一种充电桩电能计费装置的制作方法

本实用新型涉及充电桩技术领域，特别涉及一种充电桩电能计费装置。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。

充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。

充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性，今后将陆续增加一桩多充和为电动自行车充电的功能。

目前充电桩的计费管理系统只是简单的满足电动汽车的充电管理，功能还不够完善强大，缺少数据同步功能或者在计费模式上有着严重的逻辑失误，计费扣费常出现错误。

技术实现要素：

为了克服上述所述的不足，本实用新型的目的是提供一种充电桩电能计费装置，其结构简单，操作方便，与NFC卡配对，读取NFC卡上信息，进行充电计费并扣出充电费用。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种充电桩电能计费装置，其与NFC卡配对使用，其中，包括固定在地面上的支架、连接在所述支架的顶部的连接块、连接在所述连接块上的箱体和通过充电线缆与所述箱体连接的充电枪；所述箱体内设置有控制芯片，所述控制芯片上设置有用于读取NFC卡内信息的读卡单元、用于显示充电费用、充电度数、NFC卡内余额的显示单元和用于每次刷NFC卡进行扣费的扣费单元。

作为本实用新型的一种改进，所述控制芯片上还设置有用于将未消费的余额退回至NFC卡的退费单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述箱体内还设置有与所述控制芯片连接的保护芯片，所述保护芯片包括用于控制电压比较输出PWM波至推挽稳定输出电路的电压比较输出电路、用于输出稳定的PWM波至连接成功判断电路的推挽稳定输出电路、用于判断是否连接成功启动通讯的连接成功判断电路、用于比较判断是否启动输出PWM波至判断启动充电电路的比较判断启动电路和用于判断是否输出交流电的判断启动充电电路。

作为本实用新型的更进一步改进，电压比较输出电路包括电阻R60、电阻R61、电阻R62、电容C55、电容C57、电压比较器U8A；所述电压比较器U8A的第2脚和第3脚为输入比较端，所述电压比较器U8A的第3脚分别与电阻R61的一端、电阻R62的一端连接，电阻R62的另一端接地；所述电压比较器U8A的第4脚与电容C55的一端连接，电容C55的另一端接地；所述电压比较器U8A的第5脚分别与电容C57的一端、电阻R60的一端连接，电阻R60的另一端与电压比较器U8A的第1脚连接；所述电压比较器U8A的第1脚与推挽稳定输出电路连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述推挽稳定输出电路包括三极管Q17、三极管Q18、电阻R58、电阻R59、电阻R64、电阻R66、电容C56、二极管D19、二极管D20，所述电压比较器U8A的第1脚与二极管D19的阳极、二极管D20的阴极连接，二极管D19的阴极与电阻R59的一端连接，电阻R59的另一端与三极管Q17的基极连接，三极管Q17的集电极与电阻R58的一端连接，电阻R58的另一端与电容C56的一端连接，电容C56的另一端与电阻R66的一端连接，电阻R66的另一端与三极管Q18的集电极连接，三极管Q18的基极与电阻R64的一端连接，电阻R64的另一端与二极管D20的阳极连接，三极管Q18的发射极与三极管Q17的发射极连接，三极管Q18的发射极与三极管Q17的发射极均与连接成功判断电路连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述连接成功判断电路包括电阻R88、电阻R89、电容C62、电容C70和二极管D18，电阻R88的一端、电阻R89的一端、电容C70的一端均与A点连接，A点与所述推挽稳定输出电路连接，电阻R89的另一端、电容C70的另一端均接地，电阻R88的另一端分别与二极管D18的阴极、电容C62的一端连接，电容C62的另一端接地，二极管D18的阳极与所述比较判断启动电路连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述比较判断启动电路包括电阻R86、电阻R87、电阻R95、三极管Q19和电容C61，电阻R86的一端、电阻R95的一端、三极管Q19的集电极均与B点连接，B点与连接成功判断电路连接，三极管Q19的发射极与电容C61的一端连接，电容C61的另一端分别与三极管Q19的基极、电阻R87的一端、电阻R86的另一端连接，电阻R95的另一端与判断启动充电电路连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述判断启动充电电路包括三极管Q12、三极管Q18、电压比较器U8B、稳压二极管D13、二级管D20、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电阻R71、电阻R72、电阻R74、电阻R121和电容C59；电阻R121的一端与比较判断启动电路连接，电阻R121的另一端分别与电压比较器U8B的第7脚、电阻R72的一端连接，电阻R72的另一端分别与电容C59的一端、三极管Q12的基极连接，电容C59的另一端与三极管Q12的发射极连接，三极管Q12的集电极与电阻R67连接，电压比较器U8B的第5脚分别与电阻R74、电阻R71连接，电压比较器U8B的第6脚与电阻65的一端连接，电阻R65的另一端分别与稳压二极管D13的一端、输出端CN2、电阻R63的一端连接，电阻R63的另一端与三极管Q18的发射极连接，三极管Q18的集电极与电阻R66的连接，三极管Q18的基极与电阻R64的一端连接，电阻R64的另一端与二极管D20连接，稳压二极管D13的另一端与输出端CN11连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述箱体内设置有避雷装置，所述避雷装置包括底座、两块镀锌板和避雷器，所述底座连接在所述箱体的箱壁上，两块所述镀锌板固定连接在所述底座上，所述控制芯片和保护芯片分别连接在两块所述镀锌板上，所述避雷器与两块所述镀锌板连接且固定在所述底座上，所述控制芯片与所述保护芯片的连接线上设置有磁珠，所述避雷器的接地线上连接有压敏电阻；所述箱体的底部设置有三个用于输入电线的电线输入口，所述箱体的背部设置有安装板，所述安装板通过螺栓连接在所述连接板上。

