电动汽车物联网充电系统的制作方法

专利名称：电动汽车物联网充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车物联网充电系统，属于电动汽车充电技术领域。
背景技术：
电动汽车尤其是纯电动汽车要想走进寻常百姓家，必须借助便捷的充电网络。目 前，世界各国也正在积极制定电动汽车奖励和推广政策，帮助电动汽车早日实现商业化运
口 ο我国正在掀起充电站建设热潮，如何合理规划和建设面向大众的充电网络，成为 人们关注的热点问题。我国已经成为世界上汽车保有量增长最快的国家。2010年初，汽车销售量首次超 过美国成为世界第一。从汽车产业作为我国经济的支柱产业，以及我国与发达国家的汽车 保有量的差距来看，预计今后一段时期，我国汽车保有量仍将保持持续的增长。目前我国 85%的汽油被汽车消耗，而我国作为石油资源相对贫乏的国家，2009年石油对外依存度已 经超过50%，已经严重威胁到我国能源安全。大力发展新能源汽车已成为我国应对气候变 化和推动节能减排的一项重要措施，以电动汽车为代表的新能源汽车将会成为未来的发展 趋势和方向。2008年国家财政部、科技部在全国推行“十城千辆”节能和新能源计划，国家 财政部预计将投入2000亿元用于推广和使用新能源汽车。随着我国纯电动汽车研发力度 的加大，纯电动汽车的电池、电机等技术难关被一一攻克，纯电动汽车技术已经趋于成熟。电动汽车要想取代传统的燃油汽车必须解决能源供给问题。电动汽车的动力来源 于车载电池，如果没有布局合理、设施完善的充电网络，就会大大降低电动汽车使用的便利 性，严重削弱电动汽车的市场竞争力，制约电动汽车的推广和发展。目前，美国、法国、德国、英国、加拿大等国家都已建成了各自的电动汽车充电设 施，主要以充电桩为主。我国电动汽车充电站试点大多局限于电动公交汽车或内部集团用车，因此我国还 没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。充电设施的建设方案应充分考虑电动汽车的种类以及其行驶要求。按照传统的思 路，公交车、市政环卫车辆行驶线路固定，可以利用已有的停车场建设充电站，采用以快换 为主结合快充的方式，保证车辆的正常行驶和工作。而政府公务车、企业商用车、示范园区 用车等运行区域比较固定集中，则可以在政府集中办公场所或企业集聚附近区域、博览会 中心区域建设电动汽车充电站，采用以慢充为主，结合快充或快换的方式。但是对于向出租 车、私家车等，由于运行线路和区域不确定，应该在机场、火车站、酒店、医院、购物中心、超 市等公共停车场或者小区停车位中建大量充电桩，采用快充或者慢充的方式给车辆进行充 H1^ ο电动汽车商业化运营需要多种力量支持，根据运营过程中主体参与者不同，目前 电动汽车充电站的商业化运营模式主要有政府主导型、充电系统关联企业主导型、社会企 业主导型和电动车辆用户主导型四种。
由于国内电动汽车及充电站商业运营还处于发展初期探索阶段，因此，具体采用 哪种运营方式，必须考虑电动汽车的发展程度以及不同电动汽车的运营特点。然而，以色列 Better Place公司开创性的提出了象运营手机一样来运营电动汽车充电业务，以一个全新 的思路提出了电动汽车充电技术和运营模式的新方向。然而，如何从技术角度实现和支撑 这样新的运营方式，一直是其全面落实的障碍。

发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车物联网充电系统，以解决电动汽车的大规模充 电业务如何向电网提供灵活、安全、有效的储能和供电服务，以及充电业务如何更加快捷便 利的向用户提供不间断动力服务的问题。