一种能够预约充电的电动自行车充电站的充电方法与流程

本发明涉及电动自行车充电领域，更具体的说，尤其涉及一种能够预约充电的电动自行车充电站的充电方法。

背景技术：

随着人们对交通工具的需求加深与国家对环保政策的大力宣传，电动自行车逐渐成为人民短途出行的首选交通工具之一。“中国电动自行车产业创新高峰论坛”数据显示，中国电动自行车截止2013年保有量突破2亿辆，这可以说是交通工具行业的一场大变革。然而，随着电动自行车的拥有率越来越高，电动自行车“充电难”的问题也越来越明显。最具代表性的是电动自行车的电量不够往返一次的消耗，需要在往返的途中进行充电补给。因此，很多商家纷纷进入了电动自行车充电补给这一块市场，其中绝大部分商家都是采用“设立充电桩为需要充电的用户提供付费充电服务”的方法，随之而来的是市场上出现了各种类型的电动自行车充电桩。目前，大部分充电桩采用的支付方式都是以投币为主，也有部分充电桩支持刷卡支付、微信或支付宝等网络支付。但归根结底，以上支付方式都可归类为计时模式，比如一元钱供电三或四个小时不等；这种计费模式简单明了，但不合理之处也很明显：比如对于不同型号的电动自行车，其充电功率从150w到600w不等，甚至有些用户会付费为其它用电设备供电，由此带来的问题是计费单价偏高，否则可能会出现运营商亏损，即补贴电费的情况。与此同时，此类充电桩的结算单位只能精确到“元”，这对于经常需要充电的用户来说非常不合理。

归根结底，上述问题的出现主要是相关功能受限于充电桩的整体架构方法，比如没有云支付模块的充电桩只能使用投币的方式进行支付，这大大限制了充电桩使用时的计费、找零等其它相关功能。而这些功能也同时决定了其潜在消费用户的范围。比如只能进行投币的充电桩的消费用户绝大部分为临时需要充电的用户，对于长期需要充电的用户来说，此类充电桩不符合他们的长期消费利益。

同时，由于电动自行车供电站本身的数量限制，经常容易出现电动自行车供电站的所有充电位都已被使用无法充电的情况，而且经常会出现即使充电完成别人的车辆依旧插在充电位上的情况，影响了后续用户的使用；用户若是需要充电往往需要去较远的电动自行车供电站进行充电，而无法就近充电；而传统的电动自行车供电站无法预约使用，只能在等待别人车辆充电完成后才能使用，因此，设计一种能够预约的电动自行车供电站显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提出了一种能够预约充电的电动自行车充电站的充电方法，该充电方法能够实现预约充电，且能够通过刷卡、微信、支付宝等支付方式，尽可能的为用户支付提供方便，同时能够准确计算用户的耗电量、合理击飞，把结算单元从“元”精确到“分”，并且对用户的充电功率进行了限制，功率超过600w的电动车将无法付费充电，最大程度的确保了供电线路的安全。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种能够预约充电的电动自行车充电站的充电方法，所述的电动自行车供电站包括云服务器、用户手机、充电卡、分散在城市各个位置的充电桩以及待充电的电动自行车，该充电方法包括如下步骤：

步骤1：预约充电桩；在充电桩上设置专门的预约充电位，预约用户优先使用，非预约用户仅在无预约用户的情况下可以使用，在预约用户需要充电时，预约用户提前利用用户手机对附近的充电桩上的预约充电位进行查询，查询目标时段内所查询的充电桩上否是具有空闲的预约充电位，若所查询的充电桩上具有预约充电位空闲，则可以在支付基本预约金后成功预约该充电桩上的对应的预约充电位；若充电桩上没有预约充电位空闲，则预约失败；若充电桩上查询时段内预约充电位不能确定，则建议用户过段时间再进行预约；非预约用户需要充电时，直接在充电桩上的非预约充电位进行充电；非预约用户需要在预约充电位上进行充电时，需要先查询剩余的预约充电位是否满足即时充电要求，若满足即时充电要求，则允许直接充电；若不满足即时充电要求，同样可以充电，但是同时提醒用户在某时间点可能会停止充电而优先让另一位预约用户进行充电；

