一种基于可见光通信技术的充电桩及其充电控制方法与流程

本发明涉及电力通信技术领域，具体地，涉及一种基于可见光通信技术的充电桩及其充电控制方法。

背景技术：

我国新能源汽车产业处于蓬勃发展期，电动汽车保有量快速提升，以北京为例，电动汽车牌照中签率已降至40％。但电动汽车行业的发展受限于电池产业，目前绝大多数电动汽车续航能力都不超过300公里，这就对充电设施的建设提出了更高的要求，需要铺设面更广，更易于充电。

目前充电桩大多数为国家电网公司统建或社会资金建设的充电桩，大多以场站形式建设，也有部分基于互联网的充电桩，解决了人员值守及发卡的问题，但对现场环境有一定要求，网络环境必须要非常好，这就导致一些地下停车场无法安装充电桩，但停车场却是汽车停放时间最长的地方。

现有的充电桩和充电控制方法可能存在以下技术问题：采用刷卡支付的充电桩，费用采用刷卡计费和结费，费用使用过程不透明，需要人工值守，在无人状态下，无法获知充电桩状态，运营维护成本高；采用二维码方式结费的充电桩，用户通过扫描二维码支付，和刷卡支付的充电桩存在着同样的问题，费用使用不透明，充电桩的运营状态不清，需要人工维护；采用无线网络连接的充电桩，对于安装环境存在一定要求，必须保证网络覆盖范围内才可，对于地下车库或网络覆盖不佳的地方，无法应用，限制了充电桩的产品推广；无法给电动汽车用户提供网络服务，或者带宽有限，无法用于充电用户娱乐设施，用户使用不便，容易造成泄密。而且在有遮挡的地方，无法提供gps或北斗导航服务，用户寻找充电桩较为困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术中电动汽车充电桩的通信方式效率低、运营成本高 的技术问题，本发明提出了一种基于可见光通信技术的充电桩及其充电控制方法。

本发明的一种基于可见光通信技术的充电桩，包括：

主控单元、智能电表、光接收模块、光发送模块，外部供电电源通过所述智能电表与外部电动汽车相连；

所述智能电表与所述主控单元进行通信；

所述主控单元依次通过所述光接收模块、光转换网关与外部云端服务器进行通信；

所述主控单元依次通过所述光发送模块、光转换网关与外部云端服务器进行通信。

优选的，还包括：保护电路，外部供电电源依次通过所述智能电表、所述保护电路与外部电动汽车相连。

优选的，还包括：无线通信模块，电动汽车用户通过所述无线通信模块连接互联网；所述主控单元通过所述无线通信模块与电动汽车用户进行通信。

优选的，所述无线通信模块为wi-fi通信模块。

优选的，当所述充电桩为交流充电桩时，所述智能电表为交流智能电表，所述外部供电电源依次通过所述交流智能电表、所述保护电路与外部电动汽车的车载充电机相连；

当所述充电桩为直流充电桩时，所述智能电表为直流智能电表，所述充电桩还包括：直流充电机，所述外部供电电源依次通过所述直流充电机、所述直流智能电表、所述保护电路与外部电动汽车的电池组相连。

优选的，所述光转换网关设置在所述充电桩所在场地内的led路灯上。

本发明的基于可见光通信技术的充电桩，采用可见光进行充电过程中的通信，并实现数据上传，能够满足充电桩充电过程中的通信控制和信息传输需求。本发明将高速可见的光通信数据通过wi-fi与用户共享，增强了娱乐及通信功能。而且采用可见光通信系统实现定位功能，充电桩位置信息可随分布点自行校正，实现了充电桩定位及车辆导航的需求。

本发明的一种基于可见光通信技术的充电桩的充电控制方法，包括：

主控单元根据接收到的充电预约信息，启动无线通信模块的网络共享服务；

所述主控单元在充电预约时间检测到电动汽车与充电桩连接成功时，或依次通过光接收模块、光转换网关接收到用户通过网络共享服务向云端服务器发送的充电开始命令时，启动充电流程为所述电动汽车进行充电；

所述主控单元通过光发送模块将电动汽车充电状态信息发送到光转换网关，以用于所述光转换网关将接收到的充电状态信息转换为光信号并发送到云端服务器。

优选的，在所述主控单元根据接收到的充电预约信息，启动无线通信模块的网络共享服务之前，还包括：

云端服务器接收用户通过互联网发起的充电预约信息，并将所述充电预约信息发送到光转换网关；

所述光转换网关将所述充电预约信息转换为光信号，并通过所述光接收模块发送到所述主控单元。

优选的，所述主控单元还将用户通过所述无线通信模块联网后的通信信息发送到所述光发送模块；

所述光发送模块将所述通信信息发送到光转换网关，以用于所述光转换网关将接收到的通信信息转换为光信号发送到云端服务器。

优选的，所述主控单元启动充电流程后，根据预设的充电模式为所述电动汽车进行充电，所述预设的充电模式包括以下任意一种：按照金额充电、按照电量充电、按照时间充电及充满为止。