为实现上述目的，本发明的电动汽车物联网充电系统包括汽车物联网，其中每台电动汽车包括车载管理芯片和车载移动终端，所述车载管 理芯片用于记录电动汽车各自的特性，所述车载移动终端用于电动汽车行驶数据的采集、 无线信息交互及客户端软件的运行；电池物联网，其中每一块电池都包括电池管理芯片，该芯片用于记录其自身的品 牌、类型、容量、使用寿命和充放电次数特性信息；充电设施网络，充电设施包括充电桩、换电站和集中充电站，且每种充电设施包括 充电设施芯片，用于记录充电设施的容量、位置、状态特性信息，以及与电池管理芯片进行 数据的交互；监控中心，包括监控子站和监控主站，监控子站用于汇总监控区域内所有充电设 施芯片、车载管理芯片传递的汽车信息，所述监控主站用于接收、存储监控子站上传的数 据，并根据上传的数据监控和规划整个系统的充电设施充放电的操作，调配电池在各充电 站之间的分配；所述汽车物联网、电池物联网、充电设施网络分别通过各车载管理芯片、电池管理 芯片、充电设施芯片与监控中心通讯连接。进一步的，所述汽车物联网中的车载管理芯片嵌入车辆电池管理系统中，所述车 载管理芯片含有车辆的唯一识别码VEHICLE_ID。进一步的，所述车载管理芯片包括VEHICLE_ID验证模块、汽车特性记录模块和安 全准入验证模块。进一步的，所述车载管理芯片用于记录车辆各自不同的特性，如汽车的耗电量、载 重量、总行驶里程数。进一步的，所述车载移动终端包括分别通过接口与车载管理芯片、电池管理芯片 通讯连接的车辆信息输出及电池信息输入模块、VEHICLE_ID及车辆特性模块，以及车辆行 驶数据采集模块、GPS定位模块、充电设施状况描述模块和VEHICLE_ID验证模块，上述功能 模块均与主控程序模块相连。进一步的，所述电池管理芯片包括BATTERY_ID验证模块、车辆数据记录模块、 充电记录模块和电池数据记录模块，该电池数据记录模块与所述车辆数据记录模块、 BATTERY_ID验证模块双向通讯连接，所述充电记录模块与BATTERY_ID验证模块通讯连接。进一步的，所述充电设施芯片具有唯一的标识码MACHINE_ID。
进一步的，所述监控子站还用于与行驶在该区域内的电动汽车实时通信、处理行 驶数据，向电动汽车发送所需信息。进一步的，所述监控主站的运行管理功能包括智能充电单元、电池调度单元，智能 充电单元用于监控和规划整个系统的充电设施充放电的操作；电池调度单元根据所收集地 理信息系统GIS的信息监控所有电池在各充电站之间的分布和流动状态，根据汽车的流量 和向电网反向售电的规划，调配电池在各充电站之间的分配。进一步的，所述监控主站还包括计费结算功能单元，该单元用于根据销售合同实 时进行与汽车用户之间的计费和结算；根据需要与电网公司进行电量解算；同时，由于充 电站内大量的电池组可以作为储能装置和分布式电源向电网反送电能，该单元也要同时处 理向电网公司反向售电的结算。本发明的电动汽车物联网充电系统以物联网技术为基础，通过汽车、电池以及充 电设施之间架起的信息交互渠道构建起了面向电动汽车业务的物联网，通过将物联网信息 整合传递给监控系统进行综合管理运营，并实现与电网的技术整合和信息交互。在实施中， 通过成立一个专职的物联网运营公司，面向用户提供标准电池的更换服务，用户不需对充 电时间的等待，也不需要自己购买电池。通过汽车、电池以及充电机之间交换的数据信息， 可以进行各种必须的计费结算和管理功能。同时，因为在电池的充电时间和地点上实现了 与汽车动力服务的解耦，可以更加灵活的有序安排电池的充放电运行(智能充电管理)，以 满足电网的特定需求。此外，也可以支持用户通过被远程控制的分布式充电桩进行自主充 电，只要相应的信息得到记录和交互，用户即可享受最大限度的自由和服务。在本发明中， 无论是汽车、电池、充电机还是电网的信息，因为物联网的平台实现了全面的采集和共享， 使得为客户提供更加复杂和高级的服务成为可能。


图1是本发明实施例的物联网架构示意图；图2是本发明实施例的辅助运营系统构成示意图；图3是本发明实施例的智能充电管理示意图；图4是本发明实施例的车载管理芯片功能框图；图5是本发明实施例的车载移动终端功能框图；图6是本发明实施例的标准电池管理芯片功能框图；图7是本发明实施例的智能充电管理层次图；图8是本发明实施例的监控系统与系统架构。
