一種能夠預約充電的電動自行車充電站的充電方法與流程

本發明涉及電動自行車充電領域，更具體的說，尤其涉及一種能夠預約充電的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采用“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，大部分充電樁采用的支付方式都是以投幣為主，也有部分充電樁支持刷卡支付、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：比如對于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，此類充電樁的結算單位只能精確到“元”，這對于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于充電樁的整體架構方法，比如沒有云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范圍。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，對于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，由于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，影響了后續用戶的使用；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后才能使用，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：

本發明的目的在于解決上述問題，提出了一種能夠預約充電的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，盡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、合理擊飛，把結算單元從“元”精確到“分”，并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：一種能夠預約充電的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云服務器、用戶手機、充電卡、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，預約用戶優先使用，非預約用戶僅在無預約用戶的情況下可以使用，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具有空閑的預約充電位，若所查詢的充電樁上具有預約充電位空閑，則可以在支付基本預約金后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閑，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，直接在充電樁上的非預約充電位進行充電；非預約用戶需要在預約充電位上進行充電時，需要先查詢剩余的預約充電位是否滿足即時充電要求，若滿足即時充電要求，則允許直接充電；若不滿足即時充電要求，同樣可以充電，但是同時提醒用戶在某時間點可能會停止充電而優先讓另一位預約用戶進行充電；

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，該充電樁啟動并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云服務器，云服務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，并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于或等于600w時，充電樁會拒絕充電并發出無法充電的語音提示；若電動自行車的充電功率小于600w，但如果進行充電則會使充電樁輸電線的總負載功率大于或等于2500w，則充電樁會拒絕充電并發出稍后充電的語音提示；只有同時滿足充電功率小于600w和總負載功率小于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回路電流的采集功能，光電耦合電路和繼電器完成控制負載用電回路通斷的功能，保護模塊完成短路保護功能；

步驟4：用戶進行預付費：用戶利用充電卡進行支付，充電樁上設置有讀卡器，讀卡器讀取用戶的充電卡上的用戶身份信息，由充電樁的gprs模塊將充電卡上的用戶身份信息與充電樁設備信息上傳至云服務器，云服務器接受信息然后鎖定充電樁與該充電樁對應的云端賬戶，云服務器對用戶充電卡的支付請求進行處理，若充電卡上的余額足夠，云服務器將該結果通過建立的通訊頻道發送到充電樁上，然后由充電樁的控制模塊控制電動自行車的充電；若充電卡上的余額不足則提醒用戶利用充電卡上的二維碼對充電卡進行充值；

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并換算成充電費用；當充電費用大于或等于充電卡內剩余金額金額時，充電樁停止供電；當充電費用小于充電卡內剩余金額金額時，判斷充電功率是否小于指定值；若充電功率大于指定值，則繼續供電；若充電功率小于指定值，則判斷物理連接是否斷開，如果物理連接沒有斷開，則延遲一個小時后停止充電并結算費用；若物理連接斷開，則延遲10s后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，否則停止充電并結算費用；

步驟6：充電費用計量；充電樁的計費模塊包括電流ad采樣模塊和電壓ad采樣模塊，利用電流ad采樣模塊和電壓ad采樣模塊采樣獲得的數據，利用充電樁的控制模塊計算出充電時長內消耗的總電量，并計算出該次充電的費用；

步驟7：退還剩余金額：在步驟5的電動自行車充電完成后，將步驟6中計算出的充電的費用利用gprs模塊發送至云服務器，云服務器對費用進行結算，并將多余的金額退還至用戶的充電卡或用戶手機的賬戶中；

步驟8：通知用戶充電完成；充電完成后，充電樁自動斷開充電連接，并利用gprs模塊將充電完成信息傳輸至云服務器，由云服務器將用戶充電完成信息發送至用戶手機上，提醒用戶充電完成。

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占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，用戶在用戶手機上通過指定的app查詢充電樁上是否具有預約充電位，用戶每支付基本預約金可以預約充電樁的預約充電位15分鐘，若需要預約超過15分鐘用戶可以通過支付基本預約金的倍數的金額來實現更長的預約時長。

進一步的，充電樁內置費用結算前置判斷模塊，當電動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時間發生的類別，并根據時間發生的類別執行不同的應對方法；若電動自行車完成充電，該模塊經過邏輯判斷成立后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秒鐘后為用戶結算費用并初始化系統，等待下一位用戶的到來。

進一步的，步驟3中對于首次辦理充電卡的用戶，在充電之前需要對充電卡進行充值操作，用戶通過用戶手機掃描充電卡上的二維碼進行云服務器的充值地址，云服務器獲取二維碼對應的充電卡信息并鎖定對應的第一次充值時建立的云端賬戶，用戶輸入充值金額后服務器對用戶手機賬戶進行繳費并云端賬戶充值相應的金額。

進一步的，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云端的數據庫上，掃描充電卡上的二維碼登錄云服務器，若已有關聯的云端賬戶則輸入密碼后直接開始充電，若無關聯的云端賬戶則在云服務器上生成新的賬戶，并關聯微信號，設置密碼，提示用戶充值，在用戶充值完畢后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；在拔掉插頭后繼電器斷開，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并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件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，并利用手機對充電樁內的系統初始化來實現。

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于預約的app軟件，在成為預約用戶后對該充電樁剩余預約充電位進行查詢；非預約用戶在成為預約用戶后若剩余的預約充電位并沒有預定滿，則可以選取空閑的預約充電位進行充電操作。

