否斷開，如果物理連接沒有斷開，則延遲一個小時後停止充電並結算費用；若物理連接斷開，則延遲10s後再次判斷物理連接是否斷開，若此時物理連接恢復，則繼續充電，否則停止充電並結算費用；

步驟6：充電費用計量；充電樁的計費模塊包括電量計量模塊和費用計算模塊，電量計量模塊採用電量計量晶片，實時監測電量的消耗，充電完成後充電樁內的控制模塊統計充電時長內消耗的總電量，並計算出該次充電的費用；

步驟7：退還剩餘金額；在步驟5的電動自行車充電完成後，將步驟6中計算出的充電的費用利用gprs模塊發送至雲伺服器，雲伺服器對充電的費用進行結算，並將多餘的金額退還至用戶手機的帳戶中；

步驟8：通知用戶充電完成；充電完成後，充電樁自動斷開充電連接，並利用gprs模塊將充電完成信息傳輸至雲伺服器，由雲伺服器將用戶充電完成信息發送至用戶手機上，提醒用戶充電已完成。

所述的充電樁上設有的預約充電位數量和非預約充電位數量各佔充電位總數量的一半，每個充電樁上的充電位均通過設置在充電位上方的數字牌進行依次編號。

充電樁內置費用結算前置判斷模塊，當電動自行車完成充電或物理連接斷開時，充電樁會自動運行費用結算前置判斷模塊，費用結算前置判斷模塊自動判斷事件發生的類別，並根據事件發生的類別執行不同的應對方法；若電動自行車完成充電，費用結算前置判斷模塊經過邏輯判斷成立後會斷開充電樁的供電系統與輸電線的內置連接，防止充電樁內的設備再持續消耗電量；若用戶不小心斷開了物理連接，費用結算前置判斷模塊允許用戶在10秒鐘的時間內進行重新連接；若用戶有急事需要離開，費用結算前置判斷模塊會在10秒鐘後為用戶結算費用並初始化系統，等待下一位用戶的到來。

所述充電樁還包括通過充電卡進行充電的方式，所述充電卡的接受支付方式為id卡支付，即所有的費用信息均存儲在雲端的資料庫上，掃描充電卡上的二維碼登錄雲伺服器，若已有關聯的雲端帳戶則輸入密碼後直接開始充電，若無關聯的雲端帳戶則在雲伺服器上生成新的帳戶，並關聯微信號，設置密碼，提示用戶充值，在用戶充值完畢後開始對用戶的電動自行車車進行充電。

所述充電樁內還設置有非正常充電報警模塊，判斷是否正常充電；在拔掉插頭後繼電器斷開，自動停止供電。

所述充電樁內還設置有藍牙模塊，藍牙模塊與單片機連接並控制充電樁內整個系統的初始化，維修工的手機內設置有軟體層面自動安裝的腳本，維修可以通過手機與充電樁藍牙連接，並利用手機對充電樁內的系統初始化來實現。

用戶通過用戶手機上的app登錄充電樁的雲伺服器，充電樁的雲伺服器支持用戶網銀、支付寶和微信三種付款方式；充電樁上還設置有刷卡模塊，用戶通過刷卡模塊上的刷卡實現充電金額的支付。

非預約用戶在充電樁上進行充電時，若充電樁上存在非預約充電位則可以直接在非預約充電位上進行充電；若充電樁上的非預約充電位全部被使用，則可以通過掃描充電樁上的二維碼下載用於預約的app軟體，在成為預約用戶後對該充電樁剩餘預約充電位進行查詢；非預約用戶在成為預約用戶後若剩餘的預約充電位並沒有預定滿，則可以選取空閒的預約充電位進行充電操作。

上述實施例只是本發明的較佳實施例，並不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護範圍內。