具体实施例方式本发明以物联网技术为基础，通过汽车物联网、电池物联网和充电设施网络构建 的物联网络及其内部的电能和信息流动，为新的运营模式提供了一种全面的技术框架方案 作为支撑，以实现对汽车用户灵活便捷的动力服务，以及对电网安全有效的储能和供电服 务，即解决了电池造价以及动力服务快速便捷等汽车用户侧的障碍，也解决了充电设施和 电池的集中控制管理等电网侧的障碍。从广义上讲，实现物体与物体之间的信息交互的技术都可以称之为物联网。无论互联网还是物联网，其本质都是提供了信息交互的渠道和平台。而物联网的这种信息交互 已经不仅仅停留在计算机之间，而是任何相关的实际物体。在电动汽车充电业务中，通过汽 车、电池以及充电设施之间架起的信息交互渠道构建起了面向电动汽车业务的物联网，通 过将物联网信息整合传递给监控系统进行综合管理运营，并实现与电网的技术整合和信息 交互。通过成立一个专职的物联网运营公司，面向用户提供标准电池的更换服务，用户不需 对充电时间的等待，也不需要自己购买电池。通过汽车、电池以及充电机之间交换的数据信 息，可以进行各种必须的计费结算和管理功能。同时，因为在电池的充电时间和地点上实现 了与汽车动力服务的解耦，可以更加灵活的有序安排电池的充放电运行(智能充电管理)， 以满足电网的特定需求。此外，也可以支持用户通过被远程控制的分布式充电桩进行自主 充电，只要相应的信息得到记录和交互，用户即可享受最大限度的自由和服务。在这一方案 中，起决定性作用的是信息，无论是汽车、电池、充电机还是电网的信息，因为物联网的平台 实现了全面的采集和共享。也是因为对信息的全面掌握，使得更加复杂和高级的经营管理 方式成为可能。物联网架构本发明实施例的系统采取三级架构，可以看成是三层不同的网络纵向结合而成 汽车物联网、电池物联网、充电设施网络。三层网络结构如图1所示，每一层网络内的实体都具有自身唯一的电子标签芯片 以标识身份，并记录其特性信息。汽车物联网中汽车通过内嵌的车载管理芯片具有唯一的识别码VEHICLE_ID，并记 录汽车各自不同的特性，如汽车的耗电量、载重量、总行驶里程数等。用于结算的汽车行驶 路程等信息，根据用户选择，可以通过电池芯片中转上传给监控中心，也可以通过实时远程 无线通信传递，形成一个信息交互的网络。该网络架构，如果进一步开发利用，可以承载智 能交通管理等更多高级应用。电池物联网中，每一块电池通过电池管理芯片具有唯一的标识码BATTERY_ID，用 于记录电池自身的品牌、类型、容量、使用寿命和充放电次数等特性信息。这些信息用来为 每一块电池建立其技术档案，以便进行全生命周期的资产管理，也用于在使用过程中判断 其是否因用户的不当使用造成了损坏。充电设施网络中，无论是充电站中的充电设施还是充电桩，都具有唯一的标识码 MACHINE_ID，并记录其容量、位置、状态等特性信息。此外，由于充电设施也是电网资产的一 部分，所以由图可见，充电设施网络可以看做是未来智能电网的一部分。所有充电设施都具 有与电池管理芯片交互数据的能力，这样无论是车辆行驶的信息还是电池使用的信息，都 可以通过充电设施上传给监控后台。此外，由于所有充电设施与监控系统具有双向通信能 力，充电设施的运行完全处于监控后台的控制之下，这也为实现智能充电管理建立了有效 的架构体系。由图1所示，上、中、下三层中，层与层之间的实体也可以发生关联，如图中虚线所 示，但是这种关联是动态和变化的。例如，一辆汽车使用了一块电池，它们之间发生了关联， 但是这种关联是暂时性的，等到汽车更换电池后，就发生了另一个新的关联。一块电池也可 以在不同的充电设施进行充放电操作，它们之间也发生了关联，这种关联也是动态和暂时 的，随着电池进一步流通，这个关联就消失了。每一次发生这样的关联，就伴随着电能和信息的双向流动，如图1中空心箭头表示电能流动的方向，黑实体箭头表示信息流动的方向。这种物联网架构的设计，确保了三层网络实体之间的解耦，也确保了它们可以自 由关联，通过对信息的交互和记录，又使得它们之间的这种自由交互可以完全在运行和计 费结算中完整的体现出来。尤其是实现了车辆与电池的完全解耦，并保证了它们之间任意 组合的自由。这样，运营公司可以只关注于电池的管理和信息回收，而不受车辆位置等因素 的制约。不管用户以何种方式归还电池就可以进行计费结算，而不一定要把车辆开入充电 站；即使用户使用充电桩自主充电，由于充电桩可以采集电池信息和双向通信，也不影响按 照里程数进行计费结算的功能。