一種新能源汽車充電樁預(yù)充值計費方法

一種新能源汽車充電樁預(yù)充值計費方法摘要在新能源汽車中，純電動、插電式混合汽車目前為主要的動力形式，這類車輛都有共同的特點，需要對車輛進行充電。共用充電設(shè)施通常需要對充電進行計量并進行計費結(jié)算，本文嘗試采用了一種預(yù)充值計費扣費的方法，在充電樁和汽車之間建立通訊鏈路，使充電樁可以識別汽車的動力要求、充電參數(shù)，并能夠進行從汽車的預(yù)充值計費卡中扣除充電費用，從而實現(xiàn)充電過程的全程可控，方便充電服務(wù)實現(xiàn)自動化、智能化。關(guān)鍵詞：新能源汽車，充電樁，預(yù)充值計費，電力載波（PLC）AprepaidbillingmethodfortheelectricvehiclechargepileInthenewenergyvehicles,pureelectricandplug-inhybridcarsasthemainformofpoweratpresent,thiskindofcarsallhaveacommoncharacteristic,needtochargetoavehicle.Commonchargingfacilitiesoftenneedtomeasureandchargeforbilling,thispapertriestoadoptakindofthepreloadeddeductionofbillingmethods,setsupacommunicationlinkbetweenpileandcarincharge,makechargingpilecanidentifytheautopowerrequirements,parameters,andcanbedeductedfromthecarthepreloadedbillingcardchargefees,soastorealizecontrollableinthewholeprocessofthechargingprocessandconvenientcharging,automaticandintelligentserviceimplementation?KeyWords:Newenergyvehicles,chargingpile,prepaid,powerlinecarrier(PLC)引言：現(xiàn)有電動汽車充電樁分為不計費充電樁、計時計費充電樁和計量計費充電樁等幾種形式。不計費的充電樁局限性很大，僅限于給有針對性的用戶群體使用。計時計費只是粗略的根據(jù)充電時間長短收取費用，不能科學(xué)的計量，誤差太大。計量計費的方式是比較精確計算用戶使用量，并根據(jù)充電的電量來收取費用的，在計費方法上是更加公平合理的。目前計量計費的充電過程是，啟動充電并開始計量，充電結(jié)束后根據(jù)計量結(jié)果進行收費結(jié)算，可以是刷卡方式結(jié)算也可以是現(xiàn)金或者其他方式結(jié)算。但由于電動汽車的充電過程相對較長，中間的充電過程尚且做不到全程受控，多個環(huán)節(jié)仍然需要人工處理，難以實現(xiàn)智能化、自動化的控制和計費結(jié)算。本文嘗試使用電力載波PLC技術(shù)實現(xiàn)充電樁和汽車之間通訊，實現(xiàn)整個充電過程受控，精確計量計費的一種計費方法。（一）系統(tǒng)構(gòu)成本文中的預(yù)充值計費系統(tǒng)由兩個部分構(gòu)成，分別是：充電樁部分和車輛部分。充電樁部分和車輛部分使用充電電纜為介質(zhì)，采用電力載波通訊技術(shù)進行實時通訊，這樣可以在普通的三線單相交流電源插座上實現(xiàn)車輛和充電樁之間的相互通訊。對于新國標中，使用帶有輔助電源和通訊弱電接口的充電槍，則不需要采用電力載波模塊。圖1是整個系統(tǒng)的原理框圖。