CN103532202A - 用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩及应用方法，包括主控板、开入开出处理模块、量测处理模块、打印模块、智能电表、键盘、CAN数据接口、智能卡读写模块、摄像头、LED显示屏和通讯模块。本发明解决了公共小区内大规模充电桩接入电动汽车后台的问题。通过本发明，充电桩可通过无线、载波两种免费通讯手段与电动汽车后台进行数据交互，减少了高额通讯费，同时有效避免由于周边干扰源或其它同频段无线信号对通讯质量的影响。

Description

用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩及应用方法

技术领域

本发明属于电动汽车管理领域，尤其涉及用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩及应用方法。

背景技术

在新能源政策支持下，预计2015年我国新能源汽车需求量将达97.7万辆，年均增长率216%。国家电网公司计划在2015年前将建设1700个充电站，截至2015年中国将建成2000个充电站，40万个充电桩。电动汽车充电桩分为充电站内桩与站外离散桩两种，尤其是站外离散充电桩，地理布局分散，数量众多。随着电动汽车步入居民家庭，居民小区中的充电桩也会越来越多，目前电动汽车运营管理部门对于此类离散充电桩的管理主要通过GPRS通道实现，虽然GPRS通道比较稳定，但这种方式会导致用于通讯的费用增加。

中国专利201020202583.3公开了一种带有无线监控系统的电动汽车充电桩，通过GPRS、CDMA或3G模块实现离散充电桩与后台管理系统的通讯。该专利使用了公共移动网络进行数据传输，每台充电桩要安装一个GPRS/CDMA/3G通讯模块，增加了系统的通讯成本。

中国专利201210013267.5公开了一种充电桩的无线采集系统及其通讯方法，中国专利201120174600.1公开了一种带有无线监控终端的电动汽车充电桩，以上两个专利都是通过在802.11n/WIFI技术实现了对充电桩的无线数据采集，这种技术需要WIFI路由器配合完成数据通信。目前采用WIFI技术进行充电桩管理存在两个弊端：一是无法中继路由，只能在路由器信号覆盖范围内实现数据通信，距离只有几十到一百米左右；二是由于路由器本身的设备性能及带宽的限制，一般只能接入十几个WIFI终端，无法满足实际应用时的需求。

中国专利201210085959.0公开了一种电动汽车离散充电桩数据采集系统，通过Zigbee主模块与离散充电桩上安装的子模块建立Zigbee网络，实现数据通信。但Zigbee技术传输距离只有10～100米，同时在周围出现无线干扰时，Zigbee的通讯会受到极大影响。

中国专利201110071414.X公开了一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及方法，通过电力线载波通信技术，实现对电动汽车自动充电装置的数据传输。该发明虽然可以解决信号覆盖范围有限的问题，但对于公共小区中，由于各种电器电子设备的使用，使得电力线路中存在各种谐波、扰动，导致电力载波信号误码增多，对通讯质量影响很大。

以上现有技术虽取得了一定成果，但存在传输距离短、系统可接入充电桩数量少、信号覆盖范围以外无法正常通讯、无法应对无线信号干扰、无法避免线路干扰等弊端，无法满足电动汽车大规模推广时充电桩管理的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩及其应用方法，解决公共小区内大规模充电桩接入电动汽车后台的问题。通过该发明，充电桩可通过无线、载波两种免费通讯手段与电动汽车后台进行数据交互，减少了高额通讯费，同时有效避免由于周边干扰源或其它同频段无线信号对通讯质量的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，包括主控板、开入开出处理模块、量测处理模块、打印模块、智能电表、键盘、CAN数据接口、智能卡读写模块、摄像头、LED显示屏和通讯模块。

所述主控板，用于连接开入开出处理模块、量测处理模块、打印模块、智能电表、键盘、CAN数据接口、智能卡读写模块、摄像头、LED显示屏和通讯模块，实现对开入开出模块、量测处理模块、智能电表、键盘、智能卡读写模块、摄像头的数据采集，对开入开出处理模块、打印模块、LED显示屏的控制，并通过CAN数据接口实现与其它CAN总线设备的数据交互，通过通讯模块实现与其它充电桩和小区数据集中管理单元之间的数据传递。。