而且，这种解耦和信息传递方式，使得用户采用其它动力源 行驶的里程不会被错误记进物联网运营公司的账单。辅助运营系统为了实现上述物联网架构的运营，相应的设计了其运营系统的结构，如图2所示， 整个系统可以大致划分为电网交互层、运营公司内部应用层、用户交互层三个层次图中所有商务功能的连接用细箭头表示，所有技术功能的连接用粗箭头表示。由 图可知，电网交互层对应物联网运营公司与电网公司的信息交互，相应的功能和信息均为 技术的，也就意味着电网公司只接受与电网运行相关的技术信息，而不过问商务信息；用 户交互层对应物联网运营公司与用户的交互，相应的接口信息均为商务的，说明用户只与 物联网公司发生商务往来，而不参与技术问题。这样设计的目的是要达到以下两点设计原 则a.电网公司与营销业务的解耦，不要把商务问题交给电网公司解决；b.用户与技术方案的解耦，不要把技术问题遗留给用户。这样，实质性的商务和技术实现功能都集中在内部应用层，由物联网运营公司内 部实现和把握，达到其商业运作的独立性以及技术实现的完整性。对于电网来说，物联网运 营公司成为一个独立的与其它电力用户无差别的用户；对于用户来说，为其提供最为简便 快捷的服务，可在多种服务中灵活选择而不需要关心任何技术问题，也不需要过于复杂的 使用方式，技术的实现也不需要用户特殊的配合。物联网运营公司所有的业务范围用矩形框圈出。系统流程1)如图2所示，用户通过销售终端与物联网运营公司达成SUUServiceLevel Agreement)服务协议，包括购买行驶里程数，有选择性的选取所需的高级汽车服务选项，合 同内容被记录于销售终端，合同信息通过互联网上传到监控中心。由于不同类型的汽车载 重量和耗电量不同，在购买同样里程数的合同时，其价格应有所差异。2)用户在达成销售合同后，获得车载管理芯片以及车载移动终端，该芯片含有车 辆的唯一识别码VEHICLE_ID，该芯片嵌入车载电池管理系统后，成为外界识别电动汽车身 份及其特性(如耗电量、载重量等)的唯一接口，也是监控中心与汽车通信识别汽车地理位 置的标志。3)车载移动终端是通用设备，与车载芯片结合使用，车载芯片实现对汽车的身份 识别和自身特性的记录，而移动终端负责汽车行驶数据的采集、无线信息交互以及本地客 户端软件的运行。4)与每一个识别码VEHICLE_ID对应建立一个账号，用户在账户内预存一定量的
8采购资金，在合同执行过程中进行结算。5)物联网运营公司负责在运营区域建设众多充电设施，包括充电桩、换电站和集 中充电站。用户凭识别码VEHICLE_ID以及合同在充电站获取电池，并将电池安装在电动汽 车上与车载电池管理系统对接。6)每一块标准电池都含有唯一的电池管理芯片，作为电池的唯一识别标志 BATTERY_ID,并与车载移动终端通信，验证身份以及权限，并交互用户、电量、时间以及行驶
路程等信息。7)在行驶过程中，车载移动终端通过移动通信网络与监控中心通信，监控中心向 移动终端传递必要的实时信息。移动终端结合实时信息以及提前下载的网络信息，在本地 进行客户服务的运算。根据用户需求，也可提供路线规划、充电规划、换电规划、电量告警、 余额告警、充电站查询等高级汽车服务功能。除此之外，根据用户选择，电池和汽车的运行 数据可以暂时存储在移动终端或芯片上，也可以实时发送回监控中心。8)用户行驶一定距离后，可在另一个换电站凭合同归还并更换电池，换电站的电 池经物流调度统一在集中充电站充电。无论哪里的充电装置都含有电子标签，作为唯一识 别MACHINE_ID，并可以同监控中心进行双向通信。当电池进行充电时，其存储的汽车和电池 的运行及行驶记录被读入，并通过互联网上传给该区域的监控子站。9)用户也可以在公共或私人充电桩(由运营公司按客户要求在私人家庭或企业 安装)充电。充电桩与监控中心具有双向通信能力和唯一的MACHINE_ID，并且具有读取电 池芯片所记录数据的功能。这样，即使用户利用充电桩自主充电，其使用电池和车辆行驶的 信息也可以被系统获取，并根据MACHINE_ID记录其为电池充电的历史数据，这样无论用户 采取换电还是充电的方式，都不影响统一的结算。