CN110341536A - 一种基于物联网的电动车智能充电器及管理控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的电动车智能充电器及管理控制方法。包括主控模块，主控模块与电源模块、联网模块、按键模块、显示模块、存储模块、报警模块和电流采集模块、直流充电模块、电量计量模块以及电池类型检测模块全部进行信号连接。可以实现对用户电瓶车的电池进行类型自适应充电，让充电更安全、便捷、透明，智能充电器可以直接对电瓶车直流充电，并且自适应电池类型，提供电池类型检测、电流检测，功率检测及充满提醒等安全措施，控制方法还包括远程服务器、手机终端APP。主要实现用户手机端可以远程管理电动车的充电，支付，监控等功能。

Description

一种基于物联网的电动车智能充电器及管理控制方法

技术领域

本发明涉及电动车充电系统领域，尤其是一种基于物联网的电动车智能充电器及管理控制方法。

背景技术

随着社会对绿色交通的普及，电动自行车作为一种集绿色、环保、经济的交通工具正在以前所未有的速度发展着。针对电动车智能充电，现有技术在这方面也在不断地探索，特别是物联网概念的出现，伴随着大量的新技术涌现，如：

CN201410730790.9 《一种基于物联网的电动汽车无线充电系统》，调配器和微波功率源设置在路灯灯桩内，调配器通过同轴电缆与地下的电网电源连接，路灯灯桩朝向路面侧还设有天线支架，发射阵列天线设置在天线支架外端，波导管设置在天线支架内；还包括供电控制器，与调配器和微波功率源连接；受电端，包括无线微波接收天线、与无线微波接收天线连接的整流电能接收器，整流电能接收器输出端向充电电池供电，整流电能接收器控制端与车载控制器连接，在车载控制器控制下向充电电池供电。

CN201711139021.1 《基于物联网的直流充电桩》，包括电源单元、主控单元、保护及监测单元、人机交互单元、管理服务器、输出单元、辅助电源单元和计费单元，所述电源单元的输入端与外部电源连接，所述电源单元的一路输出端与输出单元的输入端连接，所述电源单元的另一路输出端与辅助电源单元的输入端连接，所述主控单元与电源单元双向通信连接，所述保护及监测单元、人机交互单元和计费单元与主控单元双向通信连接，所述主控单元与管理服务器双向通信连接，所述辅助电源单元为主控单元、保护及监测单元、人机交互单元和计费单元提供直流电源。

CN201710172947.4 《基于物联网的电动汽车智能充电装置及方法》，包括：用于连接远端的运营中心的通讯模块、用于对车辆进行认证的身份识别模块、用于进行计费和扣费的支付模块、用于为电动汽车充电的充电模块、用于控制的智能控制模块；其中所述智能控制模块连接所述通讯模块、身份识别模块、支付模块、充电模块；其中电动汽车内设有车载终端以连接诶远端的运营中心，且动力电池内也设有RFID标签以唯一的标识该动力电池；其中所述支付模块通过所述通讯模块连接远端的运营中心以根据电动汽车对应的支付模式进行支付。

CN201811615069.X 《一种基于NBIoT物联网的充电桩系统》，本系统包括智能充电桩、物联网连接平台，充电桩用户平台及充电桩管理平台；智能充电桩用于接收来自用户手机终端、IC储值卡或投币三种途径的充电请求，并对电动车提供充电服务；智能充电桩包括主控制器、充电电源系统、读卡器、投币器、NBIoT无线通信模块等；物联网连接平台通过NBIoT无线通信模块与主控制器进行MQTT长连接实现实时双向通信；充电桩用户平台用于接收用户的充电请求，并通过物联网连接平台下发至主控制器；充电桩管理平台用于接收管理员对主控制器的运行参数配置命令，由物联网连接平台转发至主控制器。

