一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯系统及方法与流程

本发明属于新能源及通信技术领域，涉及一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯系统及方法。

背景技术：

电动汽车交流充电桩是为车载充电机提供安全、可靠的交流电源，用于公用、家用、租赁或者小区物业电动汽车交流充电，安装简单方便，可以车载式、便携式、壁挂式和落地式。交流充电桩由桩体及电气模块组成，充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩的通信主要涉及三个方面：与配电台区通信、与远程控制平台通信以及与电动汽车电池管理系统通信。传统的充电桩采用的通讯方式较为单一：或采用有线方式，主要是有线以太网或者工业串行总线；或采用无线方式，主要采用移动运营商的移动数据接入业务(GPRS/CDMA)。目前，现有的交流充电桩通讯方式未考虑环境的影响，然而，在不同的地理、天气环境下，不同的通信方式的通信质量有着很大不同，尤其在复杂的山地环境中，单一的通讯方式不能满足要求，不灵活。

有线方式受地理环境限制较大，布线复杂、扩展性差、施工成本高且灵活性差，现有的交流充电桩大多采用单一的GPRS公网通信方式，通讯费用较高，且若公网运营商网络出现故障又不能在短时间内修复，交流充电桩的通讯将大受影响，尤其是在远程费控等高级功能应用较多、对用电信息采集的实时性要求较高的情况下，将严重影响到用户及时充电。

此外，现有的交流充电桩通讯系统无230M和电力载波方式，仅为GPRS公网通信方式，通讯方式较为单一。230MHz无线专网是电力专用频率，专网专用，只用于行业用户，没有话务高峰，降低了数据时延和堵塞的可能性，提高了数据传输的实时性。在通信效果方面，230MHz专网实时性好，运行维护成本较低、易于扩展、可灵活组网，而且在某些条件下允许同原系统使用同样的频点，实现通信设备的共享。另一方面，GPRS公网并发性好，但公网通信的运行质量在相当程度上依赖移动运营商。但是230MHz专网和GPRS公网的无线通信技术都有通信盲区。三种通信方式各有利弊，只有根据通信环境进行动态选择、调整、组合，才能发挥最大效益。

采用电力线载波(PLC)通信方式具有投资低、设备安装简单等优点，PLC通信技术以电力线路为载波信号传输的通道，无需新布线，有效降低了通信成本，且电力线载波通信可靠性高，高压输电线结构坚固，高压输电线安全设计系数比光纤的安全设计系数高。但PLC通信由于频谱利用率低，传输距离短，干扰大，不太适宜现有高宽带要求，需与其他方式相结合才能提供可靠稳定的通信保障。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种山地环境下电动车交流充电桩的智能多通讯系统及方法，通过多种通讯方式并行在交流充电桩中实现的方法，从而有效地解决在不同环境下的通信问题；较传统的交流充电桩而言，适用范围更广，提高了通讯质量，保证了交流充电桩与远程控制平台及台区配电站之间的有效通信。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯系统，该系统结合了230MHz无线专网通信、PLC通信、GPRS/CDMA无线公网通讯多种通讯方式，所述智能多通讯系统包括主站层、通讯信道层和交流充电桩通讯单元层；

所述主站层负责数据的管理及应用；所述通讯信道层进行消息识别和环境判别并选择对应的通讯方式；所述交流充电桩通讯单元层负责不同的通讯方式中数据的发送及命令执行；

所述通讯信道层包括PLC载波信道、230MHz无线专网、GPRS/CDMA无线公网；所述交流充电桩通讯单元层包括GPRS/CDMA模块、载波模块、CAN端口、230电台；交流充电桩与远程控制平台之间通讯采用两种方式，一是采用GPRS/CDMA无线公网通讯方式；二是采用230MHz通讯方式，此方式可以很好地作为较差无线网络的替代方案；交流充电桩与配电变压器台区以及充电桩与电动汽车之间通讯采用PLC载波形式；充电桩计费控制单元通过CAN端口以及RS232等工业串行总线接口连接相应输入/输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停；

所述主站层首先根据采集的数据对消息进行识别，识别出电网交易信息和平台监控数据的消息；其次，在识别出电网交易信息和平台监控数据消息的基础上，进行通讯环境判断；最后，根据判断结果选择合适的通讯模式和信道。

