CN102185343A - 一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及方法，包括变压器、配电集中器和充电桩；所述的变压器与所述的配电集中器连接，配电集中器通过电力线与所述的充电桩连接，充电桩通过电力线与电动车连接；一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，采用OFDM技术将信道从频域上划分为多个正交子信道，再把数据调制到子信道上进行传输，包括以下步骤：在发送端对数据加扰编码后调制到子信道上，经过数模转换传输到电力线上发送；在接收端对模拟信号经过模数转换后的数字信号进行解调解码，得到数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电装置，尤其是一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及方法。
背景技术
目前，随着能源短缺、石油涨价、城市环境污染日益严重，替代石油的新能源的开发利用越来越被重视。以电能作为能量来源的电动汽车因具有环保、便捷等优点，在人们日常生活中已经开始普及。众所周知，电动汽车的蓄电池需要及时充电才能为车辆行驶提供动力驱动，而在实际使用中，使用者往往由于忘记提前充电，或者由于电动汽车的蓄电池本身充电行程量有限，导致在行驶到半路时会因电动汽车没电而无法继续行驶，这种情况时有发生。因此，电动汽车充电站或充电桩为电动汽车的运行提供能量补给，是发展电动汽车所必须的重要配套基础设施。针对小区用户、停车场、大型商场、街道边等公共车辆密集区域建立充电站、充电桩有利于促进电动汽车行业的发展，但在现有技术中，充电站建造成本较大，大量充电站、充电桩的建立所带来的大量资金以及人力资源方面投入又阻碍了电动汽车充电站的大规模建设。而且，现有的充电站还存在着管理麻烦，计费不合理等问题。
因此有必要研发出一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及其方法，使其具有自动辨识车辆、智能分配充电量和计费管理功能，无需人工值守，建造成本低；并且利用电力线载波通信技术实现充电桩的远程管理，能实时监控车辆及充电信息。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供了一种具有自动辨识车辆、智能分配充电量和计费管理功能，无需人工值守，建造成本低；并且利用电力线通信技术实现充电桩的远程管理，能实时监控车辆及充电信息的利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及其方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置，包括变压器、配电集中器和充电桩；所述的变压器与所述的配电集中器连接，配电集中器通过电力线与所述的充电桩连接，充电桩通过电力线与电动车连接。所述的变压器为所述配电集中器和充电桩提供大功率电力。
进一步地，所述的充电桩包括电力线通信模块、计量表模块、充电模块、控制指令模块和显示屏读卡模块；所述的电力线通信模块、计量表模块、充电模块和显示屏读卡模块分别通过总线与所述的控制指令模块连接，所述的电力线通信模块通过电力线与所述集中器连接，所述的充电模块能通过电力线与电动汽车连接。
进一步地，所述的电力线通信模块实现电力线传输数据与所述控制指令模块的处理数据之间相互转换；所述的计量表计算充电量与费用；所述的充电模块给电动汽车充电，并由所述的控制指令模块控制充电的启动与停止；所述的显示屏读卡模块识别电动汽车充电卡并显示剩余电量、充电量及充电费用等信息。
进一步地，所述的配电集中器包括配电器模块、电力线通信模块、监控器模块、无线模块和断路器模块；所述的配电模块通过所述电力线通信模块与所述断路器模块连接，断路器模块与所述充电桩连接，所述的监控器模块与所述电力线通信模块连接，电力线通信模块通过所述无线模块与后台系统无线连接。
更一步地，所述的电力线通信模块实现电力线传输数据与系统数据的相互转换；所述的配电器模块控制充电的启动、停止及每个充电桩的电力分配；所述的监控器模块对车辆信息、充电信息进行实时监控；所述的无线模块通过无线方式与后台系统进行相关数据交换；所述的断路器模块对蓄电池的性能进行智能化分析，当出现过压、过流、短路或高温等情况时及时断电。
