| 专利名称： | 一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统与方法 | ||
| 专利名称(英文)： | A self-adapting electric automobile charging service rate floating computing system and method | ||
| 专利号： | CN201510459418.3 | 申请时间： | 20150730 |
| 公开号： | CN105139222A | 公开时间： | 20151209 |
| 申请人： | 武汉大学 | ||
| 申请地址： | 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学 | ||
| 发明人： | 高洵; 梁逸锋; 侯华昱; 华天遥; 张骞; 黄子熹; 马秦生; 杨珺 | ||
| 分类号： | G06Q30/02 | 主分类号： | G06Q30/02 |
| 代理机构： | 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 | 代理人： | 赵丽影 |
| 摘要： | 本发明提供一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统与方法，所述系统包括感应模块，通信模块，计费模块，显示模块。系统启动后，通信模块据发起充电请求的客户端注册用户信息或系统自动辨识的车辆信息从云端获取相关信息，从感应模块获取当前充电桩周围的实际待充电电动汽车数目，通过计算模块计算得出实时电价，通过云端返回给驾驶员并通过显示模块显示。本发明充分考虑了驾驶员、运营商、城市交通、充电桩负荷量等多方面因素，能够实现充电桩的智能化，充电汽车的智能调度，能够向驾驶员提供公平、高效、便捷、智能的电动汽车充电服务，并且有助于城市的智能化。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention provides a self-adapting electric automobile charging service rate floating computing system and method, the system comprises a sensing module, a communication module, the billing module, the display module. After system start-up, communication module according to initiate charging request client registered user information or the system automatically identification information from the vehicle obtains the relevant information of the clouds, from the sensing module obtaining the current charging pile the actual around the number of the electric vehicle to be charged, by the calculation module is obtained through the calculation of the real-time price of electricity, through the cloud to the driver, and the return of the display through the display module. The invention fully consider the driver, operator, urban traffic, charging pile load, and other factors, can realize intelligent of the pile for charging, charging automobile intelligent scheduling, can provide the driver with fair, efficient, convenient, intelligent electric automobile charging service, and contribute to urban intelligent. | ||
