一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统及其方法与流程

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一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统及其方法与制造工艺

本发明属于电动汽车充电领域,尤其涉及一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统及其方法。



背景技术:

随着环境污染的加剧,PM2.5由此成为最热门词汇,而汽车尾气排放无疑是很多大中城市空气污染的一个主要原因,因此以电动汽车代替传统燃油汽车,已经成为汽车产业的发展趋势。随着电动汽车的飞速发展,作为电动汽车补充能源服务的充电站的布局越来越广泛,离散充电设施越来越多,如何解决离散充电设施与监控系统的交互通讯问题显得尤为突出。

电动汽车充电站离散充电桩,每个充电桩配备一个3G/4G流量卡,将充电桩监控数据通过3G/4G网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将充电桩监控数据转发到充电桩监控服务器。

采用上述方案虽然能够实现充电桩无线数据传输,但是仍然存在一些缺点:①每个充电桩对应一个3G/4G流量卡,应用时需要办理与充电桩数量相同的SIM卡,组网需要SIM卡数量过多;②工信部手机实名制登记的执行,不仅对新入网SIM卡需要提交有效证件进行查验并登记,而且未实名的SIM用户尽快去办理实名制的补登手续,否则将面临停机风险,SIM卡的实名制登记给现有技术方案增加了认证难度;③在传输相同流量数据的情况下,多个低流量额度的SIM卡的流量通讯费总和是单个同等流量额度SIM卡流量通讯费的三倍,现有技术方案应用时无线通讯运行成本还是太高;④不同充电桩之间的剩余流量不能重新分配,造成充电利用率高的充电桩流量超出额定值增加流量费用,充电利用率不高的充电桩流量剩余造成流量资源浪费;⑤如果多个充电桩同时向充电桩监控服务器上传数据,容易造成信道阻塞。



技术实现要素:

为了解决现有技术的缺点,本发明的第一目的是提供一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统。

本发明的一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统,包括:安装的位置处于同一条直线上的一个主站充电桩和多个从站充电桩,多个从站充电桩布置于主站充电桩的两侧,任意两个相邻充电桩之间无遮挡物体,所述主站充电桩接入移动通信网络且为多个从站充电桩提供无线AP信号,所有从站充电桩布置于所述无线AP信号的有效传输半径内,每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号;

所述主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经移动通信网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器;

所述主站充电桩还用于通过无线AP信号将所有从站充电桩所需的移动通信网络流量总额度平均分配至每个从站充电桩,再根据充电监控数据分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;当其中任一从站充电桩的实际使用流量比平均分配移动通信网络流量小于预设流量值时,统计各个从站电桩的已使用流量,计算出剩余流量;最后根据各个从站充电桩的实际充电利用率来重新分配剩余流量。

进一步地,每个从站充电桩,包括从站充电CPU,其与从站WiFi模块相连,所述从站充电CPU用于将其接收、处理后的从站充电监控数据经从站WiFi模块传送至主站充电桩;

所述主站充电桩,包括主站充电CPU,其与主站无线CPU相连,所述主站充电CPU用于将其接收、处理后的主站充电监控数据直接传送给主站无线CPU;所述主站无线CPU还分别与4G模块和主站WiFi模块相连;

主站无线CPU还用于接收依次经从站WiFi模块传送来的从站充电监控数据和主站充电CPU发送来的主站充电监控数据,并将接收到的从站充电监控数据与主站充电监控数据打包一起经4G模块传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器。

这样使得不同充电桩之间通过WiFi进行无线通信,不占用SIM流量,降低了不同充电桩之间通讯流量成本;只需要主站充电桩所使用的一张SIM卡可实现整个充电站充电桩的数据传输,避免了多张卡的实名制认证造成的麻烦。

进一步地,所述主站WiFi模块还与功放模块相连,用于通过功放模块增加主站充电桩WiFi信号的发射功率,能够提高WiFi信号强度。

进一步地,所述主站无线CPU处理程序包括:MAC地址绑定程序模块,其用于将所有与主站充电桩对应的从站充电桩的MAC地址绑定,禁止非绑定MAC地址的无线设备接入主站充电桩的无线AP信号;

无线AP信号接入数据设置程序模块,其用于设置主站充电桩的无线AP信号接入限制数量,数值与从站充电桩数量相同,禁止额外无线设备接入;