优选的，当电动汽车充电结束和/或用户连接所述网络共享服务超时时，停止所述网络共享服务。

本发明的基于可见光通信技术的充电桩的充电控制方法，采用可见光进行充电过程中的通信，并实现数据上传，能够满足充电桩充电过程中的通信控制和信息传输需求。本发明将高速可见的光通信数据通过wi-fi与用户共享，增强了娱乐及通信功能。而且采用可见光通信系统实现定位功能，充电桩位置信息可随分布点自行校正，实现了充电桩定位及车辆导航的需求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中基于可见光通信技术的交流充电桩的结构示意图；

图2为本发明实施例中基于可见光通信技术的直流充电桩的结构示意图；

图3为本发明实施例中充电桩提供定位导航服务的示意图；

图4为本发明实施例中基于可见光通信技术的充电桩的充电控制方法的流程图；

图5为本发明实施例中基于可见光通信技术的充电桩的工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为了解决现有技术中电动汽车充电桩的通信方式效率低、运营成本高的技术问题，本发明提出了一种基于可见光通信技术的充电桩及其充电控制方法。本发明的基于可见光通信技术的充电桩可以是交流充电桩或直流充电桩，以下对本发明的充电桩及其充电控制方法作出详细说明。

实施例一

如图1所示，为本发明的基于可见光通信技术的交流充电桩的结构示意图，包括：主控单元、交流智能电表、保护电路、光接收模块、光发送模块、无线通信模块，外部供电电源依次通过所述交流智能电表、所述保护电路与外部电动汽车的车载充电机相连；所述交流智能电表与所述主控单元进行通信；所述主控单元依次通过所述光接收模块、光转换网关与外部云端服务器进行通信；所述主控单元依次通过所述光发送模块、光转换网关与外部 云端服务器进行通信。电动汽车用户通过所述无线通信模块连接互联网；所述主控单元通过所述无线通信模块与电动汽车用户进行通信。优选的，无线通信模块为wi-fi通信模块。

如图2所示，为本发明的基于可见光通信技术的直流充电桩的结构示意图，包括：主控单元、直流智能电表、保护电路、光接收模块、光发送模块、直流充电机、无线通信模块，所述外部供电电源依次通过所述直流充电机、所述直流智能电表、所述保护电路与外部电动汽车的电池组相连。所述直流智能电表与所述主控单元进行通信；所述主控单元依次通过所述光接收模块、光转换网关与外部云端服务器进行通信；所述主控单元依次通过所述光发送模块、光转换网关与外部云端服务器进行通信。电动汽车用户通过所述无线通信模块连接互联网；所述主控单元通过所述无线通信模块与电动汽车用户进行通信。优选的，无线通信模块为wi-fi通信模块。

本发明的交流充电桩和直流充电桩在充电开始后采用的充电流程为现有技术，在此不再赘述。因此，以下仅对本发明充电桩的充电控制过程进行说明：

如图1、图2所示，本发明以充电桩的主控单元为核心，通过主控单元实现通信数据的接收和发送处理，同时实现充电控制。在图1所示的交流充电桩中，主控单元通过引导程序(主控单元与电动汽车之间通信采用的握手协议)开始给电动汽车充电。在图2所示的直流充电桩中，主控单元通过can总线与电动汽车的电池组进行通信，控制充电电流，为电动汽车提供直流快速充电。在图1和图2所示的两种充电桩的充电控制过程中，主控单元通过光模块(包括光接收模块和光发送模块)、光转换网关与云端服务器对接，实现信息的传输和充电过程的实时控制。

本发明充电桩的充电控制过程为：云端服务器通过互联网连接至光转换网关，通过光转换网关将互联网数据(用户发起的充电预约信息、充电开始命令等)转化为光信号数据并通过光接收模块发送到主控单元，利用光的开断实现二进制数据的发送；同理，主控单元利用光发送模块将底层数据(电动汽车充电状态信息：电压、电流等，以及用户联网后的通信信息)发送到光转换模块并转化为光信号数据，再发送到云端服务器，通过开断实现二进制数据的发送。

本发明的充电桩通过光通信实现数据传输，同时通过wi-fi通信模块，架设wi-fi热点，为电动汽车用户提供网络连接服务：一方面用户可以通过app客户端查看充电过程的详细信息，另一方面用户可利用该网络，在等待充电的过程中进行上网娱乐活动。

本发明基于可见光通信技术的充电桩，首先需要在无移动网络覆盖的地方，例如停车场等地布置光转换网关，光转换网关可与充电桩建桩场地的led路灯相结合，既可用于照明，也可以用于通信。每个光转换网关的经纬度信息在云端服务器里进行记录，当充电桩布置在场地内后，充电桩与光转换网关进行通信，云端服务器即可通过光转换网关定位到充电桩所在经纬度信息。