作为本实用新型的更进一步改进，所述箱体包括壳体及设置在所述壳体的表面的显示器，所述显示器上设置有用于显示读卡单元是否开启的状态显示区、用于显示具体扣费数额和余额的计费显示区和用于刷NFC卡的刷卡区。

在本实用新型中，NFC卡在箱体上刷卡后，读卡单元读取NFC卡内信息，看是否有余额，显示单元进行显示该NFC卡内余额，如有余额，进行充电费用计算，由扣费单元进行相应地扣费处理，再通过充电枪对电动车进行充电；本实用新型结构简单，操作方便，扣费清晰简便快捷。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的支架与连接块的连接结构示意图；

图3为本实用新型的箱体的结构示意图；

图4为本实用新型的箱体内部连接结构示意图；

图5为本实用新型的控制芯片的内部连接框图；

图6为本实用新型的计费流程图；

图7为本实用新型的电压比较输出电路的电路图；

图8为本实用新型的推挽稳定输出电路的电路图；

图9为本实用新型的连接成功判断电路、比较判断启动电路、判断启动充电电路的连接电路图；

附图标记：1-支架，2-连接块，3-箱体，31-控制芯片，311-读卡单元，312-显示单元，313-扣费单元，314-退费单元，32-保护芯片，321-电压比较输出电路，322-推挽稳定输出电路，323-连接成功判断电路，324-比较判断启动电路，325-判断启动充电电路，33-避雷装置，331-底座，332-镀锌板，333-避雷器，34-电线输入口，35-壳体，36-显示器，361-状态显示区，362-刷卡区。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本实用新型的一种充电桩电能计费装置，其与NFC卡配对使用。

本实用新型的一种充电桩电能计费装置，包括固定在地面上的支架1、连接在支架1的顶部的连接块2、连接在连接块2上的箱体3和通过充电线缆与箱体3连接的充电枪。

箱体3内设置有控制芯片31，控制芯片31上设置有用于读取NFC卡内信息的读卡单元311、用于显示充电费用、充电度数、NFC卡内余额的显示单元312、用于每次刷NFC卡进行扣费的扣费单元313和用于将未消费的余额退回至NFC卡的退费单元314。

在本实用新型中，NFC卡在箱体3上刷卡后，读卡单元311读取NFC卡内信息，看是否有余额，显示单元312进行显示该NFC卡内余额，如有余额，进行充电费用计算，由扣费单元313进行相应地扣费处理，再通充电枪对电动车进行充电。