1.一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特征在于：包括系统感应 模块，通信模块，计费模块，显示模块，其中计费模块和感应模块分别与通信模 块相连，由通信模块负责和云端交互信息，计费模块和显示模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的感应模块包括重量和金属传感器，在每一个充电车位和等待车位 下方都安装有重量和金属传感器，由其感应结果确定当前充电桩内正在充电的电 动汽车数目和正在等待的充电汽车数目，并把相应的传感结果通过接口传输给通 信模块，通信模块再把相应信息传递给计费模块。
3.根据权利要求2所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的通信模块利用移动网络或者Wi-Fi与服务器云端相连接，从服务 器云端获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站 内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格 基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价信息并把这些数据通过接口通 信传递给计费模块用于计算实时充电电价，同时把充电桩的工作信息和实时充电 电价返回给云端。
4.根据权利要求3所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的计费模块包括ARM230芯片以及其接口，其从通信模块获取汽 车车型，车主等级和诚信度，当前电动汽车数目，预约汽车数目和对应的剩余电 量，当前区域汽车拥堵状况，运营商充电服务价格基数，当前停车场停车价格， 当前实时电网电价信息，并且根据算法得出当前的充电实时电价并且把充电实时 电价信息传输给显示模块，同时传输给通信模块将电价信息返回云端。
5.根据权利要求4所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的显示模块包括接口和显示屏，其从计费模块获取当前实时充电电 价信息并且根据编码规则在显示屏上显示出当前的实时电价。
6.一种基于上述系统的自适应电动汽车充电服务费率浮动计算方法，其特征在 于：包括以下步骤： 步骤(1)感应到有电动汽车进入充电站或收到预约充电请求； 步骤(2)通过通信模块获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约 人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运 营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价信息，获取 不成功则向运营商报错并在显示模块显示当前充电站存在问题，如果急需充电则 按照默认故障应急价格并选取特殊通道充电； 步骤(3)通过计费模块计算当前实时充电电价并同时传输给通信模块和显示模 块； 步骤(4)通过显示模块在充电站的显示屏上显示出当前的实时充电电价，由通 信模块将电价信息传输给云端然后传输给车主。
7.根据权利要求6所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算方法，其特 征在于：所述步骤(3)中实时充电电价的价格计算方法如下： 充电单价由充电费用和停车费用组合形成，充电费用由充电电费E和充电 服务费S组成，停车费用由停车场地供应商决定，根据不同地域和不同时间段为 一个时刻T的函数f0(T)，f0(T)为一个常数或者一个分段函数，充电电费E执 行有关政策指导价，记为常数A； 充电服务费S由充电服务费率SP乘上充电服务费价格基数D决定，充电服 务费率由C1，C2，C3，Ct四部分组成，其中C1是由当前预约或者到达的电动汽 车车型W和车主等级R和诚信度H所决定的；充电快速的小电池容量汽车车主， 会员等级高的车主和诚信度高的车主会获得较低的充电费率；则C1的表达式如 式(1)所示 C1＝f1(W,R,H) (1) C2是由当前充电站正在充电或等待车数N，对应的充电时间或等待时间Twy等待时间等于等待轮到自己的时间加上自己的充电时间，预约 充电汽车数目n，对应预约汽车的预计充电时间Tpti对应的预约汽车来到此充电 桩的概率
所决定的，汽车来到充电站的概率则由车主以往的诚信 度和汽车剩余的电量决定，则该充电桩未来的拥堵程度用
的函数来表示； 则C2的表达式如式(2)所示
1.一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特征在于：包括系统感应 模块，通信模块，计费模块，显示模块，其中计费模块和感应模块分别与通信模 块相连，由通信模块负责和云端交互信息，计费模块和显示模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的感应模块包括重量和金属传感器，在每一个充电车位和等待车位 下方都安装有重量和金属传感器，由其感应结果确定当前充电桩内正在充电的电 动汽车数目和正在等待的充电汽车数目，并把相应的传感结果通过接口传输给通 信模块，通信模块再把相应信息传递给计费模块。