CN201810050367.2 《一种电动车智能充电系统及方法》，由服务器、1个以上的智能网关和1个以上的智能充电终端组成。服务器安装在控制中心内，智能网关安装在不同的充电点内，智能充电终端安装在充电点的不同充电位置上。智能充电终端与智能网关连接，智能网关均与服务器连接。每个智能网关均包括电源模块、单片机控制模块、串行接口电路、以太网通信模块和无线通信模块。

然而，现有实际运用中，为了保证电动自行车能够集中、方便的充电，市面上的小区充电桩基本上还是采用AC220V高压充电规格，充电模式简单，用户需要自带充电器进行充电，由于每个品牌的充电器的充电效率参差不齐，对电池的损害大，并且这种充电器大都没有电流检测报警，功率检测报警，过充检测提醒等安全措施，存在很大的安全隐患，并且支付方式多为硬币、磁卡，少数支持移动支付，消费透明度低，在安全和效率方面用户体验不够好，难以做到规模化的管理运营。

因此，如何破解基于物联网智能充电技术与实际运用现状，进一步提高智能充电设施的市场适应性，提供更好的物联网智能充电技术是本领域的奋斗方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种新的基于物联网的电动车智能充电器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案之一如下：

一种基于物联网的电动车智能充电器，包括主控模块，主控模块与电源模块、联网模块、按键模块、显示模块、存储模块、报警模块和电流采集模块、直流充电模块、电量计量模块以及电池类型检测模块全部进行信号连接；

所述电源模块给主控模块和其他模块进行供电；

联网模块提供主控模块与远程服务器进行联网通信功能；

按键模块用于紧急情况下停止充电的功能；

显示模块用于指示当前电动车的电池的类型和充电状态；

存储模块用于存储用户的临时信息，防止意外停电导致重要数据丢失；

报警模块用于指示充电过程中的电流异常、功率异常和充满提醒功能；

电流采集模块用于采集每个电池的充电电流；

直流充电模块用于给电池直流充电；

电池类型检测模块用于自动检测出当前的电池类型，从而自动切换充电电压和充电模式。

进一步，主控模块与联网模块是通过串口通信的，主控模块通过联网模块私有协议陪配置通信参数，主控模块与按键模块使用普通的IO口输入，主控通过高低电平来判断按键是否按下或者弹起；主控模块与显示模块通过spi通信来传输显示数据，包括坐标和字符信息；主控模块与存储模块是通过iic通信来读写存储芯片的数据，包括从存储芯片里读取数据，向存储芯片中写入数据；主控模块与报警模块通过IO口配合三极管驱动电路来驱动蜂鸣器的声音，通过电平变化频率来表达不同的报警类型；主控模块与电流检测模块通过spi通信来读取专用的电流检测芯片中采集的电流数据；主控模块与电流充电模块是通过io口来控制MOS管对电流进行输出，每一个IO口对应一路充电端口；主控模块与电量计量模块通过spi通信来读取电量计量模块中采集的电量数据，包括功率，功率因数，用电量等数据；主控模块与电池类型检测模块通过io口进行控制，通过io口控制不同电压的充电电路结合电流检测模块来进行综合判断电池类型。

进一步，所述电流采集模块针对每个充电口的一个电流采集电路实现，通过模数转换电路把实时的充电电流数据获取到，作为远程发送和本地报警的判断依据。更进一步，充电电流检测是电流采集模块用于采集每个电池的充电电流，将基准电压和充电通道的实际电压输送给专用的功率计量芯片HLW8032，计量芯片会自动计算出充电电压和充电电流的数据，通过串口通信方式的TX引脚发送给主控。

进一步，所述直流充电模块根据不同的电池类型输出不同电压的直流电流，供给电池充电，在电池在不同的电量状态下提供不同方式的充电方法。

进一步，充电功率检测是通过电力计量检测电路的专用电力计量芯片HLW8032计算得到的功率值。

进一步，所述联网模块是通过有线或者无线的通信模块，其中无线的通信模块包括2G、3G 、4G以及5 G模块，5 G模块包括NB-IOT模块，通过不同的通信方式让主控模块与远程服务器进行网络连接，打通双方的数据发送与接收。