在本实用新型中，如充完电，有余额，由退费单元314将余额退回至该NFC卡内。

如图5和图6在本实用新型中，NFC卡在箱体3上的显示器36上的刷卡区刷卡后，控制芯片31上的读卡单元311读取该NFC卡上的信息；判断该NFC卡是否有余额未退；如有余额未退并由显示单元312显示，由退费单元314将余额退回至该NFC卡上，如没有余额未退，显示单元312显示该NFC卡的余额，继续刷该NFC卡；控制芯片31上的扣费单元313进行扣费，等待连接充电枪；在规定时间内连接充电枪，进行充电。

在本实用新型中，箱体3内还设置有与控制芯片31连接的保护芯片32，保护芯片32驱动保护控制芯片31，使之通讯稳定，非充电过流而断电保护。

如图7、图8和图9所示，保护芯片32包括用于控制电压比较输出PWM波至推挽稳定输出电路322的电压比较输出电路321、用于输出稳定的PWM波至连接成功判断电路323的推挽稳定输出电路322、用于判断是否连接成功启动通讯的连接成功判断电路323、用于比较判断是否启动输出PWM波至判断启动充电电路325的比较判断启动电路324和用于判断是否输出交流电的判断启动充电电路325。

电压比较输出电路321控制电压比较输出PWM波至推挽稳定输出电路322，推挽稳定输出电路322接收电压比较输出电路321上传输来的PWM波，输出稳定的PWM波至连接成功判断电路323，连接成功判断电路323判断是否连接成功启动通讯，保证通讯的稳定，比较判断启动电路324比较判断是否启动输出PWM波至判断启动充电电路325，判断启动充电电路325判断是否输出交流电，从而通过充电枪对电动汽车进行充电。

如图7所示，本实用新型提供电压比较输出电路321的一种实施例，电压比较输出电路321包括电阻R60、电阻R61、电阻R62、电容C55、电容C57、电压比较器U8A；所述电压比较器U8A的第2脚和第3脚为输入比较端，所述电压比较器U8A的第3脚分别与电阻R61的一端、电阻R62的一端连接，电阻R62的另一端接地；所述电压比较器U8A的第4脚与电容C55的一端连接，电容C55的另一端接地；所述电压比较器U8A的第5脚分别与电容C57的一端、电阻R60的一端连接，电阻R60的另一端与电压比较器U8A的第1脚连接；所述电压比较器U8A的第1脚与推挽稳定输出电路连接；在本实施例中，电压比较器U8A采用LM393比较器，图7中电压比较器U8A的2、3脚为393比较器的输入比较端，未启动PWM波通讯协议时电压比较器U8A的3脚电压大于电压比较器U8A的2脚电压，比较电压比较器U8A的1脚输出正13伏电压，输送给推挽稳定输出电路322。启动PWM波通讯协议时，电压比较器U8A的2脚为PWM波，通过电压比较器U8A的1脚输出正负13伏的PWM波。

如图8所示，本实用新型提供推挽稳定输出电路322的一种实施例，推挽稳定输出电路322包括三极管Q17、三极管Q18、电阻R58、电阻R59、电阻R64、电阻R66、电容C56、二极管D19、二极管D20，所述电压比较器U8A的第1脚与二极管D19的阳极、二极管D20的阴极连接，二极管D19的阴极与电阻R59的一端连接，电阻R59的另一端与三极管Q17的基极连接，三极管Q17的集电极与电阻R58的一端连接，电阻R58的另一端与电容C56的一端连接，电容C56的另一端与电阻R66的一端连接，电阻R66的另一端与三极管Q18的集电极连接，三极管Q18的基极与电阻R64的一端连接，电阻R64的另一端与二极管D20的阳极连接，三极管Q18的发射极与三极管Q17的发射极连接，三极管Q18的发射极与三极管Q17的发射极均与连接成功判断电路连接；在推挽稳定输出电路322中，三极管Q17和三极管Q18（一个NPN三极管-9014管及一个PNP三极管-9012）的基极和发射极并联，由于两只三极管的极性不同，基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置，一个是反向偏置。当电压比较器U8A的1脚输入信号为正半周时，两三极管（三极管Q17和三极管Q18）基极同时电压升高，此时输入信号电压给一管加上正向偏置电压，所以该管进入导通和放大状态，经过电阻R58限流输出正12伏电压；由于基极电压升高，对另一管来讲加上反向偏置电压，所以该管处于截止状态；电压比较器U8A的1脚输入信号变化到负半周后，两管基极同时电压下降，给另一管正向偏置，使该管进入导通和放大状态经过电阻R66限流输出负12伏电压，而一管又进入截止状态。