当充电桩位置发生变化后，充电桩重新与光转换网关建立通信，此时充电桩的经纬度信息被认为是最近的光转换网关的经纬度信息，通过光转换网关重新上报充电桩的经纬度信息至云端服务器，实现充电桩位置信息的自行校正。用户在移动网络覆盖的区域，可以通过2g、3g或4g网络连接云端服务器，获取充电桩的位置信息，并进行导航服务。当用户进入无gprs覆盖的区域时，可连接充电桩的wi-fi通信模块发射的共享网络，通过充电桩的光模块(包括光接收模块和光发送模块)和外部的光转换网关实现与云端服务器的数据通信，在app客户端上使用导航服务，即如图3所示。

本发明的基于可见光通信技术的充电桩，采用可见光通信技术进行充电过程中的充电控制和数据通信，并实现数据上传，能够满足充电桩充电过程中的通信控制和信息传输需求。本发明将高速可见的光通信数据通过wi-fi网络与用户共享，增强了娱乐及通信功能。而且采用可见光通信系统能够为用户提供定位功能，充电桩位置信息可随分布点自行校正，实现了充电桩定位及车辆导航的需求。

实施例二

如图4所示，对本发明的基于可见光通信技术的充电桩的充电控制方法进行详细说明，包括：

步骤s401：云端服务器接收用户通过互联网发起的充电预约信息，并将所述充电预约信息发送到光转换网关；

步骤s402：所述光转换网关将所述充电预约信息转换为光信号，并通过所述光接收模块发送到所述主控单元。

步骤s403：主控单元根据接收到的充电预约信息，启动无线通信模块的网络共享服务；

步骤s401-s403的步骤具体的为：用户通过互联网(可以连接无线通信模块提供的网络服务或者使用自身的移动网络)访问云端服务器进行充电预约，云端服务器接收到用户的充电预约信息后，将充电预约信息发送到光转换网关，光转换网关将充电预约信息转换成光信号并通过充电桩的光接收模块发送到主控单元，主控单元接收充电预约信息，完成充电预约。充电桩被预约后，启动wi-fi网络共享服务，为用户提供wi-fi网络服务，当用户连接wi-fi网络超时后，停止wi-fi共享服务，对于非预约客户不提供wi-fi网络服务，避免网络资源浪费。

步骤s404：所述主控单元在充电预约时间检测到电动汽车与充电桩连接成功时，或依次通过光接收模块、光转换网关接收到用户通过网络共享服务向云端服务器发送的充电开始命令时，启动充电流程为所述电动汽车进行充电；

充电桩充电流程启动，完全依赖前端可见光通信信道。用户到充电桩现场进行充电，充电桩的主控单元到预约时间时，检测到电动汽车与充电桩连接成功时，启动充电流程为电动汽车充电；或者用户主动通过wi-fi网络向云端服务器发起充电开始命令，云端服务器将充电开始命令发送到光转换网关，光转换网关将充电开始命令转换为光信号并通过光接收模块发送到主控单元，主控单元启动充电流程为电动汽车充电。

本发明中，主控单元启动充电流程后，根据预设的充电模式为所述电动汽车进行充电，所述预设的充电模式包括以下任意一种：按照金额充电、按照电量充电、按照时间充电及充满为止。用户可随时通过手动模式结束充电或等待相应充电方式结束后停止充电。当停止充电后，充电桩自动停止wi-fi网络共享服务。在充电过程中，用户可以手动结算充电金额或者通过充电桩自动结算充电金额。

步骤s405：所述主控单元通过光发送模块将电动汽车充电状态信息发送到光转换网关，以用于所述光转换网关将接收到的充电状态信息转换为光信号并发送到云端服务器。

所述主控单元还将用户通过所述无线通信模块联网后的通信信息发送到 所述光发送模块，所述光发送模块将所述通信信息发送到光转换网关，光转换网关将接收到的通信信息转换为光信号并发送到云端服务器。

用户在充电桩现场进行充电的同时，充电桩可以为用户提供wi-fi网络服务。充电桩的主控单元通过wi-fi通信模块获取用户的通信信息，并将用户的通信信息发送至光发送模块，光发送模块再将通信信息发送到光转换网关，光转换网关将通信信息转化成光信号发送到云端服务器。

本发明的基于可见光通信技术的充电桩的充电控制方法，采用可见光通信技术进行充电过程中的充电控制和数据通信，并实现数据上传，能够满足充电桩充电过程中的通信控制和信息传输需求。本发明将高速可见的光通信数据通过wi-fi网络与用户共享，增强了娱乐及通信功能。而且采用可见光通信系统能够为用户提供定位功能，充电桩位置信息可随分布点自行校正，实现了充电桩定位及车辆导航的需求。

本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图5为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。