遠程通訊至^管理主機._+車輛識別應(yīng)答器（儲值器）,1用戶操作 一》智能化控制器數(shù)據(jù)采集"和控制I通訊信號信號分離器通訊丄電源信號*丨供給信號分離器^動力源入電力適配器充電機八電電纜計量和控制至車輛充電輔助電源遠程通訊至^管理主機._+車輛識別應(yīng)答器（儲值器）,1用戶操作 一》智能化控制器數(shù)據(jù)采集"和控制I通訊信號信號分離器通訊丄電源信號*丨供給信號分離器^動力源入電力適配器充電機八電電纜計量和控制至車輛充電輔助電源充電樁部分 車輛部分圖1系統(tǒng)構(gòu)成的原理框圖1?充電樁部分充電樁部分由充電適配器、輔助電源、信號分離器、計量和控制和智能化控制器構(gòu)成，其功能如下：1）電力適配器電力適配器是從市電向車輛充電機所需要的電能進行轉(zhuǎn)換的適配器。2）輔助電源輔助電源是在控制器控制充電設(shè)備向車輛提供電力輸出之前，為車輛部分的車輛識別應(yīng)答器（儲值器）提供臨時電源的。3）信號分離器信號分離器是將通訊信號從電力線纜上分離出來并和電力線網(wǎng)絡(luò)隔離的，在發(fā)送通訊指令時將通訊信號合并到電力線上。4）計量和控制計量和控制是用來計量充電所消耗的能源總量，并且允許智能化控制器根據(jù)計費情況控制啟動充電和終止充電過程的。5）智能化控制器智能化控制器是充電樁的核心部分，主要用來對車輛進行識別，有效的控制充電過程，并根據(jù)充電消耗的電量進行計費、扣費、結(jié)算。車輛部分車輛部分是配合原有充電電纜，完成車輛身份識別和應(yīng)答，并且能夠存儲用戶預(yù)交費金額、結(jié)算方式、結(jié)算明細信息的設(shè)備，主要由：電力適配器、信號分離器和車輛識別應(yīng)答器（儲值器）構(gòu)成。1）充電機充電機有車載和非車載的區(qū)分，主要是將外部電力轉(zhuǎn)換成電池組所需要的直流電壓，并提供給車輛的充電電路完成充電的。2）信號分離器同充電樁部分類似，信號分離器是將通訊信號和電力線進行合成與分離的，同時有將通訊信號和電力網(wǎng)絡(luò)隔離的作用。3）車輛應(yīng)答識別器車輛部分的車輛識別應(yīng)答器（儲值器）作為充電管理的應(yīng)答設(shè)備，主要負責同充電樁之間的身份驗證、車輛類型識別，存儲用戶預(yù)充值明細、余額及充電扣費明細等信息。二）充電控制過程當車輛充電電纜連接到充電樁時，充電樁并不向車輛輸出動力電源，而是通過輔助電源提供給車輛應(yīng)答識別器工作所需要的電源。車輛應(yīng)答識別器開始和充電樁的智能化控制器進行通訊，確定該車輛是否能夠在本充電樁進行充電，獲取車輛充電所需要的動力要求等，并根據(jù)計費規(guī)則確定本次充電是合法的。在確定本次充電合法的情況下，充電樁通過計量和控制設(shè)備控制啟動充電過程，向車輛輸出合乎要求的動力電源。充電過程中，智能化控制器實時的根據(jù)計量和控制設(shè)備的計量結(jié)果，進行費用計算，并且將數(shù)據(jù)傳送到車輛部分的車輛應(yīng)答識別器上，進行扣費操作。一旦車輛應(yīng)答識別器中的預(yù)充值余額不足或者充電電纜和充電插座分離，通訊中斷時，則充電樁自動停止動力電源輸出。當用戶結(jié)束充電過程，斷開充電電纜的連接時，智能化控制器自動控制充電樁不再向外輸出動力電源，完成一個充電過程。整個充電過程，充電樁和車輛應(yīng)答識別器保持著實時的通訊，并且將實時的計費金額從儲值器內(nèi)扣除。因此整個充電過程受控，不需要人工干預(yù)，充電開始和結(jié)束均不需要額外的人工操作，真正做到即插即用。（三）實驗情況根據(jù)圖1中的結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計了充電樁的部分和車輛部分的電路和控制程序，對系統(tǒng)的工作原理進行驗證。充電樁部分1） 智能化控制器采用了STM32F103處理器配合4.3吋電容式觸摸屏，完成整個充電過程的控制。2） 計量控制部分使用了通用的帶有485接口的電表，和交流接觸器，交流接觸器開關(guān)受智能化控制器的控制。3） 輔助電源采用電容分壓，對外提供小電流的交流電，在交流接觸器開啟之前，可以想歪提供車輛識別應(yīng)答器臨時工作的電源。