如图9所示，本实用新型提供连接成功判断电路323的一种实施例，连接成功判断电路323包括电阻R88、电阻R89、电容C62、电容C70和二极管D18，电阻R88的一端、电阻R89的一端、电容C70的一端均与A点连接，A点与所述推挽稳定输出电路连接，电阻R89的另一端、电容C70的另一端均接地，电阻R88的另一端分别与二极管D18的阴极、电容C62的一端连接，电容C62的另一端接地，二极管D18的阳极与所述比较判断启动电路连接。

本实用新型还提供比较判断启动电路324的一种实施例，比较判断启动电路包括电阻R86、电阻R87、电阻R95、三极管Q19和电容C61，电阻R86的一端、电阻R95的一端、三极管Q19的集电极均与B点连接，B点与连接成功判断电路连接，三极管Q19的发射极与电容C61的一端连接，电容C61的另一端分别与三极管Q19的基极、电阻R87的一端、电阻R86的另一端连接，电阻R95的另一端与判断启动充电电路连接。

本实用新型还提供判断启动充电电路325的一种实施例，判断启动充电电路325包括三极管Q12、三极管Q18、电压比较器U8B、稳压二极管D13、二级管D20、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67、电阻R71、电阻R72、电阻R74、电阻R121和电容C59；电阻R121的一端与比较判断启动电路连接，电阻R121的另一端分别与电压比较器U8B的第7脚、电阻R72的一端连接，电阻R72的另一端分别与电容C59的一端、三极管Q12的基极连接，电容C59的另一端与三极管Q12的发射极连接，三极管Q12的集电极与电阻R67连接，电压比较器U8B的第5脚分别与电阻R74、电阻R71连接，电压比较器U8B的第6脚与电阻65的一端连接，电阻R65的另一端分别与稳压二极管D13的一端、输出端CN2、电阻R63的一端连接，电阻R63的另一端与三极管Q18的发射极连接，三极管Q18的集电极与电阻R66的连接，三极管Q18的基极与电阻R64的一端连接，电阻R64的另一端与二极管D20连接，稳压二极管D13的另一端与输出端CN11连接。

如图9所示，比较判断启动电路324和连接成功判断电路323及判断启动充电电路325内，CN2与CN11通过端子与外部电动汽车接口连接，成功连接时cc端接入低电平，此时三极管Q19截止，检测点PETEX检测到高电压，允许通讯，反之则不允许通讯。在连接成功允许通讯的情况下，cp检测点电压为9伏电压，通过电压比较器U8B比较输出正13伏电压，经过与三极管Q12的基极相连组成一个开关，此时三极管Q12导通，9vDetection检测点为低电压，启动PWM波，推挽稳定输出电路输出正负9伏的PWM波，若此时外部连接通讯启动允许充电状态，cp检测点变为6v的PWM波输出，经过判断启动充电电路325输出一个0~1.22v的电压，检测点连接电压比较输出电路321内电压比较器U8A，组成一个窗口比较器，与6v Detestion检测点比较，在此范围内允许交流电32A电流输出给电动汽车充电；其它不在窗口比较的范围内都不允许充电或者停止充电，使得充电更加安全可靠。

如图4所示，本实用新型提供避雷装置33的一种实施例，箱体3内设置有避雷装置31，避雷装置31包括底座331、两块镀锌板332和避雷器333，底座331连接在箱体3的箱壁上，两块镀锌板332固定连接在底座331上，控制芯片31和保护芯片32分别连接在两块镀锌板332上，避雷器333与两块镀锌板332连接且固定在底座331上。

控制芯片31与保护芯片32的连接线上设置有磁珠，

避雷器333的接地线上连接有压敏电阻。

箱体3的底部设置有三个用于输入电线的电线输入口34。

箱体3的背部设置有安装板，安装板通过螺栓连接在连接板2上。

在本实施例中，控制芯片31和保护芯片32分别连接在两块镀锌板332上，控制芯片31用于控制整个电能计费的运行，保护芯片32用于保护控制芯片31，镀锌板332可以用于提高电阻，也可以抗辐射，使得泄放回路短，更好的保护电路，底座331便于安装; 地线以最短的路线接入，打雷或者有高压进来时将会以最短的距离泄放电压。