所述开入开出处理模块与电源开关连接，采集电源开关状态并控制电源开关进行分合；所述量测处理模块与互感模块连接，采集互感模块数据；所述打印模块完成充电票据的打印功能；所述智能电表完成对充电电量的计量功能；所述键盘接收用户下发的指令；所述CAN数据接口与BMS连接，获取BMS中的测量数据；所述智能卡读写模块进行智能充电卡的读写；所述摄像头完成对充电过程和充电人员的监控。

所述通讯模块连接主控板，响应主控板指令向外发送数据，并将接收的数据返回至主控板。。

作为本发明的进一步改进，所述通讯模块包括微处理模块、微功率无线模块、载波通讯模块、滤波模块。

微处理模块连接微功率无线模块、载波通讯模块和主控板，进行通讯链路管理、通讯数据发送、校验工作。响应主控板指令，向微功率无线模块和载波通讯模块下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块和载波通讯模块的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板。

正常情况下，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验。当周围出现干扰或其它因素影响，导致通过微功率无线模块无法正常进行数据传输时，通讯模块则转由载波通讯模块为主进行数据交互，直至微功率无线模块恢复正常通讯。

所述微功率无线模块，与微处理模块连接，使用微功率无线方式完成充电桩与其它充电桩以及小区数据集中管理单元之间的数据传递。

所述微功率无线模块采用国家无线电委员会要求的470mHz～490mHz无线工作频率，采用前向纠错信道编码技术，空中传输速率可达100Kbps，开阔地无中继可靠传输距离可达1500米。

所述微功率无线模块支持无线自组网，可在无人工干预的情况下完成公共小区内所有充电桩的通讯网络组织。

所述微功率无线模块两两之间可进行数据交互，支持数据传递，以此实现数据多级中继，可通过一级级传递的方式，将数据传送至最终目的地。

所述微功率无线模块可实现无线频段自动跳频功能，当公共小区周围出现其它小区充电桩的微功率无线信号时，微功率无线模块可通过自动跳频功能，更换通讯频率，避开与其它小区无线信号的冲突。

所述微功率无线模块可实现在功率许可范围内自动调整，当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较弱时，自动增强发射功率，加强信号，提供通信可靠性；当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较强时，在保证通讯成功率的前提下自动减小发射功率，降低电能损耗。

所述载波通讯模块与微处理模块、滤波模块连接，接受微处理模块的指令并将接收到的数据返回至微处理模块；

所述滤波模块与载波通讯模块连接，用于完成载波通讯中的干扰信号的过滤功能。

所述滤波模块包括发送有源滤波器、发送无源滤波器、接收无源滤波器，数据发送时有源滤波器完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器耦合到电力线进行信号传输；数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器后送入微处理器进行处理。

用于公共小区的无线载波双网互补充电桩的应用方法，包含以下步骤：

步骤一：充电桩安装完后，启动充电桩，让充电桩通信模块工作，进行微功率无线模块和载波模块自组网，建立各充电桩到小区数据集中管理单元的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量。组网完成后，对未联网成功的充电桩进行调试。

步骤二：充电桩与小区数据集中管理单元进行数据交互时，充电桩中的通讯模块首先将数据分发至微功率无线模块和载波模块，通过无线和载波两种方式同时向小区数据集中管理单元发送数据。

步骤三：通过无线方式通讯时，通讯模块根据内存中记录的到达小区数据集中管理单元的最优通讯路线进行通讯，如通讯失败则依次选择次优通讯路线，并根据本次通讯路线使用情况，调整内存中各通讯路线的成功率。如连续失败则暂时放弃无线通讯方式。

步骤四：充电桩通讯模块同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅。如在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析。