无线AP信号的SSID隐藏程序模块,其用于隐藏主站充电桩的无线AP信号的SSID,避免其他无线设备对主站充电桩的无线AP信号的网络攻击。

进一步地,所述从站充电CPU处理程序还包括无线AP信号接入账号信息生成程序模块,其用于编码生成与主站充电桩无线AP信号相匹配的SSID、登录密码和IP地址段来接入主站充电桩的无线AP信号。

IP地址段中可用IP数量与从站充电桩数量相同,只有SSID、登录密码和IP地址三者正确才能接入AP,这样保证了系统WiFi信号的安全性。

进一步地,所述主站无线CPU处理程序还包括:流量分配程序模块,其用于根据充电站的设计需求来计算主站充电桩所需的流量额度,主站充电桩将4G流量平均分配至每个从站充电桩,再根据充电监控数据传输时分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;当其中任一从站充电桩的实际使用流量比平均分配4G流量小1M时,统计各个从站电桩的已使用流量,计算出剩余流量;根据各个从站充电桩的实际充电利用率来重新分配剩余流量。

本发明根据充电桩的充电利用率实现流量智能管理分配,避免现有技术方案单桩流量超出造成费用增加和单桩流量剩余造成资源浪费。

本发明的第二目的是提供一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统的无线数据传输方法。

本发明的电动汽车离散充电桩无线数据传输系统的无线数据传输方法,包括:

步骤1:主站充电桩接入移动通信网络且为多个从站充电桩提供无线AP信号,每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号;

步骤2:主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经移动通信网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器;

步骤3:主站充电桩通过无线AP信号将所有从站充电桩所需的移动通信网络流量总额度平均分配至每个从站充电桩,再根据充电监控数据分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;当其中任一从站充电桩的实际使用流量比平均分配移动通信网络流量小于预设流量值时,统计各个从站电桩的已使用流量,计算出剩余流量;最后根据各个从站充电桩的实际充电利用率来重新分配剩余流量;其中,步骤2和步骤3可互换。

进一步地,在所述步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

将所有与主站充电桩对应的从站充电桩的MAC地址绑定,禁止非绑定MAC地址的无线设备接入主站充电桩的无线AP信号;

设置主站充电桩的无线AP信号接入限制数量,数值与从站充电桩数量相同,禁止额外无线设备接入。

进一步地,在所述步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

隐藏主站充电桩的无线AP信号的SSID,避免其他无线设备对主站充电桩的无线AP信号的网络攻击。

进一步地,在所述步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

在从站充电桩内编码生成与主站充电桩无线AP信号相匹配的SSID、登录密码和IP地址段来接入主站充电桩的无线AP信号。

IP地址段中可用IP数量与从站充电桩数量相同,只有SSID、登录密码和IP地址三者正确才能接入AP,这样保证了系统WiFi信号的安全性。

本发明的有益效果为:

(1)本发明的不同充电桩之间通过WiFi进行无线通信,不占用SIM流量,降低了不同充电桩之间通讯流量成本,只需要主站充电桩使用一张SIM卡可实现整个充电站充电桩的数据传输,避免了多张卡的实名制认证造成的麻烦;主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经移动通信网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器,避免了现有技术因多个充电桩同时上传数据造成信道阻塞情况,保证通讯质量。

(2)本发明根据充电桩的充电利用率实现流量智能管理分配,避免现有技术方案单桩流量超出造成费用增加和单桩流量剩余造成资源浪费。

(3)本发明的IP地址段中可用IP数量与从站充电桩数量相同,只有SSID、登录密码和IP地址三者正确才能接入AP信号,这样保证了系统WiFi信号的安全性。

附图说明

图1是本发明一种实现电动汽车离散充电桩无线数据传输系统结构示意图。

图2是本发明从站充电桩通讯原理图。

图3是本发明主站充电桩通讯原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:

本发明的移动通信网络为3G网络或4G网络,下面以4G网络为例来详细说明:

本发明的一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统,如图1所示,本发明的一种电动汽车离散充电桩无线数据传输系统,包括:安装的位置处于同一条直线上的一个主站充电桩和多个从站充电桩,多个从站充电桩布置于主站充电桩的两侧,任意两个相邻充电桩之间无遮挡物体,所述主站充电桩接入移动通信网络且为多个从站充电桩提供无线AP信号,所有从站充电桩布置于所述无线AP信号的有效传输半径内,每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号;

所述主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经移动通信网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器;