4） 信號分離器由大功率的LC濾波網(wǎng)組成，可以將PLC電力載波信號從電力線上分離或合成到電力線上，并且阻止載波信號從電力線泄漏到市電網(wǎng)絡(luò)上。5） 實驗中不使用電力適配器，按照220v交流電提供給車輛的充電機。車輛部分1）車輛識別應(yīng)答器采用STC15W408AS作為處理器，256Kflash存儲器作為外部存儲，小功率寬輸入范圍的開關(guān)電源從電力線以獲取工作電源，當充電樁對外不供電是，由輔助電源提供的電力可以確保STC15W408AS正常工作。2） 信號分離器和充電樁部分類似，可以將PLC電力載波信號有效的分離與合成。3） 本次實驗充電機用其他用電設(shè)備替代。電纜及電力載波本次實驗中，使用單相交流電，模擬充電樁和模擬車輛之間使用標準的三線單相交流電力線纜，插座釆用國際電工標準的三芯插座，電力載波選用了MI200EX電力載波芯片，具有過零發(fā)送能力，最大通訊速率為1600bps?？刂瞥绦蛄鞒虉D2是充電樁的智能控制器和車輛識別應(yīng)答器的程序流程。檢測充電樁連接是否有應(yīng)答身份識別應(yīng)答器接入充電樁；識別是否成功發(fā)起身份識別請求應(yīng)答機交互應(yīng)答身份識別是否應(yīng)答.交互應(yīng)答充電狀態(tài)同步管理應(yīng)答超時清除當前狀態(tài)是否達到結(jié)束條執(zhí)行指令用戶操作等候是否充電結(jié)指令超時保存記錄結(jié)束本次充電*（扣費記錄保存）充電樁程序流程退出充電狀態(tài)檢測充電樁連接是否有應(yīng)答身份識別應(yīng)答器接入充電樁；識別是否成功發(fā)起身份識別請求應(yīng)答機交互應(yīng)答身份識別是否應(yīng)答.交互應(yīng)答充電狀態(tài)同步管理應(yīng)答超時清除當前狀態(tài)是否達到結(jié)束條執(zhí)行指令用戶操作等候是否充電結(jié)指令超時保存記錄結(jié)束本次充電*（扣費記錄保存）充電樁程序流程退出充電狀態(tài)車輛識別應(yīng)答指令處理器程序流程圖2充電樁智能控制器和車輛識別應(yīng)答器程序流程

四）實驗結(jié)果1．模擬充電樁接入市電，正常啟動運行，模擬對外充電口插座無動力輸出，僅由輔助電源可以對外提供不超過20ma的交流電流。2.將模擬汽車充電部分使用標準三芯插座,接入模擬充電樁的動力輸出插座（模擬充電口）,充電樁部分的智能控制器正確讀取車輛識別應(yīng)答器信息，獲取車輛類型和供電信息等，并確認是否可以提供動力輸出。3?對于合法的充電設(shè)備，智能控制器啟動充電過程，通過模擬對外充電口向模擬車輛充電部分輸出動力，不合法的用電器接入插座，則智能控制器控制不對外輸出動力。4.車輛部分的模擬充電機（其他用電器）獲得動力電源，開始工作。5?拔掉車輛部分的插座，模擬充電站的智能控制器通訊失敗，嘗試通訊后確認連接斷開則停止對外輸出動力。6?對模擬充電樁上存儲的數(shù)據(jù)進行提取，和實際模擬充電過程進行對比，可以有效的記錄充電過程和充電電量以及計費、扣費金額。7．對模擬車輛部分的車輛識別應(yīng)答器存儲器上數(shù)據(jù)進行提取，和實際模擬充電過程進行對比，可以有效的記錄充電時間、充電時長、充電樁信息、計費費率、充電電量和扣費金額以及余額等數(shù)據(jù)。&重復(fù)模擬充電過程，均能夠準確實現(xiàn)充電過程的工作和計費扣費，并存儲扣費金額等數(shù)據(jù)，存儲的數(shù)據(jù)將作為資金結(jié)算的依據(jù)。（五）結(jié)論本文以實驗的方式驗證了使用電力線載波通訊用于充電樁和汽車之間的通訊技術(shù)，在車輛端增加了和充電樁之間進行通訊的設(shè)備，用于充電樁對車輛的識別和認證，同時用于預(yù)充值計費。實驗結(jié)果表明：基于電力載波的通訊技術(shù),用于充電樁和車輛之間的通訊是完全可行的。車輛識別應(yīng)答器和充電樁之間的配合，可以實現(xiàn)充電樁的智能化控制管理，對于不同的車輛類型和供電要求等，在充電樁如果有適合的電力適配器與之配合，則充電樁可以實現(xiàn)對不同動力要求的車輛進行充電