10)监控子站负责某一指定区域内所有充电设施、销售终端以及传递的汽车行驶 信息汇总，经处理后的数据被继续上传给监控主站，存入海量存储数据库，以供更多高级应 用使用。子站也负责与行驶在该区域内的汽车实时通信、处理行驶数据，向汽车发送必要信 息，提供高级汽车服务。11)监控主站的销售合同管理单元，根据车载电池管理系统的芯片VEHICLE_ID， 分析汇总持有该芯片的车辆在所有的行驶记录和电池使用记录，以检查合同的完成情况。12)监控主站的购电合同管理单元，根据需要与电网公司进行电量结算；同时，由 于充电站内大量的电池组可以作为储能装置和分布式电源向电网反送电能，该单元也要同 时处理向电网公司反向售电的结算。13)监控主站的智能充电单元监控和规划整个系统的充电设施充放电的操作，在 考虑电网需求和汽车动力服务以及网络约束等条件下，既要满足电网在削峰填谷或负荷管 理等方面的需求，也要满足用户对于汽车动力服务的需求。如图3所示。14)监控主站的电池调控单元根据所收集地理信息系统(Geographicinformation system，简称GIS)的信息监控所有电池在各充电站之间的分布和流动状况，根据汽车的流 量和向电网反向售电的规划，调配电池在各充电站之间的分配。15)监控中心主站的子站协调管理系统要识别和管理不同区域的子站，当电池接 入不同的子站区域，要协调管理其数据的存储和使用。如果某一子站由于故障退出运行，也 可以将其管理区域转交给其它子站负责，以此保证其灵活性。此外，其它所有涉及跨区域的服务和信息共享，都要有该单元协调管理。16)销售合同与购电合同的信息经汇总处理后提供给现金结算单元，根据合同内 容和执行结果向银行进行现金结算。17)主站监控单元收集所有与电网运行相关的参数，通过专用通信接口与电网交 互数据。18)主站汇总所有由子站采集上传的用户同意开放的GIS信息，包括车辆和电池 等不同设备，将这些信息汇总后得到所有相关实体的地理分布，作为其它高级应用的依据。19)对于用户在路途中意外断电或电池故障等造成的无动力状况提供应急救援， 由主站实行应急救援指挥；活在交通事故等其它意外事故时，协助与交通和医疗救援部门 沟通，提供救援。20)根据用户选择，提供附加的道路交通信息服务，主站负责所有道路交通信息的 采集、维护以及发布。21)物联网公司所掌握的所有信息，在适当的条件下可以与其它有需求的部门 (例如交通管理部门)交互，主站可以预先保留一个标准的交互接口。本发明的具体实施方式
可以分解为不同的软硬件装置，其详细结构和功能分别叙 述如下一 .车载管理芯片以及移动终端车载管理芯片，作为用户取得销售合同的凭证，同时也是系统识别车辆身份的标 志VEHICLE_ID和接口(与移动电话的SIM卡以及对应的电话号码相似)。用户将该芯片 植入车载电池管理系统，作为外界识别的接口，同时采集汽车的如耗电量、载重量等特性信 息。车载管理芯片如图4所示，包括VEHICLE_ID验证模块、汽车特性记录模块和安全准入 验证模块。VEHICLE_ID验证VEHICLE_ID作为识别车辆身份的唯一标识，在车载管理芯片或 车载移动终端与外界进行任何通信操作之前都必须验证和记录用户身份。汽车特性记录记载汽车自身的一些特性数据，如耗电量或载重量等。汽车的特 性信息在用户注册时会同时记入服务器数据库。为防止恶意欺诈，比如注册登记为小型车 辆，但是将车载芯片安装在重型车辆上使用(同样的里程数，载重量和耗电量不同，价格应 该不同)，芯片接入车辆后会进行相应的安全验证，以确保车辆实际状况与系统登记并用来 结算的信息一致。安全准入验证验证载入芯片的汽车是否为登记等级的车辆，汽车特性是否符 合；移动终端对车辆行驶信息进行统计记录，并从车载芯片获取车辆身份以及车辆特 性信息。将必要的信息写入电池管理芯片。此外，它具备语音提示和图形显示功能，利用 GPS和3G移动通信技术与监控中心交互信息，实现高级汽车服务项目。