进一步，所述存储模块是由片外FLASH芯片构成，通过SPI协议与主控模块进行数据传输，存储每个用户当前的重要数据，包括充电状态、充电阶段、充电定时时间等信息，防止意外断电导致重要数据丢失。

进一步，所述报警模块通过蜂鸣器来实现报警，主要是充电电流检测报警、充电功率检测报警、充满状态提醒，属于本地功能的报警，主控每间隔5s会检测当前充电端口的充电功率，根据电力计量芯片获取的充电功率值来判断是否达到了充满功率阈值，例如充电功率<=0.1W，那么主控认为该端口已经充满，就会驱动报警模块的蜂鸣器发出报警的声音。

进一步，所述电源模块根据不同模块的供电电压需求来进行相应的电源供应，保证每个模块都能够正常稳定的工作。

进一步，所述按键模块为针对每个充电口的紧急断电按钮，防止意外情况下，第一时间通过物理按键来进行断电。

进一步，电量计量模块用来统计和计算每个充电口的用电量。

本发明采用的技术方案之二如下：

一种基于上述的电动车智能充电器的充电管理控制方法，还包括远程服务器，手机终端APP,远程服务器与智能充电器进行网络连接，提供设备与服务器保持实时连接，提供设备的数据接收，用户基本数据、充电数据、支付数据等数据的数据库储存，控制设备指令下发，手机终端APP请求的数据服务功能；

手机终端APP主要是提供安卓、苹果和鸿蒙三大操作系统的手机的充电管理应用程序，功能包括充电设置。

本发明的有益效果为：该充电器将充电桩的220v交流充电方式采用直流充电，并且加入了多种安全检测措施，可以实现对用户电瓶车的电池进行类型自适应充电，让充电更安全、便捷、透明，智能充电器可以直接对电瓶车直流充电，并且自适应电池类型，提供电池类型检测、电流检测，功率检测及充满提醒等安全措施，控制方法还包括远程服务器、手机终端APP。主要实现用户手机端可以远程管理电动车的充电，支付，监控等功能。

附图说明

图1为本发明电动车智能充电器模块组成关系图；

图2为本发明自动检测出当前的电池类型及自动切换充电电压和充电模式流程图；

图3为本发明充电电流检测电路图；

图4为本发明充电管理控制方法架构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于物联网的电动车智能充电器，包括主控模块101，主控模块101与电源模块102、联网模块103、按键模块104、显示模块105、存储模块106、报警模块107和电流采集模块110、直流充电模块111、电量计量模块112、电池类型检测模块113全部进行信号连接。联网模块103、按键模块104、显示模块105、存储模块106、报警模块107和电流采集模块110、直流充电模块111、电量计量模块112、电池类型检测模块113都受控于主控模块101。

电动车智能充电器的主控模块101是充电器的控制核心模块，采用足够功能的微控制单元MCU作为主控芯片。电源模块102给主控模块101和其他模块进行供电，联网模块103提供主控模块101与远程服务器进行联网通信功能，按键模块104用于紧急情况下停止充电的功能，显示模块105用于指示当前电动车的电池的类型和充电状态，存储模块106用于存储用户的临时信息，防止意外停电导致重要数据丢失，报警模块107用于指示充电过程中的电流异常、功率异常和充满提醒等功能，电流采集模块110用于采集每个电池的充电电流，直流充电模块111用于给电池直流充电的功能，电池类型检测模块113用于自动检测出当前的电池是属于哪种类型，从而自动切换充电电压和充电模式。

如图2所示，自动检测出当前的电池类型及自动切换充电电压和充电模式流程：

(1)、通过充电电路选择默认的DC24V电源给电池供电，判断此时的充电电流值是否大于等于0.2A，如果是就说明该电池已经充电中，该电池就属于24V电池类型；

（2）、如果不是，则通过充电电路选择默认的DC36V电源供电，判断此时的充电电流值是否大于等于0.15A，如果是就说明该电池已经充电中，该电池就属于36V电池类型；

