1.本发明涉及电动车充电技术领域，更具体的说，涉及一种多路智能安全充电系统。


背景技术：

2.在电池产业不断扩大，成本快速降低的进程中，锂离子电池充电助动车快速普及进入了千家万户。
3.目前，中国电动自行车全社会保有量接近3亿辆，尤其是城市道路狭窄拥挤的老城区，拥有电动车的比率更高。
4.随着，电动自行车保有量不断上升，因其本质安全不过关、违规改装改造、停放充电不规范、安全意识不强等多重因素，电动自行车火灾事故呈多发频发趋势，火灾致死率高，已成为最主要的火灾风险之一。
5.目前，电动自行车的充电安全性方案，一方面是电池厂家采用电池管理系统bms进行电池安全监控，可以防止高温、过冲等问题；另一方面是政府、街道部门采用集中管理充电的方式，避免发生火灾产生更大的安全风险。
6.现有的充电安全性方案，具体存在以下问题：
7.1)经过违规改装的电池容易绕开电池厂商的电池管理系统bms，无法进行安全保护；
8.2)电池超龄使用时，电池质量明显下降而无法监控；
9.3)仅根据电池厂商的充电器里的电池管理系统bms进行安全防护，缺乏第二道安全断电机制。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种多路智能安全充电系统，根据历史充电曲线与实时充电曲线进行比较，解决现有技术的充电电池的充电安全性难以进行有效监控的问题。
11.本发明的另一个目的是提供一种多路智能安全充电系统，根据充电电流数据的充电特征值分析该充电电池是否经过改装，解决现有技术的充电电池中违规改装电池难以得到有效监控的问题。
12.本发明的另一个目的是提供一种多路智能安全充电系统，将实时采集的充电电流数据与历史充电电流数据相比较，根据历史充电电流数据，计算电池寿命，解决现有技术的充电电池超龄使用的安全性问题。
13.为了实现上述目的，本发明提供了一种多路智能安全充电系统，包括总闸机、多路智能配电箱和后台服务器：
14.所述总闸机，与多路智能配电箱连接；
15.所述多路智能配电箱，包含多个智能配电箱；
16.在每个智能配电箱均分别配置智能充电插座；
17.所述智能充电插座，与后台服务器连接，采集实时充电电流数据，发送至后台服务
器；
18.所述后台服务器，将采集的实时充电电流数据与历史充电电流数据相比较，进行充电电池的安全性判断与处理；
19.其中，所述历史充电电流数据，为所述后台服务器将每次正常充电采集的实时充电电流数据进行存储形成。
20.在一实施例中，所述智能充电插座，包含电流监测模块和断电保护装置：
21.所述电流监测模块，与后台服务器连接，在电池充电过程中，采集实时充电电流数据并发送至后台服务器；
22.所述断电保护装置，与后台服务器连接，根据接收的后台服务器发送的断电指令，断开充电电路，停止充电。
23.在一实施例中，所述智能充电插座，还包括无线通信模块：
24.所述无线通信模块，与电流监测模块、断电保护装置连接，与后台服务器进行无线通信连接；
25.所述无线通信模块，接收电流监测模块采集的实时充电电流数据并发送后台服务器；
26.所述无线通信模块，接收后台服务器发送的断电指令并发送至断电保护装置。
27.在一实施例中，所述智能充电插座，还包括身份验证模块：
28.所述身份验证模块，采集充电用户的身份识别信息，并发送至后台服务器；
29.所述后台服务器，将接收到的充电电流数据与用户身份识别信息对应账户相关联并进行存储。
30.在一实施例中，所述后台服务器，将实时采集的充电电流数据与历史充电电流数据相比较，如果电流波动的偏离值在正常范围内，则继续保持充电，直到充电电流低于充电阈值，发送断电指令至智能充电插座，主动断电，停止充电。
31.在一实施例中，所述后台服务器，将采集的实时充电电流数据与历史充电电流数据相比较，如果电流波动的偏离值超出正常范围，则发送断电保护指令至智能充电插座，进行断电保护并下发提示和告警信息。
32.在一实施例中，所述后台服务器，如果检测到实时采集的起始峰值电流超过历史充电电流数据至第一阈值范围并维持时间超过指定时间范围，则判定充电电池为改装电池。
33.在一实施例中，所述后台服务器，如果检测到采集的实时充电电流数据的电流特征值超过历史充电电流数据至第二阈值范围，则发送断电保护指令至断电保护装置，进行断电保护并下发提示和告警信息。
34.在一实施例中，所述后台服务器，如果检测到采集的实时充电电流数据的充电电流峰值、充电末期电流下降速率超过历史充电电流数据至第三阈值范围，则发送断电保护指令至断电保护装置，进行断电保护并下发提示和告警信息。
35.在一实施例中，所述后台服务器，根据历史充电电流数据以及采集的实时充电电流数据的充电时间，计算充电电量和电池容量，如果电池容量低于设计容量至第四阈值范围，则判定充电电池为超限使用，下发提示和告警信息。
36.本发明提供的多路智能安全充电系统，具体具有以下有益效果：
37.1)智能化，相比较与传统的安全充电系统，本发明基于历史充电数据，并且比对了大量的同类充电数据后做出分析判断，执行历史变化、动态的安全阈值管理，提高了充电安全预测的精准度；
38.2)精准性，将使用人员与电动车绑定，实现历史充电数据的累计，可以直接下发提示信息、预警信息到对应车主以及工作人员。
附图说明
39.本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