车载移动终端的功能框图如图5所示，车载移动终端包括车辆信息输出及电池信 息输入模块、VEHICLE_ID及车辆特性模块，车辆行驶数据采集模块、GPS定位模块、充电设 施状况描述模块、VEHICLE_ID验证模块、地理信息存储模块、帐户信息模块和语音提示及图 形显示模块，且上述功能模块均与主控程序模块相连，车载管理芯片通过VEHICLE_ID及车 辆特性模块将车辆信息连入车载移动终端，车辆信息输出及电池信息输入模块通过电池芯片接口与电池管理芯片通讯。车载移动终端的主要功能描述如下VEHICLE_ID验证每一台移动终端与使用该设备的用户VEHICLE_ID绑定，在与监 控中心无线通信之前必须验证身份和权限。GPS定位通过GPS定位技术确定汽车所在的位置；地理信息存储道路信息以及充电站分部信息存储；地理信息在不断变化之中， 所以提供地理信息下载升级功能，校验当前版本是否为最新版本并提示；车辆行驶数据采集采集车辆行驶里程等信息；账户信息通过与监控中心无线通信获取用户当前账户余额；充电设施状况描述指定充电站内设备可用状况、电池供应状况、拥挤状况；VEHICLE_ID及车辆特性通过与车载管理芯片，获取车辆VEHICLE_ID以及车辆特 性信息；主控程序获取以上所有信息后，在本地进行服务项目要求的分析，获得分析结 果；语音提示及图形显示分析结果以语音和图形的方式呈现给用户；车辆信息输出及电池信息输入将车辆身份、行驶里程等信息写入电池管理芯片， 由电池管理芯片转回监控中心，供结算使用。这样可以实现结算与车辆的解耦，运营公司只 需要收回电池就可以获得结算的足够信息，而不必关心车辆在哪里；一块电池离开换电站 后，即使被不同车辆使用，也不影响结算；将电池信息输入，可以监控自主充电时电池电量 状态以及行驶时电池剩余电量。该移动通信终端的设计原则应该是在保证功能的前提下，尽量减少无线通信的负 担以及用户个人隐私的透露。高级服务所需的分析计算全部在本地车载终端进行，监控中 心服务器只是向所有终端发送其所需的标准格式的实时信息，而不需要在没有取得用户同 意下由汽车向服务器发送汽车的特殊信息。二.标准电池管理芯片标准电池管理芯片内嵌于标准化电池，实现电池BATTERY_ID的识别、电池充放 电、运行数据和用户使用信息的记录、与充电设施的通信。其基本功能框图如图6所示。电 池管理芯片也即是电子标签芯片，包括BATTERY_ID验证模块、车辆数据记录模块、充电记 录模块和电池数据记录模块，该电池数据记录模块与车辆数据记录模块、BATTERY_ID验证 模块双向通讯连接，述充电记录模块与BATTERY_ID验证模块通讯连接。BATTERY_ID验证每一台电池的内嵌芯片都要分配唯一的BATTERY_ID，在电池接 入充电设施后，首先要进行电池BATTERY_ID身份的识别，一方面便于对数据的处理，一方 面控制其权限。对于无法通过验证的电池，不允许充电操作。另一方面，当电池接入汽车， 如果不能通过对汽车用户的验证，电池拒绝向汽车输出电能。车辆数据记录从车载移动终端获取使用电池的车辆身份以及车辆行驶里程等信 肩、ο电池数据记录电池的充放电和运行数据，以及用户使用信息被采集并存储下来， 例如其充放电状态、电量水平、运行时间、使用寿命等。充电记录当用户利用充电桩进行自主充电时，要记录充电地点和电量，以及用户
信息，以供结算使用。
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要特别说明电池芯片存储汽车信息的目的，如果用户出于个人隐私的顾虑不愿开 通无线通信实时传递信息，而用户在归还电池时并不一定会将汽车开入充电站，或只是携 带电池来归还，那么汽车在使用这块电池期间的所有信息就只有依靠电池芯片来传递。此 外，汽车所形式的里程，要区分其动力来源，通过电池传递结算数据，也就保证了只有在运 营公司电池的动力下的里程才用来结算，其它动力(比如私人电池)形式的路程不在结算 之内。三.充电设施全系统充电设施包括分布在公共区域或私人区域的充电桩或小型充电场所、换电 站以及大型集中充电站。充电桩分布于公共区域、企业或按用户要求安装在用户家庭私人区域，供用户进 行自主充电使用。所有充电桩同样具有电子标签，并可以读取电池芯片记录的信息。