如图3所示，本实用新型提供箱体3的一种实施例，箱体3包括壳体35及设置在壳体35的表面的显示器36，显示器36上设置有用于显示读卡单元311是否开启的状态显示区361、用于显示具体扣费数额和余额的计费显示区362和用于刷NFC卡的刷卡区333；在本实施例中，NFC卡在刷卡区333内刷卡后，状态显示区361会亮，计费显示区362显示充电时所需充值数额及余额。

本实用新型提供一种充电桩电能计费装置的计费方法，包括如下步骤：

步骤S1、NFC卡在显示器上的刷卡区刷卡后，控制芯片上的读卡单元读取该NFC卡上的信息；

步骤S2、判断该NFC卡是否有余额未退；如有余额未退并显示，将余额退回至该NFC卡上，如没有余额未退，显示该NFC卡的余额，继续刷该NFC卡；

步骤S3、控制芯片上的扣费单元进行扣费，等待连接充电枪；

步骤S4、在规定时间内连接充电枪，进行充电。

在本实用新型中，充电桩的工作原理：充电桩正常开机工作后，第一次刷NFC卡，读卡单元311读出NFC卡上存储的金额，并显示在计费显示区362内，第二次刷卡后，根据设定的单次刷卡扣费值，扣除对应的金额（可多次刷卡），充电桩给电动汽车充电后，充电桩执行电量计量，实时对使用的电能计算，转换成消费金额，并扣除，在计费显示区362显示“可刷卡退款结束”界面后，刷NFC进行停止充电，同时充电桩把剩余的金额存入到NFC卡里。在充电桩非刷NFC卡停止充电时，充电桩能把未消费的金额保存，并可用对应的NFC卡进行刷卡退余额。

本实用新型提供一种实施例，如图6所示，充电计费操作是使用先扣费再充电消费的模式进行，未消费的余额可通过再次刷卡取回。

电能计费流程：

1.刷卡扣费。刷卡，计费显示区362上显示卡上余额后，继续刷卡进入扣费模式，每刷一次卡扣除固定金额（如10元或5元），该金额由单次扣费参数卡设定。

2.充电过程。刷卡扣费，连接充电枪完成后开始充电计费，根据电能单价参数卡所设定电价换算，并在计费显示区362上显示可充度数，客户可根据需要，多次刷卡，刷入足够的电费金额。

3.充电结束。客户可选择刷卡停止充电，或者由充电桩判断充满后断电。未消费完的余额可在其后刷卡退费。

其中，若30秒内不进行刷第二次会员卡，则返回到初始待机状态。

第二次刷卡开始按照“单次扣费参数卡”设置的单次扣费量开始扣费，可多次刷卡，累加充电金额。

当刷卡扣费成功后，10分钟不进行连接充电枪充电，系统会保存该卡金额，并跳转到初始待机状态，这时，可刷卡退金额。

用充电线缆连接充电桩与电动汽车，若充电桩带充电线缆，则直接连接车端，实际需根据实物而定，当充电桩上有金额，车端线缆连接好，设备开始充电。

在进入刷卡停止界面前，可进行刷卡给充电桩充值，累加充电金额。

刷卡停止充电：在停止给充电桩充值5分钟后，计费显示区362显示“可刷卡退款结束”，则可用会员卡刷卡（NFC卡）进行退费停止充电（有余额情况下）。

自动停止充电：在充电桩金额消费完，充电桩会自动停止充电，充电枪从车侧拔下，则返回初始状态。

故障停止充电：在有故障情况下，充电桩自检停止充电，在未拔充电枪，计费显示区362会显示故障代码。

退费操作：根据计费显示区362提示信息刷卡退充电桩上的余额，当一段时间内未刷卡退费，充电桩会把余额记录在存储器中，客户可在其后刷卡取回余额；充电桩操作的每一个步骤，计费显示区362屏上都有相应显示提示，请按照计费显示区362上提示信息进行操作；充电桩只能记录十个余额值，如果超过十个，后面的记录会将前面的记录值覆盖，需提醒充电桩用户及时刷卡取回余额。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。