所述主站充电桩还用于通过无线AP信号将所有从站充电桩所需的移动通信网络流量总额度平均分配至每个从站充电桩,再根据充电监控数据分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;当其中任一从站充电桩的实际使用流量比平均分配移动通信网络流量小于预设流量值时,统计各个从站电桩的已使用流量,计算出剩余流量;最后根据各个从站充电桩的实际充电利用率来重新分配剩余流量。

从站充电桩通讯原理图如图2所示,从站充电CPU和从站控制模块实现从站桩就地数据采集、控制、显示等充电功能,从站WiFi模块作为无线Station,通过连接主站充电桩的无线AP信号实现充电监控数据的传输功能。

其中,充电监控数据包括充电桩的工作状态、告警信号、故障信号、电压、电流和电量数据。

从站充电CPU,其处理与从站充电相关的数据,将从站控制模块采集的开关量输入信号、模拟量输入信号发给从站充电CPU,从站充电CPU执行相关的程序进行处理并将处理结果发送给从站控制模块。

从站控制模块作用主要是采集的开关量输入信号、模拟量输入信号、电表RS485通讯信号,将采集的数据发送给从站充电CPU并根据其处理结果驱动相应电气元件。

从站控制模块由开关量输入检测电路、模拟量输入检测电路、RS485通讯电路和开关量输出电路构成。

主站充电桩通讯原理图如图3所示,主站充电桩,包括主站充电CPU,其与主站无线CPU相连,所述主站充电CPU用于将其接收、处理后的主站充电监控数据直接传送给主站无线CPU;所述主站无线CPU还分别与4G模块和主站WiFi模块相连;

主站无线CPU还用于接收依次经从站WiFi模块传送来的从站充电监控数据和主站充电CPU发送来的主站充电监控数据,并将接收到的从站充电监控数据与主站充电监控数据打包一起经4G模块传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器。

主站充电CPU,其处理与主站充电相关的数据,将主站控制模块采集的开关量输入信号、模拟量输入信号发给主站充电CPU,主站充电CPU执行相关的程序进行处理并将处理结果发送给主站控制模块。

主站控制模块作用主要是采集的开关量输入信号、模拟量输入信号、电表RS485通讯信号,将采集的数据发送给主站充电CPU并根据其处理结果驱动相应电气元件。

主站控制模块由开关量输入检测电路、模拟量输入检测电路、RS485通讯电路和开关量输出电路构成。

主站充电桩主要实现两种功能:

①充电监控功能,充电CPU和控制模块实现主站桩就地数据采集、控制、显示等充电功能;

②实现4G网络共享功能,主站无线CPU、4G模块和WiFi模块将SIM卡拨号连网,WiFi模块设置为无线AP,从站充电桩通过连接这个无线AP实现共享SIM卡的4G网络数据传输。

本发明的电动汽车离散充电桩无线数据传输系统的数据传输过程:

多个从站充电桩的充电CPU将本桩的充电监控数据通过从站WiFi传输到主站充电桩的主站无线CPU,主站充电桩的主站充电CPU将本桩的充电监控数据直接传送给主站无线CPU,主站无线CPU再将所有主桩和从桩的所有监控数据打包通过4G网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器通过以太网将充电桩监控数据转发到充电桩监控服务器。主桩和从桩以及各个从桩之间通过WiFi进行无线通信,不占有4G SIM卡流量。

为保证电动汽车充电桩无线数据传输系统中WiFi信号的抗干扰能力,采取下列相关措施:

①充电站建设方面,在充电站设计时,将所有充电桩安装固定位置处于同一条直线上,主站充电桩安装在中间位置,任意两个相邻充电桩之间无任何遮挡物体,避免WiFi信号因贯穿物体造成的环境损耗,保证AP信号的有效传输半径内覆盖所有从站充电桩;

②增加发射功率,主站充电桩WiFi信号发射通过功放模块增加其发射功率,提高WiFi信号强度;

③选用定制增益天线,提高主桩发射天线增益和从桩接收天线的增益,增大WiFi信号的有效传输距离。

其中,本发明的主站无线CPU处理程序包括:MAC地址绑定程序模块,其用于将所有与主站充电桩对应从站充电桩的MAC地址绑定,禁止非绑定MAC地址的无线设备接入主站充电桩的无线AP信号;

无线AP信号接入数据设置程序模块,其用于设置主站充电桩的无线AP信号接入限制数量,数值与从站充电桩数量相同,禁止额外无线设备接入;