步骤五：如存在微功率无线信号无法联网的充电桩，则定时启动自组网功能，为该充电桩重新建立无线通讯路线。

本发明的有益效果：

1)充电桩中使用微功率无线模块进行通讯，降低了每台充电桩的通讯费，节省了整个电动汽车运营网络中用于通讯的开支，减少了直接接入电动汽车运营管理系统后台的通讯链接，提高了系统后台的运行速度。

2)微功率无线信号覆盖范围广，具有自动跳频功能，并可以根据通讯信号的质量调整发射功率，适应性强，信号稳定性高。载波通道增加了滤波模块，减少了电力线路中的干扰，增强了载波信号的抗干扰能力，降低了信号的误码率。

3)微功率无线与载波双通道同时工作，互为校验，保证了充电桩的通讯可靠性，提高了通讯准确性。

4)充电桩应用微功率无线与载波双通道，模块化应用，不需要通讯线路的铺设，安装调试方便，减少线程调试工作量，有利于充电桩在居民小区、公共停车场等场所的推广和应用。

附图说明

图1本发明的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩结构图；

图2本发明的充电桩通讯模块结构图；

图3本发明的滤波模块结构图；

图4本发明的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩应用方法流程图；

图5本发明的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩网络示意图；

其中：100，充电桩；101，主控板；102，开入开出处理模块；103，量测处理模块；104，打印模块；105，智能电表；106，键盘；107，CAN数据接口；108，智能卡读写模块；109，摄像头；110，LED显示屏；200，通讯模块；201，微处理模块；202，微功率无线模块；203，载波通讯模块；204，滤波模块，301，发送有源滤波器；302，发送无源滤波器；303，接收无源滤波器；400，小区数据集中管理单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，包括主控板101、开入开出处理模块102、量测处理模块103、打印模块104、智能电表105、键盘106、CAN数据接口107、智能卡读写模块108、摄像头109、LED显示屏110和通讯模块200。

所述主控板101，用于连接开入开出处理模块102、量测处理模块103、打印模块104、智能电表105、键盘106、CAN数据接口107、智能卡读写模块108、摄像头109、LED显示屏110和通讯模块200，实现对开入开出模块102、量测处理模块103、智能电表105、键盘106、智能卡读写模块108、摄像头109的数据采集，对开入开出处理模块102、打印模块104、LED显示屏110的控制，并通过CAN数据接口107实现与其它CAN总线设备的数据交互，通过通讯模块200实现与其它充电桩100和小区数据集中管理单元400之间的数据传递。。

所述开入开出处理模块102与电源开关连接，采集电源开关状态并控制电源开关进行分合；所述量测处理模块103与互感模块连接，采集互感模块数据；所述打印模块104完成充电票据的打印功能；所述智能电表105完成对充电电量的计量功能；所述键盘106接收用户下发的指令；所述CAN数据接口107与BMS连接，获取BMS中的测量数据；所述智能卡读写模块108进行智能充电卡的读写；所述摄像头109完成对充电过程和充电人员的监控。

所述通讯模块200连接主控板101，响应主控板101指令向外发送数据，并将接收的数据返回至主控板101。

如图2所示，所述通讯模块200包括微处理模块201、微功率无线模块202、载波通讯模块203、滤波模块204。微处理模块201连接微功率无线模块202、载波通讯模块203和主控板101，进行通讯链路管理、通讯数据发送、校验工作。响应主控板101指令，向微功率无线模块202和载波通讯模块203下发通讯指令和数据，并同时接收接收微功率无线模块202和载波通讯模块203的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板101。正常情况下，微处理模块201以微功率无线模块202通讯为主，载波通讯模块203的数据作为备用数据和校验。当周围出现干扰或其它因素影响，导致通过微功率无线模块202无法正常进行数据传输时，通讯模块200则转由载波通讯模块203为主进行数据交互，直至微功率无线模块202恢复正常通讯。

所述微功率无线模块202，与微处理模块201连接，使用微功率无线方式完成充电桩100与其它充电桩100以及小区数据集中管理单元400之间的数据传递。

所述微功率无线模块202采用国家无线电委员会要求的470mHz～490mHz无线工作频率，采用前向纠错信道编码技术，空中传输速率可达100Kbps，开阔地无中继可靠传输距离可达1500米。