（3）、如果不是，则通过充电电路选择默认的DC48V电源供电，判断此时的充电电流值是否大于等于0.1A，如果是就说明该电池已经充电中，该电池就属于48V电池类型；

（4）、如果不是，则通过充电电路选择默认的DC60V电源供电，判断此时的充电电流值是否大于等于0.05A，如果是就说明该电池已经充电中，该电池就属于60V电池类型。

主控模块与联网模块是通过串口通信的，主控模块通过联网模块私有协议陪配置通信参数，例如服务器IP和端口参数，然后透传数据进行数据通信。主控模块与按键模块使用普通的IO口输入，主控通过高低电平来判断按键是否按下或者弹起。主控模块与显示模块通过spi通信来传输显示数据，包括坐标和字符信息。主控模块与存储模块是通过iic通信来读写存储芯片的数据，包括从存储芯片里读取数据，向存储芯片中写入数据。主控模块与报警模块通过IO口配合三极管驱动电路来驱动蜂鸣器的声音，通过电平变化频率来表达不同的报警类型。主控模块与电流检测模块通过spi通信来读取专用的电流检测芯片中采集的电流数据。主控模块与电流充电模块是通过io口来控制MOS管对电流进行输出，每一个IO口对应一路充电端口。主控模块与电量计量模块通过spi通信来读取电量计量模块中采集的电量数据，包括功率，功率因数，用电量等数据。主控模块与电池类型检测模块通过io口进行控制，通过io口控制不同电压的充电电路结合电流检测模块来进行综合判断电池类型。

电源模块102是给主控模块以及其他模块进行统一供电的电源模块，根据不同模块的供电电压需求来进行相应的电源供应，保证每个模块都能够正常稳定的工作。

电源模块内部分为了不同类型的电压供电电路，通过主控模块的io口依次来控制切换不同电压类型的电路对电池进行充电，然后通过电流检测模块读取当前充电电流的数据是否达到正常充电的阈值，例如100mA,程序来判断当前电压是否与电池类型匹配，依次扫描和判断，直到找到匹配的电池类型，就使用该电压电路对电池进行充电。

联网模块103是通过有线或者无线的通信模块，其中无线的通信模块包括2G、3G 、4G以及包括NB-IOT的5 G模块，通过不同的通信方式让主控模块与远程服务器进行网络连接，打通双方的数据发送与接收。

按键模块104是针对每个充电口的紧急断电按钮，防止意外情况下，可以第一时间通过物理按键来进行断电，这是一个安全方面的功能。

所述的显示模块主要是起到指示作用，可以是显示屏也可以是LED灯的方式，一方面，用来提示当前电动车的电池的类型，常用的电动车电池类型分为24V、36V、48V、60V，根据不同的电池类型指示不同的状态，方便用户了解和反馈电动车的电池类型，另一方面，用来提示当前电动车充电的状态，一般分为未充电、充电中、已充满三种状态，方便用户了解电池的状态。

存储模块106是由片外FLASH芯片构成，通过SPI协议与主控进行数据传输，存储每个用户当前的重要数据，包括充电状态、充电阶段、充电定时时间等信息，防止意外断电导致重要数据丢失。

报警模块107主要是蜂鸣器来实现报警，主要是充电电流检测报警、充电功率检测报警、充满状态提醒，属于本地功能的报警。

由于充电电流和电压检测是通过专用的电力计量芯片获得的，主要在芯片内部实现的。

充电电流检测电路如图3所示，是电流采集模块用于采集每个电池的充电电流，将基准电压和充电通道的实际电压输送给专用的功率计量芯片HLW8032，计量芯片会自动计算出充电电压和充电电流的数据，通过串口通信方式的TX引脚发送给主控。

