一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统及方法与流程

本发明涉及车辆救援和电动汽车移动充电领域，具体涉及一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统及方法。

背景技术：

对于高速公路应急充电救援，由于现场电气情况复杂，部分设备体积大，各设备接口不统一，一些设备到达现场后，需要进行重新拆装与组合，另外救援现场临时接线，接线中往往存在防触电措施的漏洞，存在诸多安全隐患，因此针对高速公路应急充电需求，建立一体化标准化的应急救援装置是十分必要的，建立高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统紧凑型、模块化的设计布局方案和方法，具有十分重要的实践意义和价值。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统及方法，本申请的救援系统为一体化装置，可以有效解决高速公路电动汽车充电应急救援问题，为高速公路电动汽车充电设施的建设和运行提供有效的保障，具有良好的社会效益。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统，包括：

救援车辆，所述救援车辆上放置有控制中心及储能中心，所述控制中心通过移动网络与被救援车辆的车载终端通信；车载终端接收来自控制中心的信息，也可通过移动数据网络发送救援信息至控制中心；

所述被救援车辆的车载终端实时上传被救援车辆行驶过程中的运行数据至控制中心，控制中心根据被救援车辆行驶过程中的运行数据对被救援车辆进行分析判断并做出相应的决策，利用储能中心实现对被救援车辆的应急充电救援。

进一步的，所述控制中心包括：系统服务器、数据采集服务器、数据存储服务器、数据分析服务器、GIS服务器及信息收发服务器；

所述系统服务器的数量为至少一台，用于发布系统应用程序；

所述数据采集服务器数量为至少一台，用于获取救援中心、车载系统、救援车辆、被救援车辆以及高速公路上充电设施的运行数据的采集；

所述数据分析服务器数量为至少一台，用于对车辆的历史数据和当前数据进行数据挖掘分析，并提供解决措施；及用于分析高速公路上充电设施的运行状态、充电设施与被救援车辆位置的距离以及充电设施的排队信息；

所述数据存储器包括至少一台关系数据库服务器和至少一台实时数据库服务器，所述关系数据库用于存储用户信息、用户历史统计数据、异常处理模型以及救援工作统计计算得出的数据，所述实时数据库用于存储充电设施的实时运行数据以及被救援车辆实时运行数据；

所述GIS服务器数量为至少一台，用于发布地图应用服务程序，用于高速公路救援车辆上驾乘人员的快速定位和被救援车辆行驶路线的确认；

所述信息接发服务器数量为至少一台，用于高速公路救援车辆上的驾乘人员救援信息的接收以及故障车辆上的驾乘人员救援信息的发送和接收。

进一步的，所述异常处理模型为基于粗集理论和SVM理论，采用时间序列分析、变量分析和聚类分析方法并将上述关系拟合后构建的，用于实现对电动汽车异常处理。

进一步的，所述车载系统，包括电动汽车收发终端，所述电动汽车收发终端，包括信息接收模块和信息发送模块，所述信息接收模块用于接收运行中心发出的交互信息。所述信息发送模块用于发出电动汽车的救援信息。

进一步的，所述车载系统还包括数据终端，所述数据终端用于采集车辆行驶过程中的实时运行数据和GPS坐标数据，包括主控制模块、无线通信模块、定位模块、用户交互模块。所述主控制模块分别与无线通信模块、定位模块及用户交互模块连接。

进一步的，所述定位模块通过RS232接口与主控模块连接，负责采集车辆的GPS坐标数据。所述用户交互模块通过车载界面或远程方式获取用户需求，同时将车辆实时信息反馈给用户。