当用户 在充电桩对车载电池进行自主充电时，充电桩会通过与电池芯片的通信记录用户身份、充 电时间、地点、电量。这些信息被上传到监控中心，结合指定用户的合同信息进行结算。所 有充电桩需要具有与电池芯片交互数据的能力，也需要有与监控中心双向通信的能力。监 控中心可以通过远程通信控制和管理充电操作，以便进行全面优化，相见“智能充电管理”。换电站根据公路交通网络的结构进行合理分布，覆盖一定的范围。换电站只对用 户提供更换电池服务，而不必就地进行充电操作。这样，换电站的选址和建设可以不必过多 考虑充电操作的约束，而更加关注于如何更好的向用户提供服务。大型集中充电站将换电站更换下来的电池集中进行充电管理，这一方面减少换 电站选址建设的束缚，也更加便于面向电网的充放电操作，因为这样的充电站更加集中、容 量更大、建设和运行更具有针对性，对电网服务的效果也越明显。充电站与换电站之间通过 物流调配来调节电池的流通和循环。所有充换电设施都应该具有电子标签、与电池管理芯片的信息交互能力以及与监 控中心的双向通信能力。智能充电管理全系统的充电操作需要进行统一的规划和管理，合理的充电规划 管理可以大大降低充电业务对电网的冲击，降低电网运行和投资的成本。智能充电管理需 要从两个不同的角度看待充电操作，一是从电网的角度看电网期望电池充电何时、何地、如 何进行，有何特定需求；另一个是从汽车用户的角度看，电池的充电应该满足哪些条件，在 两方面的各种约束条件下，寻求最优化的充电方案。从功能的角度看，智能充电管理的相关 因素可以从三个不同的层次来看待，如图7所示。四.监控中心整个系统的软件框架可以概括为三个平台信息集成平台、业务运行平台、综合监 视平台。这三个平台总体由车载终端、销售终端、充电设施终端以及监控主站和监控子站 联合构成。信息集成平台由车载终端、销售终端、充电设施终端以及监控子站和监控主站的 电网信息单元以及海量数据存储构成，完成对于用户、汽车、电网运行数据信息的采集、传 输、存储。业务运行平台由监控主站的五大功能模块(计费结算、资产管理、运行管理、物流调度、客户服务)构成。综合监视平台是整个系统与运行管理人员的接口，将全系统的实时状态形象便捷 的展示给运行人员，以便于及时监控和调度，它由监控主站在监控中心的综合展示模块来 实现。尽管从功能上可以将系统软件架构划分为以上三个平台，但是从具体实现的位置 和集成的角度来看，除分布于服务网点和汽车移动的终端外，其它集中安装在区域和中央 控制中心的监控软件可以统一归纳为监控中心的监控系统。监控系统是运营商管理整个充电物联网的综合管理平台，由于智能充电站分布于 广阔的区域，可以设置多个子站，负责在对应区域内对接入系统的充电站和销售终端，进行 管理并采集汇总数据，与行驶在该区域内的电动汽车的通信和数据交互。这样的设计出于 对灵活性和可靠性的考虑，由于分区域控制，即使在主站或通信故障时，子站区域依然可以 保持短期运行，在服务恢复后将子站存储的数据重新上传给主站。如果某个子站故障，可以 将该区域的管理权限和业务转移给有能力冗余的其它子站代理。从功能上讲，整个监控系统(包括主站和子站)的功能可以划分为5类计费结 算、资产管理、运行管理、物流调度、客户服务。监控中心在整个系统架构中的位置和功能如图8所示。
权利要求
一种电动汽车物联网充电系统，其特征在于，包括汽车物联网，其中每台电动汽车包括车载管理芯片和车载移动终端，所述车载管理芯片用于记录电动汽车各自的特性，所述车载移动终端用于电动汽车行驶数据的采集、无线信息交互及客户端软件的运行；电池物联网，其中每一块电池都包括电池管理芯片，该芯片用于记录其自身的品牌、类型、容量、使用寿命和充放电次数特性信息；充电设施网络，充电设施包括充电桩、换电站和集中充电站，且每种充电设施包括充电设施芯片，用于记录充电设施的容量、位置、状态特性信息，以及与电池管理芯片进行数据的交互；监控中心，包括监控子站和监控主站，监控子站用于汇总监控区域内所有充电设施芯片、车载管理芯片传递的汽车信息，所述监控主站用于接收、存储监控子站上传的数据，并根据上传的数据监控和规划整个系统的充电设施充放电的操作，调配电池在各充电站之间的分配；所述汽车物联网、电池物联网、充电设施网络分别通过各车载管理芯片、电池管理芯片、充电设施芯片与监控中心通讯连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于，所述汽车物联网 中的车载管理芯片嵌入车辆电池管理系统中，所述车载管理芯片含有车辆的唯一识别码 VEHICLE_ID0
