一种电动汽车无线充电通信系统及方法与流程

本发明涉及电动汽车通信技术领域，尤其涉及一种基于光载无线网络的电动汽车无线充电通信系统及方法。

背景技术：

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。根据国家电网公司2014-2020年电动汽车智能充换电服务网络发展规划，预计到2020年，国家电网公司经营区内充换电设施建设总规模为充换电站15678座、充电塔156座、充电桩345.2万个，满足400万辆电动汽车充换电服务需求。

随着电动汽车和充电桩数量不断的增加，人们对电动汽车快速充电、安全充电、智能化无线充电的要求也日益增加。因此，电动汽车无线充电技术得到广泛的发展应用，由此对信号时延性、数据传输可靠性、数据安全性均提出了更高的要求。

目前，电动汽车充电的通信传输方式主要采用有线方式和无线方式两种，其中有线方式包括rj45线、光纤、rs485、rs232、can总线等，无线方式包括grps、evdo、cdma等。但作为自动充电技术的通信控制，目前的通信方式还有许多的缺点：

1、有线方式具有布线复杂、扩展性差等缺点，不适应长距离、移动式的传输条件，具有很多限制。

2、无线传输方式，在有些地区，无线信号会在传输过程中会出现失联、信号丢失、通信链接失败等问题。

3、此外，随着大数据应用的大力推广，平台管理中心与充电桩、电动汽车车载终端间的数据量越来越大，对无线通信速度提出了更高的要求。因此，对于电动汽车在数据传输中的安全性问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于光载无线网络的电动汽车无线充电通信系统及方法，该系统及方法利用光载无线网络交换机做为核心设备，实现电动汽车无线充电过程中的传输速率快、通信容量大、扩展性强、易于连接等优点，大大提高了无线充电过程中的运行效率，节约了运行成本，简化了操作步骤，使用方便快捷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种电动汽车无线充电通信系统，包括：无线中心站、光载无线模块、无线充电系统以及信号接收模块；所述光载无线模块与无线中心站、无线充电系统以及信号接收模块分别通信；无线中心站与无线充电系统以及信号接收模块分别通信；

其中，无线中心站根据识别的车辆信息进行进场车辆的无线网络自动登录，为进场车辆的光载无线网络进行最优路径规划，根据无线充电系统的资源占用情况、充电车辆排队时间以及充电车辆的注册时间，实现对光载无线网络资源的合理调度。

进一步地，所述无线中心站包括：

算法模块，被配置为将光网络和无线网络分为两个域，在无线中心站中构建出至少三个路径规划单元，其中至少两个子单元分别负责光载波网络域和wifi网络域的路径算法，另一个单元作为父单元负责协调两个域的路径计算，当有电动汽车驶入充电区域时，通过子单元与父单元之间的信息交互，实现光载无线网络中的全局最优路径规划；

资源调度模块，被配置为对于无线网络接入的一个新的电动汽车用户请求，综合考虑现有的无线网络布局、设备的无线链接情况、设备排队时间以及注册时间的影响，合理分配光载无线网络资源；

当多个电动汽车用户请求同时接入时，基于吞吐量和公平性原则，综合考虑现有的无线网络布局、设备的无线链接情况、设备排队时间以及注册时间的影响，合理分配光载无线网络资源；

控制及处理模块，被配置为用于根据识别的进场车辆信息自动匹配无线充电发射端信息以及无线网络连接信息，实现进场车辆无线网络自动登录以及无线中心站、进场车辆、车辆用户以及无线充电系统之间的数据交互。

进一步地，所述控制及处理模块包括：

存储单元被配置为存储车辆信息、无线充电发射端信息以及无线网络连接信息；

处理单元被配置为当车辆进场时，通过识别的车辆的车牌号码与无线网络接入点登录信息进行匹配，实现进场车辆的无线网络自动登录；

管理单元被配置为通过无线方式管理和控制充电车辆的无线接收端和无线充电的发射端，以及车辆用户的无线网络接入，同时实现无线充电模块、充电车辆、车辆用户以及无线充电系统之间的数据交互。