3.根据权利要求2所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的通信模块利用移动网络或者Wi-Fi与服务器云端相连接，从服务 器云端获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站 内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格 基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价信息并把这些数据通过接口通 信传递给计费模块用于计算实时充电电价，同时把充电桩的工作信息和实时充电 电价返回给云端。
4.根据权利要求3所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的计费模块包括ARM230芯片以及其接口，其从通信模块获取汽 车车型，车主等级和诚信度，当前电动汽车数目，预约汽车数目和对应的剩余电 量，当前区域汽车拥堵状况，运营商充电服务价格基数，当前停车场停车价格， 当前实时电网电价信息，并且根据算法得出当前的充电实时电价并且把充电实时 电价信息传输给显示模块，同时传输给通信模块将电价信息返回云端。
5.根据权利要求4所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统，其特 征在于：所述的显示模块包括接口和显示屏，其从计费模块获取当前实时充电电 价信息并且根据编码规则在显示屏上显示出当前的实时电价。
6.一种基于上述系统的自适应电动汽车充电服务费率浮动计算方法，其特征在 于：包括以下步骤： 步骤(1)感应到有电动汽车进入充电站或收到预约充电请求； 步骤(2)通过通信模块获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约 人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运 营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价信息，获取 不成功则向运营商报错并在显示模块显示当前充电站存在问题，如果急需充电则 按照默认故障应急价格并选取特殊通道充电； 步骤(3)通过计费模块计算当前实时充电电价并同时传输给通信模块和显示模 块； 步骤(4)通过显示模块在充电站的显示屏上显示出当前的实时充电电价，由通 信模块将电价信息传输给云端然后传输给车主。
7.根据权利要求6所述的一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算方法，其特 征在于：所述步骤(3)中实时充电电价的价格计算方法如下： 充电单价由充电费用和停车费用组合形成，充电费用由充电电费E和充电 服务费S组成，停车费用由停车场地供应商决定，根据不同地域和不同时间段为 一个时刻T的函数f0(T)，f0(T)为一个常数或者一个分段函数，充电电费E执 行有关政策指导价，记为常数A； 充电服务费S由充电服务费率SP乘上充电服务费价格基数D决定，充电服 务费率由C1，C2，C3，Ct四部分组成，其中C1是由当前预约或者到达的电动汽 车车型W和车主等级R和诚信度H所决定的；充电快速的小电池容量汽车车主， 会员等级高的车主和诚信度高的车主会获得较低的充电费率；则C1的表达式如 式(1)所示 C1＝f1(W,R,H) (1) C2是由当前充电站正在充电或等待车数N，对应的充电时间或等待时间Twy等待时间等于等待轮到自己的时间加上自己的充电时间，预约 充电汽车数目n，对应预约汽车的预计充电时间Tpti对应的预约汽车来到此充电 桩的概率
所决定的，汽车来到充电站的概率则由车主以往的诚信 度和汽车剩余的电量决定，则该充电桩未来的拥堵程度用
的函数来表示； 则C2的表达式如式(2)所示
技术领域
本发明涉及汽车充电装置，尤其是涉及电动汽车的充电装置和收费方式，具体涉及一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统与方法。
背景技术
自从工业革命之后，汽车就成为了一种广为使用的便捷的交通工具，随着经济的发展，家用汽车，公交汽车，出租车等各种车辆的数目在城市中不断增加，直接导致了城市拥堵和环境污染。在保护环境和节约资源的国策下，国内的电动汽车产业应运而生。据统计数据，电动汽车包括家用电动汽车、电动公交车和电动出租车保有量和使用量一直处于高速增长状态，根据中国汽车工业协会2014年的年报数据，2014年电动汽车产销分别完成48605辆和45048辆，比上年分别增长2.4倍和2.1倍，电动汽车行业发展迅速。然而电动汽车由于动力来源的问题必须经常在充电桩充电，国内现有充电桩往往需要固定人员值守而且收费固定不变，既增加了人员成本费用也不能体现充电桩的智能化和城市的智能化。而国外的充电桩往往免费充电，不利于充电桩的维护和规范化管理。