更进一步地，所述的无线模块是GPRS或3G无线通信模块。
所述的一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，采用OFDM技术将信道从频域上划分为多个正交子信道，再把数据调制到子信道上进行传输，包括以下步骤：在发送端对数据加扰编码后调制到子信道上，经过数模转换传输到电力线上发送；在接收端对模拟信号经过模数转换后的数字信号进行解调解码，得到数据。
进一步地，所述的对数据加扰编码后调制到子信道上的步骤包括：将发送端的数据转变成适合电力线传输的数据格式，然后用伪随机码扰乱成任意数据后，采用前向纠错卷积码在任意数据中加入冗余码，再经过交织器将邻近的数据散开排列成行列方块，每一列代表一个子载波；最后根据每一个子载波上的比特调制表将数据分成比特组，再将相隔一行的子载波调制进行差分编码。
进一步地，还包括：将调制编码后的数据经过反向傅立叶变换后插入循环前缀；所述的循环前缀通过在符号码间插入足够长的符号码结尾部分作为保护间隔，来消除码间干扰。
进一步地，所述的数模转换的步骤包括：将数据进行2倍频插值处理后进行数模转换，再经过低通滤波和功率放大，最后耦合到电力线上传输。
进一步地，所述的模数转换的步骤包括：在接收端将电力线上收到的信道滤波出来后，经过增益放大到最佳值，再进行模数转换得到数字信号。
更进一步地，还包括：将数字信号进行码元同步，通过计算前后相邻的前导符号还原数据起始点，然后做快速傅立叶变换成频域信号，再进行信道估计，得出第一个符号帧的解调参考符号。
更进一步地，所述的解调解码的步骤包括：将信号估计后的数据做差分解调还原子载波上的比特数据位，再进行解交织码将子载波上的数据还原成连续载波信道上，然后经过纠错解码去除冗余码后，进行解扰码处理最后得到原始数据。
本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置工作原理是：变压器给配电集中器提供大功率电力，配电集中器再把电力分配给各个充电桩；配电集中器与充 电桩之间设置有断路器，当充电桩功率超出充电额度时自动断开保护；电动汽车刷卡充电时，充电桩自动识别所需要充电量，把充电信息通过电力线发送给配电集中器，配电集中器给充电桩分配所需要电量并通过电力线控制充电桩给电动汽车进行充电，充满后自动停止，并从卡中扣取充电费用；配电集中器把车辆及充电信息通过无线方式传送给后台系统。
本发明的优点在于：提供了一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及其方法，具有自动辨识车辆、智能分配充电量和计费管理功能，无需人工值守，建造成本低；并且利用电力线载波通信技术实现充电桩的远程管理，能实时监控车辆及充电信息。
附图说明
图1是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的整体结构方框图；
图2是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的充电桩原理方框图；
图3是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的配电集中器原理方框图；
图4是本发明所述的一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法发送端流程图；
图5是本发明所述的一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法接收端流程图。
附图中分述标记如下：1、变压器；2、配电集中器；3、充电桩；21、配电器模块；22、电力线通信模块；23、监控器模块；24、无线模块；25、断路器模块；31、电力线通信模块；32、计量表模块；33、充电模块；34、控制指令模块；35、显示屏读卡模块。
具体实施方式
如附图1所示，是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的整体结构方框图，包括管道变压器1、配电集中器2、充电桩3和电动车4；所述的变压器1与所述的配电集中器2连接，配电集中器2通过电力线与所述的充电桩3连接，充电桩3通过 电力线与电动车4连接。