步骤2：连接充电桩；用户将电动自行车连接至已经预约的充电桩的对应预约充电位上，该充电桩启动并生成一个临时固定的ip，充电桩内的控制模块通过gprs模块将包含该ip的充电桩设备信息传输至云服务器，云服务器与该充电桩之间建立一个临时稳定的通讯频道；

步骤3：充电桩进行充电功率识别：利用功率限制模块对充电功率进行识别，并根据充电功率判断是否进行充电；当用户待充电的电动自行车充电功率大于或等于600w时，充电桩会拒绝充电并发出无法充电的语音提示；若电动自行车的充电功率小于600w，但如果进行充电则会使充电桩输电线的总负载功率大于或等于2500w，则充电桩会拒绝充电并发出稍后充电的语音提示；只有同时满足充电功率小于600w和总负载功率小于2500w的情况才允许用户进行充电预付费模块；

功率限制模块包括单片机、工作状态指示模块、数据检测模块、继电器、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路和a/d转换模块，单片机分别连接工作状态指示模块、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路、a/d转换电路，a/d转换电路连接数据检测模块，光电耦合电路与继电器连接，继电器和数据检测模块与保护模块串联，单片机完成数据处理和输出控制功能，数据检测模块完成对负载用电回路电流的采集功能，光电耦合电路和继电器完成控制负载用电回路通断的功能，保护模块完成短路保护功能；

步骤4：用户进行预付费：用户利用充电卡进行支付，充电桩上设置有读卡器，读卡器读取用户的充电卡上的用户身份信息，由充电桩的gprs模块将充电卡上的用户身份信息与充电桩设备信息上传至云服务器，云服务器接受信息然后锁定充电桩与该充电桩对应的云端账户，云服务器对用户充电卡的支付请求进行处理，若充电卡上的余额足够，云服务器将该结果通过建立的通讯频道发送到充电桩上，然后由充电桩的控制模块控制电动自行车的充电；若充电卡上的余额不足则提醒用户利用充电卡上的二维码对充电卡进行充值；

步骤5：充电桩充电实时监控；充电桩内置实时监测模块，在充电桩工作的过程中，充电桩实时监控着电动自行车的充电状态，同时记录电动自行车的耗电量并换算成充电费用；当充电费用大于或等于充电卡内剩余金额金额时，充电桩停止供电；当充电费用小于充电卡内剩余金额金额时，判断充电功率是否小于指定值；若充电功率大于指定值，则继续供电；若充电功率小于指定值，则判断物理连接是否断开，如果物理连接没有断开，则延迟一个小时后停止充电并结算费用；若物理连接断开，则延迟10s后再次判断物理连接是否断开，若此时物理连接恢复，则继续充电，否则停止充电并结算费用；

步骤6：充电费用计量；充电桩的计费模块包括电流ad采样模块和电压ad采样模块，利用电流ad采样模块和电压ad采样模块采样获得的数据，利用充电桩的控制模块计算出充电时长内消耗的总电量，并计算出该次充电的费用；

步骤7：退还剩余金额：在步骤5的电动自行车充电完成后，将步骤6中计算出的充电的费用利用gprs模块发送至云服务器，云服务器对费用进行结算，并将多余的金额退还至用户的充电卡或用户手机的账户中；

步骤8：通知用户充电完成；充电完成后，充电桩自动断开充电连接，并利用gprs模块将充电完成信息传输至云服务器，由云服务器将用户充电完成信息发送至用户手机上，提醒用户充电完成。

进一步的，所述的充电桩上设有的预约充电位数量和非预约充电位数量各占充电位总数量的一半，每个充电桩上的充电位均通过设置在充电位上方的数字牌进行依次编号。

进一步的，用户在用户手机上通过指定的app查询充电桩上是否具有预约充电位，用户每支付基本预约金可以预约充电桩的预约充电位15分钟，若需要预约超过15分钟用户可以通过支付基本预约金的倍数的金额来实现更长的预约时长。