本发明还提供了一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯方法，在该智能多通讯方法中结合了230MHz无线专网通信、PLC通信、GPRS/CDMA无线公网通讯多种通讯方式，主要包括主站层、通讯信道层和交流充电桩通讯单元层，主站层负责数据的管理及应用，通讯信道层进行消息识别和环境判别并选择对应的通讯方式，交流充电桩通讯单元层负责不同的通讯方式中数据的发送及命令执行；

该方法具体包括以下步骤：

S1：消息触发及初始化；

S2：消息识别：主站层从采集的对象信息中识别出电网交易信息、平台监控数据的消息；

S3：通讯环境判断：对通讯环境值进行计算判断；

S4：根据判断结果选择通讯方式。

进一步，在步骤S2中，需识别的信息采集的对象有：电网交易信息、平台监控数据、系统管理数据，需对这三类消息进行识别，属于电网交易信息、平台监控数据的消息才转步骤S3进行通讯方式的选择；

对电网交易信息、平台监控数据的消息识别采用以下方法：

只需对消息标识帧中充电桩应用服务数据单元公共地址位进行判断，见表1；应用服务数据单元公共地址使用八位位组来定义，xx(省编号)xx xx(区编号)xx(类型)xx xx xx(消息编号)01，类型01表示充电桩；

表1

因此只需要对区编号位和类型位进行识别，即应用服务数据单元公共地址的2、3、4位进行识别；若为发送至平台的平台监控数据或发送至电网的电网交易数据则缓存，进入下一阶段的环境判断；若为本地消息则直接向本地处理单元发送数据。

进一步，在步骤S3中，采用间接法对通讯环境值进行计算判断，所述间接法由远程平台获取充电桩所在位置的环境信息计算预估值，并将环境判断值返回充电桩；具体包括以下方法：

根据交流充电桩的通讯环境依据其安装位置的移动互联网的通讯质量，将通信环境分为2个等级：通讯质量差、通讯质量好；式(1)中λ为通讯环境判断值，定义影响其通讯环境的主要因素有：地理环境x₁、人口密集程度x₂、恶劣天气x₃，对x_i进行归一化后的值为y_i，权重为ω_i；公式如下：

进一步，在步骤S3中，采用直接法对通讯环境值进行计算判断，所述直接法由充电桩直接读取通讯指标进行计算判断，具体包括：

由交流充电桩实测可表征通信质量的指标，通过系统读取的通信质量指标，来识别判断当前的通讯环境，所述通信质量指标包括但不限于下载速率/RSRP值；直接判断法的关键在于计算交流充电桩遥信量阀值，式(2)为阀值计算公式：

表2 遥信量阀值参数及计算结果

在步骤S3中，所述直接法和间接法同时进行；

在步骤S4中，依据式2和表2的计算结果来看，遥信量阀值取140.8kbp·s^-1；为使直接法和间接法计算结果计数单位统一，将环境判断值归一化，因此，环境判断阀值取0.14；经验证，以该点作为通讯方式的判断点是有效的。当直接法和间接法的计算结果都同时大于0.14时，则将通信环境等级判别为通信环境好，启动GPRS/CDMA无线公网通讯方式；否则为通信环境差，启动230电台通讯方式。

本发明的有益效果在于：

1)本发明有效地实现了交流充电桩的多种通讯并行的问题，结合230MHz无线专网、电力线载波以及GPRS/CDMA无线公网通讯的优势，解决不同环境下的通讯问题。

2)本发明采用的多通讯结合的方法有效保证了交流充电桩通讯的实时性及并发性，提高通信质量降低通信成本。

3)本发明中的多通讯功能的交流充电桩应用范围广泛，实用性高。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为智能多通讯系统通讯方法流程图；

图2为智能多通讯系统功能架构图；

图3为消息分类图；

图4为智能多通讯系统通讯关系图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为智能多通讯系统通讯方法流程图，图2为智能多通讯系统功能架构图，如图所示，本发明提供的一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯系统，该系统结合了230MHz无线专网通信、PLC通信、GPRS/CDMA无线公网通讯多种通讯方式，所述智能多通讯系统包括主站层、通讯信道层和交流充电桩通讯单元层；