进一步地，所述光载无线模块包括光载无线交换机，光载无线交换机被配置为wifi接入点，作为无线互联节点，以模拟光纤链路作为网络传输设备，以射频开关作为网络交换设备。

进一步地，所述远端节点被配置在电动汽车无线充电模块上，包括：转换单元、射频双向放大器和辐射天线；所述转换单元一端与光载网络交换机上的光纤接口连接，另一端与射频双向放大器相连；所述射频双向放大器与辐射天线连接。

进一步地，所述信号接收模块包括：车载无线信号接收器和无线充电模块的无线信号接收器；所述车载无线信号接收器安装在充电车辆内，实现充电车辆与无线中心站之间的数据交互；所述无线充电模块的无线信号接收器，安装在无线充电模块内，实现无线充电模块与无线中心站之间的数据交互。

在一个或多个实施方式中公开的一种基于光载无线网络的电动汽车无线充电通信方法，包括：

进行充电车辆的光载无线网络接入点信息注册；

当车辆进场时，通过获取车辆的车牌信息，并与光载无线网络接入点注册信息进行匹配，实现进场车辆的无线网络自动登录；

当充电车辆进入无线充电区域时，进行光载无线网络中的全局最优路径规划，并结合无线充电系统的资源占用情况、排队时间以及充电车辆的注册时间，实现对光载无线网络资源的合理调度；

车辆充电过程中，充电车辆、车辆用户以及无线充电系统之间实时进行数据交互。

进一步地，进行充电车辆的光载无线网络接入点信息注册，具体包括：

1)充电车辆信息注册，包括：车辆车牌号码、车辆型号、充电接口标准数据的录入，以便充电时的自动匹配；

2)无线充电发射端信息注册，包括充电型号、充电接口标准信息的录入；

3)无线网络连接信息注册，包括无线网络接入点登录信息的录入；

4)车辆用户的移动设备的登录信息注册，用于通过移动设备查看充电车辆的实时soc以及电压数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过光载无线网络能够实现通信容量大、稳定可靠、扩展性强、运行成本低以及双向通信(不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达)的目的。

随着终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高，通过光载无线网络能够达到多业务的数据传输速率高的目的。

最优路径规划是指光网络到多个无线端最优通信通道，由于该发明专利的通信系统内存在光网络、无线中心站及多个无线网络wifi模块，因此通信通道的链接很重要，最优的路径规划可提高网络资源利用率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是电动汽车无线充电通信控制系统结构示意图；

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在一个或多个实施例中，公开了一种基于光载无线网络的电动汽车无线充电通信系统，如图1所示，包括：无线中心站、光载无线模块、无线充电系统以及信号接收器。

其中，无线中心站，被放置在充电区域的配电室内，包括算法模块、资源调度模块、控制及处理模块。无线中心站通过光纤链路在无线中心站和远端节点之间实现无线射频信号的分发。在简化远端节点的同时，在无线中心站实现功能的集中化、器件设备的共享以及资源的动态分配，大幅度降低系统传输成本并提高系统传输性能、覆盖区域和灵活性，实现无线接入与光传输技术的融合。

算法模块把光网络和无线网络分为两个域，在无线中心站中构建出3个路径规划单元，其中两个子单元分别负责光载波网络域和wifi网络的路径算法，另一个单元负责协调两个域的路径计算，当有电动汽车驶入充电区域时，通过两个子单元和一个父单元之间的信息交互，实现光载无线网络中的全局最优路径规划。

全局最优路径规划可以实现光载无线网络的动态可重构。

全局最优路径规划是指光网络到多个无线网络端的最优通信通道，由于通信系统内存在光网络、无线中心站及多个无线网络wifi模块，因此通信通道的链接很重要，最优的路径规划可提高网络资源利用率。