进一步的，所述数据采集终端，用于采集高速公路上充电设施的实时运行数据以及日常维护数据，以便运行中心分析得出被救援车辆所处位置距离范围内可用且及时有效的充电设施。

进一步的，所述救援车辆上还包括车辆充电间及车辆维修间，所述车辆充电间包括车辆停车区和充电区，位于救援车辆的车厢内，用于高速公路上被救援车辆的移动充电时使用；

所述车辆停车区为具有升降横移式功能的停车位，其高度Z方向的运动由电梯的升降实现；水平X方向的运动由旋转装置90度运行实现；横向Y方向的运动由横移装置的横移实现；

所述充电区，位于救援车辆车厢内，充电枪通过电源线与充电桩相连，充电桩给停车位上的车辆充电。

进一步的，所述车辆维修间，包括车辆停车区和维修区，位于救援车辆的车厢内，用于高速公路上被救援车辆的维修时使用；

所述车辆停车区是具有升降横移式功能的停车位，与充电间的停车位共用一个；

所述维修区，位于救援车辆车厢内，存放各种用于救援的工具以及被救援车辆的异常部件的维修。

一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援方法，包括：

主动式救援，主动式救援方式为被救援车辆安装有车载终端，并能够实时上传行驶过程中的运行数据，救援控制中心根据车辆GPS定位信息，获取救援车辆附近运行的电动汽车，并实时监控这部分车辆的报警事项和剩余SOC，若剩余SOC达到警戒点且到达不了就近的充电服务区，则救援车辆主动联系被救援车辆并前往救助；

及等待式救援，等待式救援方式为被救援车辆主动发送救援信息，控制中心根据GPS信息获取该车辆的位置后，前往事发地进行救援。

进一步的，救援车辆的数据采集服务器通过移动网络与车载终端进行连接，采集被救援车辆的GPS信息、剩余电量、报警事项以及车辆可提供的其他测量数据，并将这部分数据上传至数据存储服务器进行保存；

数据分析服务器分析当前数据，用于监视乏电车辆的行驶路线，若车辆电量低于20％，则进行充电救援服务；

数据分析服务器根据被救援车辆发出的救援信息或者从监控中心获取的救援信息，进行数据挖掘分析，找出电动汽车、电池中可能出现的问题原因，并提供解决措施；

救援车辆根据被救援车辆的GPS信息，并在GIS服务器上显示车辆的位置信息，前往事发地进行车辆救援，若被救援车辆事故原因为乏电状态不能启动，则电动汽车只需要充电即可。

本发明的有益效果：

1.能够分析高速公路电动汽车充电设施易发故障及影响高速公路电动汽车充电的因素，制定高速公路电动汽车应急救援方案，更好地保障电动汽车在高速公路的安全运行，保障充电设施的安全稳定工作。

2.有效解决高速公路电动汽车充电应急救援问题，为高速公路电动汽车充电设施的建设和运行提供有效的保障，具有良好的社会效益。

3.本发明提供的车辆充电间和维修间的功能，保障被救援车辆在高速公路上行车安全以及救援过程中的安全。

附图说明

图1为一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统结构示意图；

图2为一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援平台控制中心结构示意图；

图3为一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援平台车载终端结构示意图；

其中，1.驾驶室，2.控制室，3.储能中心，4.车辆充电间，5.车辆维修间，6.被救援车辆，7.车载终端，8.GPRS移动网络，9.控制中心，10.应用服务器，11.数据采集服务器，12.数据存储服务器，13.数据分析服务器，14.GIS服务器，15.信息收发服务器，16.收发终端，17.数据终端，18.信息接收模块，19.信息发送模块，20.主控制模块，21.总线模块，22.无线通信模块，23.定位模块，24.用户交互模块，25.救援车辆。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援系统，包括救援车辆25、控制中心9、储能中心3、车辆充电间4、车辆维修间5、车载终端7；其中，车载终端7通过GPRS移动网络8与控制中心9进行通信，车载终端7接收来自控制中心9的信息，也可通过移动数据网8络发送救援信息至控制中心9。

储能中心3，采用专利“一种充换储放光伏一体化电站结构”(专利号：ZL201420831529.3)的储能结构，用于被救援车辆的充电所需的电能。

车辆充电间4，包括车辆停车区和充电区。位于救援车辆的车厢内，用于高速公路上被救援车辆的移动充电时使用。

车辆停车区是具有升降横移式功能的停车位，由于存取车是三维运动，即水平X方向、横向Y方向和高度Z方向的运动。其高度Z方向的运动由电梯的升降实现；水平X方向的运动由旋转装置90度运行实现；横向Y方向的运动由横移装置的横移实现。即一个存取周期应由水平X方向、横向Y方向和高度Z方向的运动组成。由于各个方向上的几何尺寸及运动速度各不相同，且在一定的情况下某些运动部件之间存在互锁关系：当升降装置与进出装置分离时，它们可分别同时动作。