40.图1揭示了根据本发明一实施例的多路智能安全充电系统原理框图；
41.图2揭示了根据本发明一实施例的智能充电插座原理框图；
42.图3揭示了典型的锂电池正常充电电流曲线图；
43.图4揭示了根据本发明一实施例的锂电池异常充电电流曲线图。
44.图中各附图标记的含义如下：
45.100 总闸机；
46.210 智能充电插座；
47.220 智能充电插座；
48.230 智能充电插座；
49.240 智能充电插座；
50.211 电流监测模块；
51.212 无线通信模块；
52.213 断电保护装置；
53.214 身份验证模块；
54.300 后台服务器。
具体实施方式
55.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用以解释发明，并不用于限定发明。
56.在本发明的描述中，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同。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发明中的具体含义。
57.图1揭示了根据本发明一实施例的多路智能安全充电系统原理框图，如图1所示，本发明提出的一种多路智能安全充电系统，包括总闸机100、多路智能配电箱和后台服务器300：
58.所述总闸机100，与多路智能配电箱连接；
59.所述多路智能配电箱，包括4个智能配电箱；
60.在每路智能配电箱分别均配置智能充电插座；
61.在图1所示的实施例中，总闸机100内分别导出4个220v交流充电接口，对应4个智能配电箱的智能充电插座，包括智能充电插座210、220、230和240。
62.智能充电插座210、220、230和240，分别与后台服务器300连接，采集实时充电电流数据，发送至后台服务器300；
63.所述后台服务器300，将采集的实时充电电流数据与历史充电电流数据相比较，进行充电电池的安全性判断与处理；
64.其中，所述历史充电电流数据，为所述后台服务器300将每次正常充电采集的实时充电电流数据进行存储形成。
65.显然，智能配电箱/智能充电插座的个数是可以设置的，例如可以是20个。
66.每个智能充电插座的组成结构是一致的，每个智能充电插座配置带通信功能的电流监测模块，上传实时充电电流数据。
67.以智能充电插座210为例说明本发明智能充电插座的组成结构。
68.图2揭示了根据本发明一实施例的智能充电插座原理框图，如图2所示，所述智能充电插座210，包含电流监测模块211、无线通信模块212和断电保护装置213：
69.所述无线通信模块212，与后台服务器300进行无线通信连接；
70.所述电流监测模块211，与无线通信模块212连接，在电池充电过程中，采集实时充电电流数据并经过无线通信模块212发送至后台服务器300；
71.在充电过程中，电流监测模块211，实时采集充电电流数据，记录充电电流关于时间的曲线，充电时间等信息，提取电流特征值，发送至后台服务器300的数据库进行存储。
72.所述充电电流数据包括充电电流与充电时间的曲线数据。
73.所述断电保护装置213，与无线通信模块212连接，根据接收的后台服务器300发送的断电指令，断开充电电路，停止充电。
74.其中，无线通信模块212，可以通过wifi/4g/5g等无线通讯方式与后台服务器300进行无线通信连接。
75.更进一步的，智能充电插座210还设置有身份验证模块214，利用封闭式集中充电场所，登记每个电动车车主，与电动车信息绑定：
76.所述身份验证模块214，与无线通信模块212连接，采集充电用户的身份识别信息，并发送至后台服务器300；
77.所述后台服务器300，将接收到的充电电流数据与用户身份识别信息对应账户相关联并进行存储。
78.更进一步的，身份验证模块214可以是扫码验证模块、刷卡验证模块或者人脸识别模块，用户在插电充电前，需要通过扫码、刷卡或者人脸识别确认用户的身份识别信息。
79.在图2所示的实施例中，电流监测模块211，对应的硬件型号可以是三相智能电量仪zh-4041-64n1；
80.无线通信模块212，对应的硬件型号可以是华为hw3000tr4；
81.断电保护装置213，对应的硬件型号可以是omron g5q-14dc12v；
82.身份验证模块214，对应的硬件型号可以是稻源d50。
83.锂离子电池有其独特的充电特性，图3揭示了典型的锂电池正常充电电流曲线图，
如图3所示的充电电流曲线具有代表性，横坐标为充电时间，纵坐标为充电电流，锂电池充电电流变化可以分为三个阶段：
84.第一阶段，充电时间从0-t0，充电电流快速放大，接近电流峰值i
max
；
85.第二阶段，充电时间从t
0-t1，充电电流维持最大值i
max
；
86.第三阶段，充电时间从t
1-t2，充电电流迅速下降，并趋于平缓，维持在一个较低水平。第三阶段的下降曲线，接近指数下降函数。
87.第二阶段和第三阶段都是充电安全的关键，本发明提出的多路智能安全充电系统，根据历史充电曲线与实时充电曲线进行比较，如果发现实时充电曲线明显偏离异常值，立刻断电保护，并进行告警。
88.锂离子电池处于正常充电状态时，将实时充电曲线与历史充电曲线进行比对，如果电流波动的偏离值在正常范围内的，继续保持充电，直到充电电流低于充电阈值，认为充电完成，主动断电，停止充电。