发明内容
针对上述现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统与方法，该方法和系统可以在车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价等信息的基础上方便快捷地实现充电服务费率的实时浮动调整。
本发明所述的自适应电动汽车充电服务费率浮动计算系统：包括感应模块，通信模块，计费模块和显示模块；其中计费模块和感应模块分别与通信模块相连，由通信模块负责和云端交互信息，计费模块和显示模块相连。
所述的感应模块包括重量和金属传感器，在每一个充电车位和等待车位下方都安装有重量和金属传感器，感应模块可以由重量和金属传感器的感应结果确定当前充电桩内正在充电的电动汽车数目和正在等待的充电汽车数目，并把相应的传感结果通过接口传输给通信模块，通信模块再把相应信息传递给计费模块。
所述的通信模块利用移动网络或者WI-FI等方法与服务器云端相连接，能够从服务器云端获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价等信息并把这些数据通过接口通信传递给计费模块用于计算实时充电电价，同时把充电桩的工作信息和实时充电电价返回给云端。
所述的计费模块由处理器和众多接口组成，可以从通信模块获取汽车车型，车主等级和诚信度，当前电动汽车数目，预约汽车数目和对应的剩余电量，当前区域汽车拥堵状况，运营商充电服务价格基数，当前停车场停车价格，当前实时电网电价等信息，并且根据算法得出当前的充电实时电价并且把充电实时电价信息传输给显示模块，同时传输给通信模块将电价信息返回云端。
(4)所述的显示模块由接口和显示屏等硬件构成，可以从计费模块获取当前实时充电电价信息并且根据编码规则在显示屏上显示出当前的实时电价。
一种基于上述系统的自适应电动汽车充电服务费率浮动计算方法，包括以下步骤：
步骤(1)感应到有电动汽车进入充电站或收到预约充电请求；
步骤(2)通过通信模块获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价信息，获取不成功则向运营商报错并在显示模块显示当前充电站存在问题，如果急需充电则按照默认故障应急价格并选取特殊通道充电；
步骤(3)通过计费模块计算当前实时充电电价并同时传输给通信模块和显示模块；
步骤(4)通过显示模块在充电站的显示屏上显示出当前的实时充电电价，由通信模块将电价信息传输给云端然后传输给车主。
所述步骤(3)中实时充电电价的价格计算方法如下：
充电单价由充电费用和停车费用组合形成，充电费用由充电电费E和充电服务费S组成，停车费用由停车场地供应商决定，根据不同地域和不同时间段为一个时刻T的函数f0(T)，大多数情况下为一个常数或者一个分段函数，充电电费执行有关政策指导价，不妨记为常数A。
充电服务费由充电服务费率SP乘上充电服务费价格基数D决定，充电服务费率由C1，C2，C3，Ct四部分组成，其中C1是由当前预约或者到达的电动汽车车型W和车主等级R和诚信度H所决定的。充电快速的小电池容量汽车车主，会员等级高的车主和诚信度高的车主会获得较低的充电费率。则C1的表达式如式(1)所示
C1＝f1(W,R,H)
(1)
C2是由当前充电站正在充电或等待车数N，对应的充电时间或等待时间Twy等待时间等于等待轮到自己的时间加上自己的充电时间，预约充电汽车数目n，对应预约汽车的预计充电时间Tpti对应的预约汽车来到此充电桩的概率Qi
所决定的，汽车来到充电站的概率则由车主以往的诚信度(车主诚信度可以用(不听从调度次数)/总次数来计算)和汽车剩余的电量决定，则该充电桩未来的拥堵程度可以用
的函数来表示。则C2的表达式如式(2)所示
C3是由当前充电桩所在区域的交通状况F所决定的，则C3的表达式如式(3)所示
C3＝f3(F)
(3)
Ct是由充电汽车的充电时间所决定的，由于汽车电池在电量较低时充电效率较高，所以只需要较短时间就可以充满一定比例的电，因此对于长时间时间占用超级充电桩、应急充电桩充电或恶意霸占充电桩的车辆将会采取惩罚性的收费措施，当电动汽车长时间充电或者在满电后仍然充电使得资源利用率下降时，充电服务费率将会维持在一个较高的水平。Ct是由汽车充电的时间t和充电效率U来决定的。则Ct的表达式如式(4)所示
Ct＝f4(t,U)
(4)
总的充电服务费率由C1，C2，C3，Ct四部分相加形成，实时充电服务费率和实时充电服务费的表达式如式(5)(6)所示
SP＝C1+C2+C3+Ct
(5)
S＝SP*D
(6)
总的实时充电单价P的表达式如式(7)所示
P＝f0(T)+A+S