充电功率检测是通过电力计量检测电路的专用电力计量芯片HLW8032计算得到的功率值。

主控每间隔5s会检测当前充电端口的充电功率，根据电力计量芯片获取的充电功率值来判断是否达到了充满功率阈值，例如充电功率<=0.1W，那么主控认为该端口已经充满，就会驱动报警模块的蜂鸣器发出报警的声音。

电流采集模块110是针对每个充电口的一个电流采集电路实现，通过模数转换电路把实时的充电电流数据获取到，作为远程发送和本地报警的判断依据。

直流充电模块111就是通过直流主流充电电路实现的，根据不同的电池类型输出不同电压的直流电流，供给电池充电，在电池在不同的电量状态下提供不同方式的充电方法，保证充电效率的情况下还要保护电池。

电量计量模块112用来统计和计算每个充电口的用电量，可以使用专用的电力计量芯片来采集数据，主要给用户的计费提供精准的依据。

电池类型检测模块113是一个电池类型的检测电路和算法实现的，电动车常用的电池类型包括，24V、36V、48V、60V四种类型，所以可以根据这4种电压的特点来检测出当前插口的电动车电池类型，进而自适应匹配的电压进行充电，免去了用户自己选择电池类型的困扰。

电力计量检测电路如图3所示，将基准电压和充电通道的实际电压输送给专用的功率计量芯片HLW8032，计量芯片会自动计算出充电电压和充电电流的数据，通过串口通信方式的TX引脚发送给主控。

如图4所示，本发明还提供了基于物联网的电动车智能充电管理控制方法，除了电动车智能充电器，还包括远程服务器203，手机终端APP204,远程服务器203与电动车智能充电器201进行网络连接，电动车智能充电器201连接电动车202，提供设备与服务器保持实时连接，提供设备的数据接收，用户基本数据、充电数据、支付数据等数据的数据库储存，控制设备指令下发，手机终端APP请求的数据服务等功能。手机终端APP主要是提供了安卓、苹果和鸿蒙三大操作系统的手机的充电管理应用程序，功能包括充电设置，例如电动车的定时充电时间、充电时长、充电方式；还有充电过程中的报警和提醒，例如电流异常报警、功率异常报警、电池温度报警、电池充满提醒、充电剩余时间及剩余电量，以及根据历史充电数据推断出电动车电池的生命状况，给出电池保养事项或者更换电池；还有充电的计费、支付功能。

智能充电过程如下：

（1）.打开手机app，扫描智能充电器的二维码，或者搜索附近的智能充电器，找到当前的充电器；

（2）.选择充电端口，插上电动车充电口；

（3）.智能充电器开始匹配电池类型，匹配成功后，显示准备充电状态；

（4）.APP选择开始充电，选择充电模块，定时充电、指定电量充电等；

（5）.充电结束后，拔掉插头，系统停止充电；

(6).系统计算费用，生成订单，提醒付款；

(7).充电结束。

该充电器将充电桩的220v交流充电方式改为直流充电，并且加入了多种安全检测和功能，可以实现对用户电瓶车的电池进行类型自适应充电，让充电更安全、便捷、透明，智能充电器可以直接对电瓶车直流充电，并且自适应电池类型，提供电流检测，功率检测及充满提醒等安全措施，控制方法还包括远程服务器、手机终端APP。主要实现用户手机端可以远程管理电动车的充电，支付，监控等功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的电动车智能充电器，包括主控模块，其特征在于，主控模块与电源模块、联网模块、按键模块、显示模块、存储模块、报警模块和电流采集模块、直流充电模块、电量计量模块以及电池类型检测模块全部进行信号连接；