全局最优路径规划能够解决光网络和无线网络路由算法的资源调度问题，实现端到端的全局最优路径，提高网络资源利用率；其中，端到端是指无线网络端到另一个无线网络端，也指光网络端到无线端。

资源调度模块，在电动汽车无线充电工区内，当无线网络接入一个新的电动汽车用户请求时，资源调度模块除考虑无线侧的资源分配外，还需要考虑排队时间和注册时间的影响，从而实现为业务分配合适的光波资源，达到资源的联合调度。当多个用户请求同时接入时，资源调度模块还需要加入吞吐量和公平性原则的算法，以达到更高的网络资源利用率。

无线侧资源分配：无线侧是指多个无线网络wifi模块；无线侧资源分配是指无线中心站针对现有的无线网络布局和设备的无线链接情况进行的资源调配方案，达到网络最优化。无线侧资源分配具有提高无线网络信号传输效率和增加无线网络分配点的作用。

资源的分配是指中心站根据网络的布局、距离的远近、使用频率、通信通道占用情况等因素，综合分析获取最优方案。

排队时间是指网络通道资源占用或者说通道拥堵时间，中心站在进行网络资源调配时考虑的是业务优先级、数据量大小等因素，从而决定哪个业务或者设备优先使用网络，其他优先级低的则需要进入排队队列。

注册时间：设备或业务进入无线网络时，需要进行网络注册。先进入的注册时间早，享有的排队优先级就高。

控制及处理模块包括存储单元、处理单元以及管理单元。

存储单元，保存了车辆信息、无线充电发射端信息、无线网络连接信息；

车辆信息，包括车辆车牌号码、车辆型号、充电接口标准等数据；

充无线充电发射端信息，包括充电型号、充电接口标准等信息；

无线网络连接信息，包括无线网络接入点登录等信息。

处理单元，当车辆进场时，通过无线充电区域的车牌识别摄像头获取到车辆的车牌，处理单元通过车辆的车牌号码与无线网络接入点登录信息进行匹配，实现车辆进场时车辆的无线网络自动登录。

管理单元，一方面可以通过无线方式管理和控制充电车辆的无线接收端和无线充电的发射端，提供安全、可靠和灵活的充电区域的无线网络覆盖，同时还可以为覆盖区域提供其他wifi设备的接入服务(车辆用户的移动设备的登录，可查看在充车辆的soc、电压、电流等信息)。另一方面管理无线网络传输，充电车辆登录到无线网络后，实现无线充电模块、充电车辆、车辆用户以及无线充电系统之间的数据交互。

其中，无线充电模块指的是充电站内供电动汽车充电使用的无线充电装置，是现有结构，该无线充电模块具备无线充电发射端，并且具备移动互联功能，并通过无线模块与无线中心站互联。

管理单元：具备管理与控制功能，具体功能如下：

通过无线网络实现与无线中心站之间的数据交互功能，具备向上数据传输，向下下发控制指令的功能。

管理无线充电的发射端和电动汽车车辆的接收端的无线网络，控制发射端的充电启动和停止功能。

管理车辆进站充电时无线网络的自动连接匹配，车辆进站后自动连接到无线充电通信网络，实现对充电车辆的实时通信，并监测和控制车辆。

车辆连接到站内的无线网络后，根据无线连接信息，自动搜索车辆注册时的车辆充电接口等信息，能调度车辆前往匹配的充电区域充电。

管理车辆用户的无线连接，实现车辆用户实时在线查看车辆的充电情况(充电soc、充电状态等)。

光载无线模块是现有结构，包括光载无线交换机，被配置为wifi接入点作为无线互联节点，以模拟光纤链路作为网络传输设备，以射频开关作为网络交换设备，提高了无线网络平台的安全性，可靠性，灵活性和可扩展性。