进一步的，充电桩内置费用结算前置判断模块，当电动车完成充电或物理连接断开时，充电桩会自动运行费用结算前置判断模块，费用结算前置判断模块自动判断时间发生的类别，并根据时间发生的类别执行不同的应对方法；若电动自行车完成充电，该模块经过逻辑判断成立后会断开充电桩的供电系统与输电线的内置连接，防止充电桩内的设备再持续消耗电量；若用户不小心断开了物理连接，费用结算前置判断模块允许用户在10秒钟的时间内进行重新连接；若用户有急事需要离开，费用结算前置判断模块会在10秒钟后为用户结算费用并初始化系统，等待下一位用户的到来。

进一步的，步骤3中对于首次办理充电卡的用户，在充电之前需要对充电卡进行充值操作，用户通过用户手机扫描充电卡上的二维码进行云服务器的充值地址，云服务器获取二维码对应的充电卡信息并锁定对应的第一次充值时建立的云端账户，用户输入充值金额后服务器对用户手机账户进行缴费并云端账户充值相应的金额。

进一步的，所述充电卡的接受支付方式为id卡支付，即所有的费用信息均存储在云端的数据库上，扫描充电卡上的二维码登录云服务器，若已有关联的云端账户则输入密码后直接开始充电，若无关联的云端账户则在云服务器上生成新的账户，并关联微信号，设置密码，提示用户充值，在用户充值完毕后开始对用户的电动自行车车进行充电。

进一步的，所述充电桩内还设置有非正常充电报警模块，判断是否正常充电；在拔掉插头后继电器断开，自动停止供电。

进一步的，所述充电桩内还设置有蓝牙模块，蓝牙模块与单片机连接并控制充电桩内整个系统的初始化，维修工的手机内设置有软件层面自动安装的脚本，维修可以通过手机与充电桩蓝牙连接，并利用手机对充电桩内的系统初始化来实现。

进一步的，非预约用户在充电桩上进行充电时，若充电桩上存在非预约充电位则可以直接在非预约充电位上进行充电；若充电桩上的非预约充电位全部被使用，则可以通过扫描充电桩上的二维码下载用于预约的app软件，在成为预约用户后对该充电桩剩余预约充电位进行查询；非预约用户在成为预约用户后若剩余的预约充电位并没有预定满，则可以选取空闲的预约充电位进行充电操作。

本发明的有益效果在于：

1、本发明能够实现预约充电，且能够通过刷卡、微信、支付宝等支付方式，尽可能的为用户支付提供方便，同时能够准确计算用户的耗电量、合理计费，把结算单元从“元”精确到“分”，极大地提高了电费计算的合理性，提高用户充电积极性，也预防了因为用户采用大功率电器充电对营运商造成的经济损失。

2、本发明通过功率限制模块对用户的充电功率进行了限制，功率超过600w的电动自行车将无法付费充电，且当充电桩输电线的最大功率大于2500w时也无法进行付费充电，最大程度的确保了供电线路的安全；由于电动自行车的实时充电功率通常在100～200w之间，所以2500w的总功率完全能够满足十个充电位的电动自行车同时充电。

3、本发明内部设置有电量计量模块和电费计量模块，能准确的测出电瓶车使用电的度数，可以反映不同充电功率的电动自行车的真实电量消费，打破传统通过时间计算费用，对用户更加的公平，并且可以防止商家亏损或倒贴电费。

4、本发明通过功率限制模块对电动自行车的充电功率进行限制，既可以实现对充电桩的单个充电位进行功率控制，也控制总功率，防止因为功率过载导致的各种危害，提高了充电桩使用的安全系数。

5、本发明利用充电卡进行充电操作，用户可以通过扫描充电卡上的二维码进入服务器后台，并在云服务器中为充电卡进行充值，方便了用户使用充电卡进行电动车充电的操作。

6、本发明通过充电桩内置的实时检测模块对充电桩上正在使用的电动自行车的充电状态进行判断，在充电完成时自动断开充电连接，防止因为过量充电导致的电能浪费，同时也降低了用户的充电费用。

7、本发明利用用户手机的app实时显示充电状态信息，在充电完成后会将充电完成的信息由云服务器推送至用户手机的app上，方便用户实时连接电动自行车的充电状态，更加方便了用户对电动自行车的使用。