89.锂电子电池处于异常充电状态时，将实时充电曲线与历史充电曲线进行比对，如果电流波动的偏离值超出正常范围，则启动断电保护机制，并且下发提示和告警信息。
90.在本实施例中，后台服务器300，将每次正常充电采集的实时充电电流数据进行存储形成历史充电电流数据。
91.后台服务器300，需要记录每台电动车的充电电流数据，形成历史充电电流数据。
92.可选的，后台服务器300，搭载的软件是立马订非机动车集中充电管理软件。
93.后台服务器300，将实时采集的充电电流数据与历史充电电流数据相比较，进行充电电池安全性判断与处理。
94.所述后台服务器300，将采集的实时充电电流数据与历史充电电流数据相比较，如果电流波动的偏离值在正常范围内，则继续保持充电，直到充电电流低于充电阈值，发送断电指令至智能充电插座，主动断电，停止充电。
95.所述后台服务器300，将采集的实时充电电流数据与历史充电电流数据相比较，如果电流波动的偏离值超出正常范围，则发送断电保护指令至断电保护装置，进行断电保护并下发提示和告警信息。
96.图4揭示了根据本发明一实施例的锂电池异常充电电流曲线图，如图4所示，实线为历史充电电流曲线，虚线为实时充电电流曲线，横坐标为充电时间，纵坐标为充电电流，本发明提出的多路智能安全充电系统，根据充电电流数据的充电特征值，分析该电动车的电池是否经过改装。
97.所述后台服务器300，如果检测到采集的实时起始峰值电流超过历史充电电流数据至第一阈值范围并维持时间超过指定时间范围，则判定充电电池为改装电池。
98.在图4所示的实施例中，第一阈值范围为30％，指定时间为5分钟。如果实时采集的起始峰值电流i
max
超过历史充电电流数据至30％，并且维持5分钟以上，可以判定充电电池为改装电池。
99.如图4所示，本发明提出的多路智能安全充电系统，将实时采集的充电电流数据与历史充电电流数据相比较，根据电流波动的偏离值判断是否存在安全风险，需要进行断电保护。
100.在一实施例中，所述后台服务器300，如果检测到实时采集的充电电流数据的电流
特征值超过历史充电电流数据至第二阈值范围，则发送断电保护指令至断电保护装置，进行断电保护并下发提示和告警信息。
101.在图4所示的实施例中，第二阈值范围为10％，如果实时采集的充电电流数据的电流特征值与历史充电电流曲线特征值的偏离值超过正常范围10％，认为存在安全风险，就立刻断电保护。
102.在一实施例中，所述后台服务器300，如果检测到采集的实时充电电流数据的充电电流峰值、充电末期电流下降速率超过历史充电电流数据至第三阈值范围，则发送断电保护指令至断电保护装置，进行断电保护并下发提示和告警信息。
103.在图4所示的实施例中，第三阈值范围为10％，根据历史充电曲线，抓取充电电流峰值i
max
以及充电末期电流下降速率等特征值，当实时采集的充电电流数据的特征值存在明显偏离异常达到10％以上，认为存在安全风险，立刻开启断电保护，并且给出告警提示。
104.如图4所示，本发明提出的多路智能安全充电系统，将实时采集的充电电流数据与历史充电电流数据相比较，根据历史充电电流数据，计算电池寿命，提前预警。
105.在一实施例中，所述后台服务器300，根据历史充电电流数据以及采集的实时充电电流数据的充电时间，计算充电电量和电池容量，如果电池容量低于设计容量至第四阈值范围，则判定充电电池为超限使用，下发提示和告警信息。
106.在本实施例中，电池容量c的表达式为
107.其中，i为充电电流，t0为充电起始时间，t1为充电结束时间，δc为累积电池充电电量。
108.在图4所示的实施例中，第四阈值范围为70％，根据历史充电数据，以及充电时间计算充电电量、电池容量，如果电池容量低于设计容量的70％，可以判定该充电电池为超限使用，对于超限使用的充电电池给予提示和告警。
109.本发明提出的一种多路智能安全充电系统，基于大量历史充电数据，运用大数据手段提高充电安全预判的精准性，采用历史的、动态的安全阈值管理，提取电池容量和电流变化特征值等数据信息，对电池安全和电池容量等进行有效监控，并且能实时下发提示与告警信息，便于及时处理。
110.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
111.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
112.本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
113.本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
114.结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
115.结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
116.在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
117.上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。