充电区，位于救援车辆车厢内，充电枪通过电源线与充电桩相连，充电桩给停车位上的车辆充电，车辆停稳后有工作人员手工将充电枪插到充电车辆的插头上进行充电。用户取车时，工作人员首先将充电枪拔出，避免车辆移动时对充电设备造成损坏。

充电区，还用于被救援车辆的电池更换。

车辆维修间5，包括车辆停车区和维修区。位于救援车辆的车厢内，用于高速公路上被救援车辆的维修时使用。车辆停车区是具有升降横移式功能的停车位，与充电间的停车位共用一个。维修区，位于救援车辆车厢内，存放各种用于救援的工具以及被救援车辆的异常部件的维修。

如图2所示，控制中心，包括应用服务器10、数据采集服务器11、数据存储服务器12、数据分析服务器13、GIS服务器14以及信息收发服务器15。应用服务器10包括至少一台用于发布系统应用程序的服务器。

数据采集服务器11通过GPRS移动网络与车载终端7进行通信，负责采集车辆的GPS信息、剩余电量、报警事项以及车辆可提供的其他测量数据。车载终端与数据采集服务器之间允许通过GPRS无线方式作为传输层协议进行通讯连接。

车载终端7采用专利“一种基于云计算的电动汽车车载终端及其使用方法”(专利号：ZL201210222064.7)的车载终端结构，包括收发终端和数据终端，所述收发终端，包括信息接收模块和信息发送模块。所述信息接收模块用于接收控制中心发出的交互信息。所述信息发送模块用于电动汽车用户发出救援信息。数据终端，用于被救援车辆的数据采集。

数据存储服务器12包括至少一台关系数据库服务器和至少一台实时数据库服务器，关系数据库用于存储用户信息、用户历史统计数据、高速路救援模型以及救援工作统计计算得出的数据，实时数据库用于存储电动汽车实时运行数据以及救援车辆实时运行数据。

异常处理模型，基于粗集理论和SVM理论，采用时间序列分析、变量分析和聚类分析方法，研究了对上述关系的拟合。首先，利用聚类数据分析方法，对电动汽车的安全监测信息进行预处理，抽取关键成分作为映射关系的输入，从而确定映射关系的初始拓扑结构。其次，采用时间序列分析方法和变量分析方法，结合电动汽车运行的动态样本数据，建立电动汽车的关键运行变量(温升、单位耗电量、电流等)时序预测模型，对电动汽车运行的关键数据进行监测和预报。在此基础上，应用最小二乘支持向量计算法，以训练误差作为优化问题的约束条件，以置信范围值最小化作为优化目标，从电动汽车的安全运行原始监测数据中学习归纳出电动汽车系统运行规律，从而实现对电动汽车异常处理模型的构建。

数据采集服务器11通过移动网络8与车载终端7进行连接，采集被救援车辆6的GPS信息、剩余电量、报警事项以及车辆可提供的其他测量数据，并将这部分数据上传至数据存储服务器12进行保存。

数据分析服务器13分析当前数据，用于监视乏电车辆的行驶路线，若车辆电量低于20％，则进行充电救援服务。

数据分析服务器13根据被救援车辆6发出的救援信息或者从控制中心获取的救援信息，进行数据挖掘分析，找出电动汽车、电池中可能出现的问题原因，并提供解决措施。控制中心可以检测被救援车辆的实时数据，以及与被救援车辆的信息交互。

数据分析服务器13包括至少一台用于数据分析的服务器，用于分析对车辆的历史数据和当前数据进行数据挖掘分析，找出电动汽车、电池中可能出现的问题原因，并提供解决措施。还用于分析高速公路上充电设施的运行状态、与被救援车辆位置的距离远近以及充电设施的排队情况；