所述主站层负责数据的管理及应用；所述通讯信道层进行消息识别和环境判别并选择对应的通讯方式；所述交流充电桩通讯单元层负责不同的通讯方式中数据的发送及命令执行；

所述通讯信道层包括PLC载波信道、230MHz无线专网、GPRS/CDMA无线公网；所述交流充电桩通讯单元层包括GPRS/CDMA模块、载波模块、CAN端口、230电台；交流充电桩与远程控制平台之间通讯采用两种方式，一是采用GPRS/CDMA无线公网通讯方式；二是采用230MHz通讯方式，此方式可以很好地作为较差无线网络的替代方案；交流充电桩与配电变压器台区以及充电桩与电动汽车之间通讯采用PLC载波形式；充电桩计费控制单元通过CAN端口以及RS232等工业串行总线接口连接相应输入/输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停；

所述主站层首先根据采集的数据对消息进行识别，识别出电网交易信息和平台监控数据的消息；其次，在识别出电网交易信息和平台监控数据消息的基础上，进行通讯环境判断；最后，根据判断结果选择合适的通讯模式和信道。

如图1所示，本发明提供的一种山地环境下电动汽车交流充电桩的智能多通讯方法，在该智能多通讯方法中结合了230MHz无线专网通信、PLC通信、GPRS/CDMA无线公网通讯多种通讯方式，主要包括主站层、通讯信道层和交流充电桩通讯单元层，主站层负责数据的管理及应用，通讯信道层进行消息识别和环境判别并选择对应的通讯方式，交流充电桩通讯单元层负责不同的通讯方式中数据的发送及命令执行；

在本实施例中，该方法具体包括以下步骤：S1：消息触发及初始化；S2：消息识别：主站层从采集的对象信息中识别出电网交易信息、平台监控数据的消息；S3：通讯环境判断：对通讯环境值进行计算判断；S4：根据判断结果选择通讯方式。

在步骤S2中，需识别的信息采集的对象有：电网交易信息、平台监控数据、系统管理数据，需对这三类消息进行识别，属于电网交易信息、平台监控数据的消息才转步骤S3进行通讯方式的选择；图3为消息分类图。

对电网交易信息、平台监控数据的消息识别采用以下方法：

只需对消息标识帧中充电桩应用服务数据单元公共地址位进行判断，见表1；应用服务数据单元公共地址使用八位位组来定义，xx(省编号)xx xx(区编号)xx(类型)xx xx xx(消息编号)01，类型01表示充电桩；

表1

因此只需要对区编号位和类型位进行识别，即应用服务数据单元公共地址的2、3、4位进行识别；若为发送至平台的平台监控数据或发送至电网的电网交易数据则缓存，进入下一阶段的环境判断；若为本地消息则直接向本地处理单元发送数据。

在步骤S3中，采用间接法对通讯环境值进行计算判断，所述间接法由远程平台获取充电桩所在位置的环境信息计算预估值，并将环境判断值返回充电桩；具体包括以下方法：

根据交流充电桩的通讯环境依据其安装位置的移动互联网的通讯质量，将通信环境分为2个等级：通讯质量差、通讯质量好；式(1)中λ为通讯环境判断值，定义影响其通讯环境的主要因素有：地理环境x₁、人口密集程度x₂、恶劣天气x₃，对x_i进行归一化后的值为y_i，权重为ω_i；公式如下：

在步骤S3中，采用直接法对通讯环境值进行计算判断，所述直接法由充电桩直接读取通讯指标进行计算判断，具体包括：

由交流充电桩实测可表征通信质量的指标，通过系统读取的通信质量指标，来识别判断当前的通讯环境，所述通信质量指标包括但不限于下载速率/RSRP值；直接判断法的关键在于计算交流充电桩遥信量阀值，式(2)为阀值计算公式：

表2 遥信量阀值参数及计算结果

在步骤S3中，所述直接法和间接法同时进行；

在步骤S4中，依据式2和表2的计算结果来看，遥信量阀值取140.8kbp·s^-1；为使直接法和间接法计算结果计数单位统一，将环境判断值归一化，因此，环境判断阀值取0.14；经验证，以该点作为通讯方式的判断点是有效的。当直接法和间接法的计算结果都同时大于0.14时，则将通信环境等级判别为通信环境好，启动GPRS/CDMA无线公网通讯方式；否则为通信环境差，启动230电台通讯方式。图4为智能多通讯系统通讯关系图。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。