(7)
充电t1时间后的总费用PT表达式如式(8)所示
本发明的工作过程是：在装置启动后，通过通信模块从服务器云端获取车辆车型、车主等级和诚信度、当前充电站的预约人数、当前充电站内预约汽车的剩余电量、当前区域的交通拥堵状况、当前的运营商充电服务价格基数、当前停车场停车价格、当前的实时电网电价等信息(这些信息从现有技术的数据中统计、获取后，存储在云端)，从感应模块获取当前充电桩周围的实际等待充电电动汽车数目和相应的剩余电量，通过计算模块的计算算法得出实时电价，然后在显示模块上显示给车主。当电动汽车进入充电站时或者远程申请充电时，充电服务费率浮动方法与计算装置便会实时更新充电电价并且显示或者传输给车主，车主根据电价选择是否在此充电桩充电。
本发明的目的就是实现电动汽车充电桩电价能够随各类因素实现实时调整，从而定制出合理的充电电费价格，其优势在于(1)从价格上实现了电动汽车充电的智能调度，当同一个充电站车辆过多时，或者当汽车电量还十分充足时，价格便会变高从而让部分车主寻找其他充电站并让电量充足的车主让出充电资源。(2)对电网和城市交通友好，当电力资源紧张时，电价会实时上涨，部分不急于充电的车主会放弃充电，从而缓解电力供应的紧张状况。当城市交通拥堵的时候，电价会下降从而鼓励电动汽车车主充电等待交通情况缓解，有助于缓解城市的交通拥堵问题。(3)所有的价格改变都在充电桩内自己运算完成或者由运营商通过服务器直接传输到各个充电站点，方便快捷，不需要单个调整。
本发明充分考虑了车主，运营商，城市交通，充电桩负荷量等各个因素，能够实现充电桩的智能化，充电汽车的调度，并且有助于城市的智能化。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是本发明工作流程图；
图3是本发明中收取费用的组成示意图；
图4是本发明中充电服务费率与充电时长的关系示意图。
具体实施方式
在图1中，通信模块使用移动网络或者在有WI-FI环境的充电站可以考虑使用WI-FI来实现与运营商服务端的通信获取相应预约充电和其他相关信息，在充电站内总机和从机之间的通信使用ZigBee模块实现相互通信。感应模块使用的是重力传感器和金属传感器，当有金属重物到达充电站门口时就会启动充电电价获取调整流程，其余时间处于待机状态节约能源。计费模块使用的ARM板来作为处理器用于进行数据的处理和计算，显示模块使用ARM板自带或者外加的普通显示器用于显示实时电价，总充电电费等信息。
充电单价由充电费用和停车费用组合形成，充电费用由充电电费和充电服务费率组成，本发明的创新特点在于充电服务费率与电动汽车的充电时间和充电效率有关，即在电动汽车充电时长较短时，收取较低的充电服务费率，当电动汽车长时间充电或者在满电后仍然充电使得资源利用率下降时，充电服务费率将会维持在一个很高的水平。如附图4所示。
实时变化的充电单间计算方法如下：充电单价由充电费用和停车费用组合形成，充电费用由充电电费E和充电服务费S组成，停车费用由停车场地供应商决定，根据不同地域和不同时间段为一个时刻T的函数f0(T)，大多数情况下为一个常数或者一个分段函数，充电电费执行有关政策指导价，不妨记为常数A。
充电服务费由充电服务费率SP乘上充电服务费价格基数D决定，充电服务费率由C1，C2，C3，Ct四部分组成，其中C1是由当前预约或者到达的电动汽车车型W和车主等级R和诚信度H所决定的。充电快速的小电池容量汽车车主，会员等级高的车主和诚信度高的车主会获得较低的充电费率。则C1的表达式如式(1)所示
C1＝f1(W,R,H)
(1)
C2是由当前充电站正在充电或等待车数N，对应的充电时间或等待时间Twy等待时间等于等待轮到自己的时间加上自己的充电时间，预约充电汽车数目n，对应预约汽车的预计充电时间Tpti对应的预约汽车来到此充电桩的概率Qi
所决定的，汽车来到充电站的概率则由车主以往的诚信度和汽车剩余的电量决定，则该充电桩未来的拥堵程度可以用
的函数来表示。则C2的表达式如式(2)所示
C3是由当前充电桩所在区域的交通状况F所决定的，则C3的表达式如式(3)所示
C3＝f3(F)
(3)
Ct是由充电汽车的充电时间所决定的，由于汽车电池在电量较低时充电效率较高，所以只需要较短时间就可以充满一定比例的电，因此对于长时间时间占用超级充电桩、应急充电桩充电或恶意霸占充电桩的车辆将会采取惩罚性的收费措施，当电动汽车长时间充电或者在满电后仍然充电使得资源利用率下降时，充电服务费率将会维持在一个较高的水平。Ct是由汽车充电的时间t和充电效率U来决定的。则Ct的表达式如式(4)所示
Ct＝f4(t,U)
(4)
总的充电服务费率由C1，C2，C3，Ct四部分相加形成，实时充电服务费率和实时充电服务费的表达式如式(5)(6)所示
SP＝C1+C2+C3+Ct
(5)
S＝SP*D
(6)
总的实时充电单价P的表达式如式(7)所示
P＝f0(T)+A+S
(7)
充电t1时间后的总费用PT表达式如式(8)所示