远端节点，被配置在电动汽车无线充电设备上，通过远端天线完成无线信号覆盖及双向传输。其由转换模块、射频双向放大器、辐射天线组成；电动汽车无线充电设备是指无线充电模块中的无线充电设备的发射端，安装在无线充电桩上，将远端节点安装在此设备上目的是为了便于管理和控制无线充电模块发射端，控制其接收端的充电启动和停止。

转换模块，实现光/电、电/光的转换，一端与光载网络交换机上的光纤接口连接，另一端与射频双向放大器相连。

射频双向放大器，即为一般型号的射频信号可变增益放大器，放大器分为两级，均为可变增益放大器。

信号接收器，分为车载无线信号接收器和无线充电模块的无线信号接收器。车载无线信号接收器，安装在充电车辆内，实现充电车辆与无线中心站以及无线充电系统的数据交互(充电启动控制信号、车辆充电soc等)。

无线充电模块无线信号接收器安装在无线充电模块内，实现无线充电模块与无线中心站的数据交互，主要指获取充电车辆的bms数据，包括充电状态、剩余电量soc、充电电压、充电电流等。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一、根据无线中心站系统软件的接入要求，进行客户端信息注册；

进行信息注册的方法具体为：

1)充电车辆信息注册，包括：车辆车牌号码、车辆型号、充电接口标准数据的录入，以便充电时的自动匹配；

2)无线充电发射端信息注册，包括充电型号、充电接口标准信息的录入；

3)无线网络连接信息注册，包括无线网络接入点登录信息的录入；

4)车辆用户的移动设备的登录信息注册，用于通过移动设备查看充电车辆的实时soc以及电压数据。

步骤二、当车辆进场时，通过无线充电区域的车牌识别摄像头获取到车辆的车牌，处理单元通过车辆的车牌号码与无线网络接入点登录信息进行匹配，实现车辆进场时车辆的无线网络自动登录；

步骤三、当充电车辆进入无线充电区域时，进行光载无线网络中的全局最优路径规划，并结合无线充电系统的资源占用情况、排队时间以及充电车辆的注册时间，实现对光载无线网络资源的合理调度；

无线充电区域的划分，是根据无线充电模块中的接收端和发射端所能感应到的最大充电距离范围，超过此范围发射端和接收端的电量传输就会产生损耗。

进行全局最优路径规划的方法具体为：

在无线中心站中构建出3个路径规划单元，其中两个子单元分别负责光载波网络域和wifi网络的路径算法，另一个单元负责协调两个域的路径计算，当有电动汽车驶入充电区域时，通过两个子单元和一个父单元之间的信息交互，实现光载无线网络中的全局最优路径规划。

在电动汽车无线充电工区内，当无线网络接入一个新的电动汽车用户请求时，资源调度模块除考虑无线侧的资源分配外，还需要考虑排队时间和注册时间的影响，从而实现为业务分配合适的光波资源，达到资源的联合调度。当多个用户请求同时接入时，资源调度模块还需要加入吞吐量和公平性原则的算法，以达到更高的网络资源利用率。

步骤四、车辆充电过程中，充电车辆、车辆用户以及无线充电系统之间实时进行数据交互。具体包括：

1)充电车辆进站时的数据信息交互，通过无线充电区域的车牌识别摄像头获取到车辆的车牌，处理单元通过车辆的车牌号码与无线网络接入点登录信息进行匹配，实现车辆进场时车辆的无线网络自动登录。完成车辆的无线网络登录、自动匹配等操作。

2)当充电车辆进入无线充电区域时，充电车辆登录到无线网络后，实现无线充电模块、充电车辆、车辆用户以及无线充电系统之间的数据相互交互。

3)与用户的数据交互，同时还可以为覆盖区域提供其他wifi设备的接入服务(车辆用户的移动设备的登录，可查看在充车辆的实时数据，包括soc、电压等信息)。

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。