8、本发明的预约充电位是预约用户和非预约用户可以共用的，但是在有预约的前提下预约用户优先使用，既保证了预约用户的使用需求，又保证了无预约用户的前提下非预约用户也可以充电，从而使充电桩本身不会被闲置。

9、本发明通过费用结算前置判断模块判断电动自行车视充电完成状态还是断开连接状态，使用户即便电动自行车与充电桩的连接断开再10s以内也可以进行重新连接，方便用户对充电桩的使用。

10、本发明可以通过充电桩内设置的蓝牙模块控制充电桩整体的初始化从而实现充电桩软件层面上的维修操作。

附图说明

图1是本发明电动自行车充电站系统的结构示意图。

图2是本发明充电桩的结构示意图。

图3是本发明电量计算的电路图。

图4是本发明功率限制模块的结构示意图。

图5是本发明预约充电位的流程示意图。

图6是本发明刷卡功能流程示意图。

图7是本发明的流程示意图。

图8是本发明的功率限制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～8所示，一种能够预约充电的电动自行车充电站的充电方法，所述的电动自行车供电站包括云服务器、用户手机、充电卡、分散在城市各个位置的充电桩以及待充电的电动自行车，该充电方法包括如下步骤：

步骤1：预约充电桩；在充电桩上设置专门的预约充电位，预约用户优先使用，非预约用户仅在无预约用户的情况下可以使用，在预约用户需要充电时，预约用户提前利用用户手机对附近的充电桩上的预约充电位进行查询，查询目标时段内所查询的充电桩上否是具有空闲的预约充电位，若所查询的充电桩上具有预约充电位空闲，则可以在支付基本预约金后成功预约该充电桩上的对应的预约充电位；若充电桩上没有预约充电位空闲，则预约失败；若充电桩上查询时段内预约充电位不能确定，则建议用户过段时间再进行预约；非预约用户需要充电时，直接在充电桩上的非预约充电位进行充电；非预约用户需要在预约充电位上进行充电时，需要先查询剩余的预约充电位是否满足即时充电要求，若满足即时充电要求，则允许直接充电；若不满足即时充电要求，同样可以充电，但是同时提醒用户在某时间点可能会停止充电而优先让另一位预约用户进行充电；

步骤2：连接充电桩；用户将电动自行车连接至已经预约的充电桩的对应预约充电位上，该充电桩启动并生成一个临时固定的ip，充电桩内的控制模块通过gprs模块将包含该ip的充电桩设备信息传输至云服务器，云服务器与该充电桩之间建立一个临时稳定的通讯频道；

步骤3：充电桩进行充电功率识别：利用功率限制模块对充电功率进行识别，并根据充电功率判断是否进行充电；当用户待充电的电动自行车充电功率大于或等于600w时，充电桩会拒绝充电并发出无法充电的语音提示；若电动自行车的充电功率小于600w，但如果进行充电则会使充电桩输电线的总负载功率大于或等于2500w，则充电桩会拒绝充电并发出稍后充电的语音提示；只有同时满足充电功率小于600w和总负载功率小于2500w的情况才允许用户进行充电预付费模块；

功率限制模块包括单片机、工作状态指示模块、数据检测模块、继电器、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路和a/d转换模块，单片机分别连接工作状态指示模块、设定功率显示模块、实测功率显示模块、光电耦合电路、a/d转换电路，a/d转换电路连接数据检测模块，光电耦合电路与继电器连接，继电器和数据检测模块与保护模块串联，单片机完成数据处理和输出控制功能，数据检测模块完成对负载用电回路电流的采集功能，光电耦合电路和继电器完成控制负载用电回路通断的功能，保护模块完成短路保护功能；

步骤4：用户进行预付费：用户利用充电卡进行支付，充电桩上设置有读卡器，读卡器读取用户的充电卡上的用户身份信息，由充电桩的gprs模块将充电卡上的用户身份信息与充电桩设备信息上传至云服务器，云服务器接受信息然后锁定充电桩与该充电桩对应的云端账户，云服务器对用户充电卡的支付请求进行处理，若充电卡上的余额足够，云服务器将该结果通过建立的通讯频道发送到充电桩上，然后由充电桩的控制模块控制电动自行车的充电；若充电卡上的余额不足则提醒用户利用充电卡上的二维码对充电卡进行充值；