所述微功率无线模块202支持无线自组网，可在无人工干预的情况下完成公共小区内所有充电桩的通讯网络组织。

所述微功率无线模块202两两之间可进行数据交互，支持数据传递，以此实现数据多级中继，可通过一级级传递的方式，将数据传送至最终目的地。

所述微功率无线模块202可实现无线频段自动跳频功能，当公共小区周围出现其它小区充电桩的微功率无线信号时，微功率无线模块202可通过自动跳频功能，更换通讯频率，避开与其它小区无线信号的冲突。

所述微功率无线模块202可实现在功率许可范围内自动调整，当与周围其他微功率无线模块202之间的无线信号较弱时，自动增强发射功率，加强信号，提供通信可靠性；当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较强时，在保证通讯成功率的前提下自动减小发射功率，降低电能损耗。

所述载波通讯模块203与微处理模块201、滤波模块204连接，接受微处理模块201的指令并将接收到的数据返回至微处理模块201；

所述滤波模块204与载波通讯模块203连接，用于完成载波通讯中的干扰信号的过滤功能。

如图3所示，所述滤波模块204由发送有源滤波器301、发送无源滤波器302、接收无源滤波器303组成，数据发送时有源滤波器301完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器302耦合到电力线进行信号传输；数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器303后送入微处理器进行处理。

所述开入开出处理模块102与电源开关连接，采集电源开关状态并控制电源开关进行分合；所述量测处理模块103与互感模块连接，采集互感模块数据；所述打印模块104完成充电票据的打印功能；所述智能电表105完成对充电电量的计量功能；所述键盘106接收用户下发的指令；所述CAN数据接口107与BMS连接，获取BMS中的测量数据；所述智能卡读写模块108进行智能充电卡的读写；所述摄像头109完成对充电过程和充电人员的监控。

如图4所示，充电桩100安装完后，工作人员启动充电桩100，让通信模块200工作，进行微功率无线模块202和载波模块203自组网，建立各充电桩100到小区数据集中管理单元400的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量。组网完成后，对未联网成功的充电桩100进行调试。充电桩100与小区数据集中管理单元400进行数据交互时，的通讯模块200首先将数据分发至微功率无线模块202和载波模块203，通过无线和载波两种方式同时向小区数据集中管理单元400发送数据。通过无线方式通讯时，通讯模块200根据内存中记录的到达小区数据集中管理单元400的最优通讯路线进行通讯，如通讯失败则依次选择次优通讯路线，并根据本次通讯路线使用情况，调整内存中各通讯路线的成功率。如连续失败则暂时放弃无线通讯方式。通讯模块200同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅。如在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析。如存在微功率无线信号无法联网的充电桩100，则定时启动自组网功能，为该充电桩100重新建立无线通讯路线。

如图5所示，一台小区数据集中管理单元400可以同时管理上千台充电桩100，对于小区数据集中管理单元400微功率无线信号直接覆盖的充电桩100，小区数据集中管理单元400可以与充电桩100直接进行通讯；对于小区数据集中管理单元400微功率无线信号无法直接覆盖的充电桩100，则可以通过其它充电桩100中转实现与小区数据集中管理单元400的数据交互，中转跳数可以超过10次，从而满足较大公共小区或区域（如半径大于2km）的通讯覆盖。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，包括主控板、开入开出处理模块、量测处理模块、打印模块、智能电表、键盘、CAN数据接口、智能卡读写模块、摄像头、LED显示屏和通讯模块；

所述主控板，用于连接开入开出处理模块、量测处理模块、打印模块、智能电表、键盘、CAN数据接口、智能卡读写模块、摄像头、LED显示屏和通讯模块，实现对开入开出模块、量测处理模块、智能电表、键盘、智能卡读写模块、摄像头的数据采集，对开入开出处理模块、打印模块、LED显示屏的控制，并通过CAN数据接口实现与其它CAN总线设备的数据交互，通过通讯模块实现与其它充电桩和小区数据集中管理单元之间的数据传递；