数据分析服务器13：根据各电动汽车实时上送的车辆、电池运行数据，结合当前车辆的地理信息数据、其它车辆类比数据，对整车及电池的综合状态进行数据挖掘和分析，并根据系统预警指标对车辆进行数据分析和早期预警，动态调整车辆安全策略。通过及时的预测分析和安全策略来保障车辆、电池的安全可靠运行，并实时将分析结果推送至用户端。

信息收发服务器15负责实时发布或接受信息的服务器，用于高速公路救援车辆25上的驾乘人员救援信息的接收以及故障车辆上的驾乘人员救援信息的发送和接收。

GIS服务器用于高速公路救援车辆上驾乘人员的快速定位和车辆行驶路线的确认。

储能中心，采用专利“一种充换储放光伏一体化电站结构”(专利号：ZL201420831529.3)的储能结构，用于被救援车辆的充电所需的电能。

救援车辆25以车辆载体的移动式救援平台，包括驾驶室1、主控室2、储能中心3、充电间4以及维修间5。

车载终端7，包括收发终端16和数据终端17，收发终端16，包括信息接收模块18和信息发送模块19。信息接收模块18用于接收控制中心发出的交互信息。所述信息发送模块19用于电动汽车用户发出救援信息。

如图3所示，数据终端17，包括主控制模块20、总线模块21、无线通信模块22、定位模块23、用户交互模块24。主控制模块20采用ARM9作为嵌入式处理器，它通过RS232接口分别与车辆的RFID模块、GPS模块连接。

总线模块21通过SPI总线与所述主控制模块双向连接，无线通信模块22、定位模块23和用户交互模块24通过串口与所述主控制模块双向连接。

定位模块23通过RS232接口与主控模块连接，负责采集车辆的GPS坐标数据。用户交互模块24通过车载界面或远程方式获取用户需求，同时将车辆实时信息反馈给用户。

一种高速公路电动汽车一体化应急充电救援方法，包括以下步骤：

1.本发明所阐述的高速公路一体化应急救援分为两种，一种为主动式救援，主动式救援方式为被救援车辆安装了车载终端，并能够实时上传行驶过程中的运行数据，救援控制中心根据车辆GPS定位信息，获取救援车辆附近运行的电动汽车，并实时监控这部分车辆的报警事项和剩余SOC，若剩余SOC达到警戒点且到达不了就近的充电服务区，则救援车辆主动联系被救援车辆并前往救助。

2.另一种为等待式救援，等待式救援方式为被救援车辆主动发送救援信息，控制中心根据GPS信息获取该车辆的位置后，前往事发地进行救援。

3.数据采集服务通过移动网络与车载终端进行连接，采集被救援车辆的GPS信息、剩余电量、报警事项以及车辆可提供的其他测量数据，并将这部分数据上传至数据存储服务器进行保存。

4.数据分析服务器分析当前数据，用于监视乏电车辆的行驶路线，若车辆电量低于20％，则进行充电救援服务。

5.数据分析服务器根据被救援车辆发出的救援信息或者从监控中心获取的救援信息，进行数据挖掘分析，找出电动汽车、电池中可能出现的问题原因，并提供解决措施。

6.救援车辆25根据被救援车辆6的GPS信息，并在GIS服务器14上显示车辆的位置信息，前往事发地进行车辆救援。若被救援车辆事6故原因为乏电状态不能启动，则电动汽车只需要充电即可。

7.由于事发地为高速公路上，不能就地进行充电。本发明的一体化救援平台提供车辆充电间，将被救援车辆6移动到救援车辆25的充电间4内，启动充电设备即可。此时救援车辆25根据被救援车辆6原始的行驶路线行驶到就近的服务区。

8.若被救援车辆6事故原因为损坏不能启动，则电动汽车需要进行维修。由于事发地为高速公路上，不能就地进行维修。本发明的一体化救援平台提供车辆维修间5，将被救援车辆6移动到救援车辆的维修间5内，由维修人员进行修理即可。此时救援车辆25根据被救援车辆6原始的行驶路线行驶到就近的服务区。

9.被救援车辆6所出的车辆事故被解除之后，该车辆从充电间4或维修间5移出即可。

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。