步骤5：充电桩充电实时监控；充电桩内置实时监测模块，在充电桩工作的过程中，充电桩实时监控着电动自行车的充电状态，同时记录电动自行车的耗电量并换算成充电费用；当充电费用大于或等于充电卡内剩余金额金额时，充电桩停止供电；当充电费用小于充电卡内剩余金额金额时，判断充电功率是否小于指定值；若充电功率大于指定值，则继续供电；若充电功率小于指定值，则判断物理连接是否断开，如果物理连接没有断开，则延迟一个小时后停止充电并结算费用；若物理连接断开，则延迟10s后再次判断物理连接是否断开，若此时物理连接恢复，则继续充电，否则停止充电并结算费用；

步骤6：充电费用计量；充电桩的计费模块包括电流ad采样模块和电压ad采样模块，利用电流ad采样模块和电压ad采样模块采样获得的数据，利用充电桩的控制模块计算出充电时长内消耗的总电量，并计算出该次充电的费用；

步骤7：退还剩余金额：在步骤5的电动自行车充电完成后，将步骤6中计算出的充电的费用利用gprs模块发送至云服务器，云服务器对费用进行结算，并将多余的金额退还至用户的充电卡或用户手机的账户中；

步骤8：通知用户充电完成；充电完成后，充电桩自动断开充电连接，并利用gprs模块将充电完成信息传输至云服务器，由云服务器将用户充电完成信息发送至用户手机上，提醒用户充电完成。

所述的充电桩上设有的预约充电位数量和非预约充电位数量各占充电位总数量的一半，每个充电桩上的充电位均通过设置在充电位上方的数字牌进行依次编号。

用户在用户手机上通过指定的app查询充电桩上是否具有预约充电位，用户每支付基本预约金可以预约充电桩的预约充电位15分钟，若需要预约超过15分钟用户可以通过支付基本预约金的倍数的金额来实现更长的预约时长。

充电桩内置费用结算前置判断模块，当电动车完成充电或物理连接断开时，充电桩会自动运行费用结算前置判断模块，费用结算前置判断模块自动判断时间发生的类别，并根据时间发生的类别执行不同的应对方法；若电动自行车完成充电，该模块经过逻辑判断成立后会断开充电桩的供电系统与输电线的内置连接，防止充电桩内的设备再持续消耗电量；若用户不小心断开了物理连接，费用结算前置判断模块允许用户在10秒钟的时间内进行重新连接；若用户有急事需要离开，费用结算前置判断模块会在10秒钟后为用户结算费用并初始化系统，等待下一位用户的到来。

步骤3中对于首次办理充电卡的用户，在充电之前需要对充电卡进行充值操作，用户通过用户手机扫描充电卡上的二维码进行云服务器的充值地址，云服务器获取二维码对应的充电卡信息并锁定对应的第一次充值时建立的云端账户，用户输入充值金额后服务器对用户手机账户进行缴费并云端账户充值相应的金额。

所述充电卡的接受支付方式为id卡支付，即所有的费用信息均存储在云端的数据库上，扫描充电卡上的二维码登录云服务器，若已有关联的云端账户则输入密码后直接开始充电，若无关联的云端账户则在云服务器上生成新的账户，并关联微信号，设置密码，提示用户充值，在用户充值完毕后开始对用户的电动自行车车进行充电。

所述充电桩内还设置有非正常充电报警模块，判断是否正常充电；在拔掉插头后继电器断开，自动停止供电。

所述充电桩内还设置有蓝牙模块，蓝牙模块与单片机连接并控制充电桩内整个系统的初始化，维修工的手机内设置有软件层面自动安装的脚本，维修可以通过手机与充电桩蓝牙连接，并利用手机对充电桩内的系统初始化来实现。

非预约用户在充电桩上进行充电时，若充电桩上存在非预约充电位则可以直接在非预约充电位上进行充电；若充电桩上的非预约充电位全部被使用，则可以通过扫描充电桩上的二维码下载用于预约的app软件，在成为预约用户后对该充电桩剩余预约充电位进行查询；非预约用户在成为预约用户后若剩余的预约充电位并没有预定满，则可以选取空闲的预约充电位进行充电操作。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。