所述开入开出处理模块与电源开关连接，采集电源开关状态并控制电源开关进行分合；所述量测处理模块与互感模块连接，采集互感模块数据；所述打印模块完成充电票据的打印功能；所述智能电表完成对充电电量的计量功能；所述键盘接收用户下发的指令；所述CAN数据接口与BMS连接，获取BMS中的测量数据；所述智能卡读写模块进行智能充电卡的读写；所述摄像头完成对充电过程和充电人员的监控；

所述通讯模块连接主控板，用于完成充电桩与其它充电桩以及小区数据集中管理单元之间的数据传递。

2.如权利要求1所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述通讯模块包括微处理模块、微功率无线模块、载波通讯模块、滤波模块；

微处理模块响应主控板指令，向微功率无线模块和载波通讯模块下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块和载波通讯模块的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板；

所述微功率无线模块，与微处理模块连接，使用微功率无线方式完成充电桩与其它充电桩以及小区数据集中管理单元之间的数据传递；

所述载波通讯模块接受微处理模块的指令并将接收到的数据返回至微处理模块；

所述滤波模块，与载波通讯模块连接，用于完成载波通讯中的干扰信号的过滤功能。

3.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，正常情况下，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验；当周围出现干扰或其它因素影响，导致通过微功率无线模块无法正常进行数据传输时，通讯模块则转由载波通讯模块为主进行数据交互，直至微功率无线模块恢复正常通讯。

4.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，

所述微功率无线模块采用国家无线电委员会要求的470mHz～490mHz无线工作频率，采用前向纠错信道编码技术，空中传输速率可达100Kbps，开阔地无中继可靠传输距离可达1500米。

5.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述微功率无线模块支持无线自组网，在无人工干预的情况下完成公共小区内所有充电桩的通讯网络组织。

6.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述微功率无线模块两两之间进行数据交互，支持数据传递，以此实现数据多级中继，通过一级级传递的方式，将数据传送至最终目的地。

7.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述微功率无线模块实现无线频段自动跳频功能，当公共小区周围出现其它小区充电桩的微功率无线信号时，微功率无线模块可通过自动跳频功能，更换通讯频率，避开与其它小区无线信号的冲突。

8.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述微功率无线模块实现在功率许可范围内自动调整，当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较弱时，自动增强发射功率，加强信号，提供通信可靠性；当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较强时，在保证通讯成功率的前提下自动减小发射功率，降低电能损耗。

9.如权利要求2所述的用于公共小区的无线载波双网互补的充电桩，其特征是，所述滤波模块包括发送有源滤波器、发送无源滤波器、接收无源滤波器，数据发送时有源滤波器完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器耦合到电力线进行信号传输；数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器后送入微处理器进行处理。

10.用于公共小区的无线载波双网互补充电桩的应用方法，其特征是，包含以下步骤：

步骤一：充电桩安装完后，启动充电桩，让充电桩通信模块工作，进行微功率无线模块和载波模块自组网，建立各充电桩到小区数据集中管理单元的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量；组网完成后，对未联网成功的充电桩进行调试；

步骤二：充电桩与小区数据集中管理单元进行数据交互时，充电桩中的通讯模块首先将数据分发至微功率无线模块和载波模块，通过无线和载波两种方式同时向小区数据集中管理单元发送数据；

步骤三：通过无线方式通讯时，通讯模块根据内存中记录的到达小区数据集中管理单元的最优通讯路线进行通讯，如通讯失败则依次选择次优通讯路线，并根据本次通讯路线使用情况，调整内存中各通讯路线的成功率；如连续失败则暂时放弃无线通讯方式；

步骤四：充电桩通讯模块同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅；如在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析；

步骤五：如存在微功率无线信号无法联网的充电桩，则定时启动自组网功能，为该充电桩重新建立无线通讯路线。

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