所述电源模块给主控模块和其他模块进行供电；

联网模块提供主控模块与远程服务器进行联网通信功能；

按键模块用于紧急情况下停止充电的功能；

显示模块用于指示当前电动车的电池的类型和充电状态；

存储模块用于存储用户的临时信息，防止意外停电导致重要数据丢失；

报警模块用于指示充电过程中的电流异常、功率异常和充满提醒功能；

电流采集模块用于采集每个电池的充电电流；

直流充电模块用于给电池直流充电；

电池类型检测模块用于自动检测出当前的电池类型，从而自动切换充电电压和充电模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，主控模块与联网模块是通过串口通信的，主控模块通过联网模块私有协议陪配置通信参数，主控模块与按键模块使用普通的IO口输入，主控通过高低电平来判断按键是否按下或者弹起；主控模块与显示模块通过spi通信来传输显示数据，包括坐标和字符信息；主控模块与存储模块是通过iic通信来读写存储芯片的数据，包括从存储芯片里读取数据，向存储芯片中写入数据；主控模块与报警模块通过IO口配合三极管驱动电路来驱动蜂鸣器的声音，通过电平变化频率来表达不同的报警类型；主控模块与电流检测模块通过spi通信来读取专用的电流检测芯片中采集的电流数据；主控模块与电流充电模块是通过io口来控制MOS管对电流进行输出，每一个IO口对应一路充电端口；主控模块与电量计量模块通过spi通信来读取电量计量模块中采集的电量数据，包括功率，功率因数，用电量等数据；主控模块与电池类型检测模块通过io口进行控制，通过io口控制不同电压的充电电路结合电流检测模块来进行综合判断电池类型。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述电流采集模块针对每个充电口的一个电流采集电路实现，通过模数转换电路把实时的充电电流数据获取到，作为远程发送和本地报警的判断依据。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述直流充电模块根据不同的电池类型输出不同电压的直流电流，供给电池充电，在电池在不同的电量状态下提供不同方式的充电方法。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，充电功率检测是通过电力计量检测电路的专用电力计量芯片HLW8032计算得到的功率值。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述联网模块是通过有线或者无线的通信模块，其中无线的通信模块包括2G、3G 、4G以及5 G模块，5 G模块包括NB-IOT模块，通过不同的通信方式让主控模块与远程服务器进行网络连接，打通双方的数据发送与接收。

7.权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述存储模块是由片外FLASH芯片构成，通过SPI协议与主控模块进行数据传输，存储每个用户当前的重要数据，包括充电状态、充电阶段、充电定时时间等信息，防止意外断电导致重要数据丢失。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述报警模块通过蜂鸣器来实现报警，主要是充电电流检测报警、充电功率检测报警、充满状态提醒，属于本地功能的报警，主控每间隔5s会检测当前充电端口的充电功率，根据电力计量芯片获取的充电功率值来判断是否达到了充满功率阈值，例如充电功率<=0.1W，那么主控认为该端口已经充满，就会驱动报警模块的蜂鸣器发出报警的声音。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的电动车智能充电器，其特征在于，所述电源模块根据不同模块的供电电压需求来进行相应的电源供应，保证每个模块都能够正常稳定的工作；所述按键模块为针对每个充电口的紧急断电按钮，防止意外情况下，第一时间通过物理按键来进行断电；电量计量模块用来统计和计算每个充电口的用电量。

10.一种基于权利要求1或2所述的电动车智能充电器的充电管理控制方法，其特征在于，还包括远程服务器，手机终端APP,远程服务器与智能充电器进行网络连接，提供设备与服务器保持实时连接，提供设备的数据接收，用户基本数据、充电数据、支付数据等数据的数据库储存，控制设备指令下发，手机终端APP请求的数据服务功能；

手机终端APP主要是提供安卓、苹果和鸿蒙三大操作系统的手机的充电管理应用程序，功能包括充电设置；

智能充电过程如下：

（1）.打开手机app，扫描智能充电器的二维码，或者搜索附近的智能充电器，找到当前的充电器；

（2）.选择充电端口，插上电动车充电口；

（3）.智能充电器开始匹配电池类型，匹配成功后，显示准备充电状态；

（4）.APP选择开始充电，选择充电模块，定时充电、指定电量充电；

（5）.充电结束后，拔掉插头，系统停止充电；

(6).系统计算费用，生成订单，提醒付款；

(7).充电结束。