3.根据权利要求2所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述车载管理芯片 包括VEHICLE_ID验证模块、汽车特性记录模块和安全准入验证模块。
4.根据权利要求3所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述车载管理芯片 用于记录车辆各自不同的特性，如汽车的耗电量、载重量、总行驶里程数。
5.根据权利要求1所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述车载移动终端 包括分别通过接口与车载管理芯片、电池管理芯片通讯连接的车辆信息输出及电池信息输 入模块、VEHICLE_ID及车辆特性模块，以及车辆行驶数据采集模块、GPS定位模块、充电设 施状况描述模块和VEHICLE_ID验证模块，上述功能模块均与主控程序模块相连。
6.根据权利要求1所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述电池管理芯片 包括BATTERY_ID验证模块、车辆数据记录模块、充电记录模块和电池数据记录模块，该电 池数据记录模块与所述车辆数据记录模块、BATTERY_ID验证模块双向通讯连接，所述充电 记录模块与BATTERY_ID验证模块通讯连接。
7.根据权利要求1所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述充电设施芯片 具有唯一的标识码MACHINE_ID。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述监 控子站还用于与行驶在该区域内的电动汽车实时通信、处理行驶数据，向电动汽车发送所 需fe息。
9.根据权利要求8所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述监控主站包括 智能充电单元、电池调度单元，智能充电单元用于监控和规划整个系统的充电设施充放电 的操作；电池调度单元根据所收集地理信息系统GIS的信息监控所有电池在各充电站之间 的分布和流动状态，根据汽车的流量和向电网反向售电的规划，调配电池在各充电站之间的分配。
10.根据权利要求9所述的电动汽车物联网充电系统，其特征在于所述监控主站还包 括计费结算功能单元，该单元用于根据销售合同实时进行与汽车用户之间的计费和结算； 根据需要与电网公司进行电量解算；同时，由于充电站内大量的电池组可以作为储能装置 和分布式电源向电网反送电能，该单元也要同时处理向电网公司反向售电的结算。
全文摘要
本发明涉及电动汽车物联网充电系统，汽车物联网、电池物联网、充电设施网络构成三级物联网架构，每一网络中的实体都具有唯一的电子标签芯片以标识其身份，并记录各实体各自的特性信息，实体之间可信息交互，可将信息汇总到监控中心，以便监控中心进行智能充放电管理；本发明中电池的充电时间和地点上实现了与汽车动力服务的解耦，可以灵活有序安排电池的充放电运行；可以支持用户通过被远程控制的分布式充电桩进行自主充电，只要相应的信息得到记录和交互，用户即可享受最大限度的自由和服务；物联网的平台实现了信息全面的采集和共享，使得为客户提供更加复杂和高级的服务成为可能。
文档编号H04L29/08GK101950998SQ20101027519
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者刘红超, 薛飞, 雷宪章 申请人:许继集团有限公司;北京许继电气有限公司