无线AP信号的SSID隐藏程序模块,其用于隐藏主站充电桩的无线AP信号的SSID,避免其他无线设备对主站充电桩的无线AP信号的网络攻击。

进一步地,从站充电CPU处理程序还包括无线AP信号接入账号信息生成程序模块,其用于编码生成与主站充电桩无线AP信号相匹配的SSID、登录密码和IP地址段来接入主站充电桩的无线AP信号。

因此,为保证系统WiFi信号的安全性,采取下列相关措施:

①充电桩出厂之前调试,主站充电桩绑定对应从站充电桩的MAC地址,非绑定MAC地址的无线设备禁止接入主桩AP;

②设置AP接入限制数量,数值与从站充电桩数量相同,禁止额外无线设备接入;

③隐藏无线AP的SSID,避免被智能手机等无线设备搜到AP的SSID引起网络攻击;

④在主站充电桩的主站无线CPU的存储单元中和从站充电桩的从站充电CPU的存储单元中编写相同的登录账号信息生成程序,在预设间隔时间(比如:每月的1日)按特殊编码生成无线AP的SSID、登录密码和IP地址段,IP地址段中可用IP数量与从站充电桩数量相同,只有SSID、登录密码和IP地址三者正确才能接入AP。

例如SDRZWPK1610010CDZ,登录账号信息生成程序根据上述编码生成AP信息如下:

SSID:lnint-new1608;

密码:yinhedasha@901;

IP:192.168.1.26~192.168.1.86;

如果现场个别桩不能登录时,只需重新输入上述编码即可,而不是手动输入AP的SSID和密码,避免登录信息因人为因素造成泄密。

智能流量分配、管理方案:

①根据充电站的设计需求来计算主站充电桩所需的流量额度,在预设间隔时间(比如:每月的1日)给每一个充电桩平均分配4G流量;

②充电监控数据传输时分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;

③当其中任何一个从站充电桩的实际使用流量比平均分配4G流量小1M时,统计各个从站充电桩的已使用流量,计算出剩余流量;

④根据各个从站充电桩的实际充电利用率重新分配剩余流量;

⑤如果再次出现③中所述情况,重复③、④。

本发明的电动汽车离散充电桩无线数据传输系统的无线数据传输方法,包括:

步骤1:主站充电桩接入移动通信网络且为多个从站充电桩提供无线AP信号,每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号;

进一步地,在步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

将所有与主站充电桩对应从站充电桩的MAC地址相绑定,禁止非绑定MAC地址的无线设备接入主站充电桩的无线AP信号;

设置主站充电桩的无线AP信号接入限制数量,数值与从站充电桩数量相同,禁止额外无线设备接入。

进一步地,在步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

隐藏主站充电桩的无线AP信号的SSID,避免其他无线设备对主站充电桩的无线AP信号的网络攻击。

进一步地,在步骤1中每个从站充电桩作为Station接入所述无线AP信号之前,还包括:

在从站充电桩内编码生成与主站充电桩无线AP信号相匹配的SSID、登录密码和IP地址段来接入主站充电桩的无线AP信号。

IP地址段中可用IP数量与从站充电桩数量相同,只有SSID、登录密码和IP地址三者正确才能接入AP,这样保证了系统WiFi信号的安全性。

步骤2:主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经4G网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器。

步骤3:主站充电桩通过无线AP信号将所有从站充电桩所需的移动通信网络流量总额度平均分配至每个从站充电桩,再根据充电监控数据分别计算各个从站充电桩的实际使用流量;当其中任一从站充电桩的实际使用流量比平均分配4G网络流量小于预设流量值时,统计各个从站电桩的已使用流量,计算出剩余流量;最后根据各个从站充电桩的实际充电利用率来重新分配剩余流量;

其中,步骤2和步骤3可互换。

本发明的不同充电桩之间通过WiFi进行无线通信,不占用SIM流量,降低了不同充电桩之间通讯流量成本,只需要主站充电桩使用一张SIM卡可实现整个充电站充电桩的数据传输,避免了多张卡的实名制认证造成的麻烦;主站充电桩将主站充电桩自身的主站充电监控数据以及通过无线AP信号接收从站充电桩传送来的从站充电监控数据打包一起经4G网络传送到数据中心服务器,数据中心服务器将打包的数据解析后转发到充电桩监控服务器,避免了现有技术因多个充电桩同时上传数据造成信道阻塞情况,保证通讯质量。

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。

再多了解一些
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