本發明的有益效果在于：

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，盡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，也預防了因為用戶采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于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；由于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，并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系數。

5、本發明利用充電卡進行充電操作，用戶可以通過掃描充電卡上的二維碼進入服務器后臺，并在云服務器中為充電卡進行充值，方便了用戶使用充電卡進行電動車充電的操作。

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，在充電完成后會將充電完成的信息由云服務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、本發明的預約充電位是預約用戶和非預約用戶可以共用的，但是在有預約的前提下預約用戶優先使用，既保證了預約用戶的使用需求，又保證了無預約用戶的前提下非預約用戶也可以充電，從而使充電樁本身不會被閑置。

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件層面上的維修操作。

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，一種能夠預約充電的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云服務器、用戶手機、充電卡、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，預約用戶優先使用，非預約用戶僅在無預約用戶的情況下可以使用，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具有空閑的預約充電位，若所查詢的充電樁上具有預約充電位空閑，則可以在支付基本預約金后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閑，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，直接在充電樁上的非預約充電位進行充電；非預約用戶需要在預約充電位上進行充電時，需要先查詢剩余的預約充電位是否滿足即時充電要求，若滿足即時充電要求，則允許直接充電；若不滿足即時充電要求，同樣可以充電，但是同時提醒用戶在某時間點可能會停止充電而優先讓另一位預約用戶進行充電；

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，該充電樁啟動并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云服務器，云服務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，并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于或等于600w時，充電樁會拒絕充電并發出無法充電的語音提示；若電動自行車的充電功率小于600w，但如果進行充電則會使充電樁輸電線的總負載功率大于或等于2500w，則充電樁會拒絕充電并發出稍后充電的語音提示；只有同時滿足充電功率小于600w和總負載功率小于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回路電流的采集功能，光電耦合電路和繼電器完成控制負載用電回路通斷的功能，保護模塊完成短路保護功能；

步驟4：用戶進行預付費：用戶利用充電卡進行支付，充電樁上設置有讀卡器，讀卡器讀取用戶的充電卡上的用戶身份信息，由充電樁的gprs模塊將充電卡上的用戶身份信息與充電樁設備信息上傳至云服務器，云服務器接受信息然后鎖定充電樁與該充電樁對應的云端賬戶，云服務器對用戶充電卡的支付請求進行處理，若充電卡上的余額足夠，云服務器將該結果通過建立的通訊頻道發送到充電樁上，然后由充電樁的控制模塊控制電動自行車的充電；若充電卡上的余額不足則提醒用戶利用充電卡上的二維碼對充電卡進行充值；

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并換算成充電費用；當充電費用大于或等于充電卡內剩余金額金額時，充電樁停止供電；當充電費用小于充電卡內剩余金額金額時，判斷充電功率是否小于指定值；若充電功率大于指定值，則繼續供電；若充電功率小于指定值，則判斷物理連接是否斷開，如果物理連接沒有斷開，則延遲一個小時后停止充電并結算費用；若物理連接斷開，則延遲10s后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，否則停止充電并結算費用；

步驟6：充電費用計量；充電樁的計費模塊包括電流ad采樣模塊和電壓ad采樣模塊，利用電流ad采樣模塊和電壓ad采樣模塊采樣獲得的數據，利用充電樁的控制模塊計算出充電時長內消耗的總電量，并計算出該次充電的費用；

步驟7：退還剩余金額：在步驟5的電動自行車充電完成后，將步驟6中計算出的充電的費用利用gprs模塊發送至云服務器，云服務器對費用進行結算，并將多余的金額退還至用戶的充電卡或用戶手機的賬戶中；

步驟8：通知用戶充電完成；充電完成后，充電樁自動斷開充電連接，并利用gprs模塊將充電完成信息傳輸至云服務器，由云服務器將用戶充電完成信息發送至用戶手機上，提醒用戶充電完成。

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占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。

用戶在用戶手機上通過指定的app查詢充電樁上是否具有預約充電位，用戶每支付基本預約金可以預約充電樁的預約充電位15分鐘，若需要預約超過15分鐘用戶可以通過支付基本預約金的倍數的金額來實現更長的預約時長。

充電樁內置費用結算前置判斷模塊，當電動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時間發生的類別，并根據時間發生的類別執行不同的應對方法；若電動自行車完成充電，該模塊經過邏輯判斷成立后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秒鐘后為用戶結算費用并初始化系統，等待下一位用戶的到來。

步驟3中對于首次辦理充電卡的用戶，在充電之前需要對充電卡進行充值操作，用戶通過用戶手機掃描充電卡上的二維碼進行云服務器的充值地址，云服務器獲取二維碼對應的充電卡信息并鎖定對應的第一次充值時建立的云端賬戶，用戶輸入充值金額后服務器對用戶手機賬戶進行繳費并云端賬戶充值相應的金額。

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云端的數據庫上，掃描充電卡上的二維碼登錄云服務器，若已有關聯的云端賬戶則輸入密碼后直接開始充電，若無關聯的云端賬戶則在云服務器上生成新的賬戶，并關聯微信號，設置密碼，提示用戶充值，在用戶充值完畢后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；在拔掉插頭后繼電器斷開，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并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件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，并利用手機對充電樁內的系統初始化來實現。

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于預約的app軟件，在成為預約用戶后對該充電樁剩余預約充電位進行查詢；非預約用戶在成為預約用戶后若剩余的預約充電位并沒有預定滿，則可以選取空閑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，并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范圍內。