如附图2所示，是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的充电桩原理方框图；包括电力线通信模块31、计量表模块32、充电模块33、控制指令模块34和显示屏读卡模块35；所述的电力线通信模块31、计量表模块32、充电模块33和显示屏读卡模块35分别通过总线与所述的控制指令模块34连接，所述的电力线通信模块31通过电力线与所述集中器2连接，所述的充电模块33能过电力线与电动车4连接。
如附图3所示，是本发明所述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置的配电集中器原理方框图，包括配电器模块21、电力线通信模块22、监控器模块23、无线模块24和断路器模块25；所述的配电器模块21的输入端与所述变压器1连接，输出端通过所述电力线通信模块22与所述断路器模块25连接，断路器模块25与所述充电桩3连接，所述的监控器模块23与所述电力线通信模块22连接，电力线通信模块22通过所述无线模块24与后台系统无线连接。
变压器1为配电集中器2和充电桩3提供高达60千瓦的大功率电力，配电集中器2与8个充电桩3连接；每个充电桩3最大支持10千瓦的充电功率。当8个充电桩3同时分别给电动车4充电时，配电集中器2将控制各个充电桩3的充电速率，使每个充电桩3的充电功率不大于7.5千瓦，以保证配电集中器的总功率不超出60千瓦的额度。
电动车4与充电桩3连接需要充电时，车主先进行刷卡操作，显示屏读卡模块35读取卡信息并传送到控制指令模块34，控制指令模块34通过电力线通信模块31把数据转化成电力线上载波数据传输至配电器集中器2；配电集中器2通过电力线通信模块22接收电力线上载波数据并传送给配电器模块21，配电器模块21给该充电桩3分配电力，并通过电力线通信模块22控制充电启动；充电桩3通过电力线通信模块31接收充电启动指令并传送至控制指令模块34，由控制指令模块34控制充电模块33工作，给电动车4充电；在充电的过程中，配电集中器2的断路器模块25对电池性能进行智能化分析，若出现过压、过流、短路或高温等情况时及时断电；充电桩3的计量表模块32监测充电量，当电池充满时，显示充电费用并 向控制指令模块34发送充电完成指示信号，由控制指令模块34控制充电模块33停止充电，并向配电集中器2发送车辆及充电信息；相关信息由配电集中器2的监控器模块23进行实时监控，并通过电力线通信模块22传送给无线模块24，无线模块24通过GPRS或3G与后台系统进行无线连接，实现后台系统的远程控制。
如附图4、图5所示，是本发明所述的一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法发送端及接收端流程图，在发送端对数据加扰编码后调制到子信道上，经过数模转换传输到电力线上发送；在接收端对模拟信号经过模数转换后的数字信号进行解调解码，得到数据。具体控制步骤如下：
在发送端，步骤100，数据采集：将充电桩采集的数据转变成适合电力线传输的数据格式，由于电力线是共享媒体，各充电桩3需遵循CSMA/CD时间竞争机制有序等待自己的发送时隙，避免同时发送碰撞。
步骤101，扰码：将数据用伪随机码扰乱成任意数据，避免长串的0或1。此方法可以降低反向傅里叶变换所生成的功率峰值，使模拟前端的放大器工作在最佳线性范围内。
步骤102，纠错编码：该步骤采用前向纠错卷积码，在原始数据中加入冗余码。卷积码的编码速率为1/2，约束长度为7。输出的冗余码由输入原码和6位移位寄存器的卷积产生。
步骤103，交织器：将纠错编码输出的信号排成行列方块。每一行代表一个OFDM符号，每一列代表一个子载波。读入的数据从左到右逐行写入，读出时按照交织规律输出完成。
步骤104，调制编码：根据每一个载波上的比特调制表，将数据分成比特组。如DBPSK调制对应1个比特位一组，DQPSK调制对应2个比特位一组，D8PSK对应3个比特位一组。然后将每一组数据映射到I和Q向量空间。最后将相隔一个OFDM符号间距的对应子载波调制进行差分编码。
步骤105，反向傅立叶变换：傅立叶变换的点数通常是2的倍数。其算法是将数据拆分为众多级数的蝴蝶单元的组合。一级级循环计算蝴蝶单元，最后再进行比特反转。
步骤106，循环前缀：为避免码间干扰，反向傅立叶变换输出后的符号码间必需相隔一段保护空间。保护空间取自符号码的结尾部分，并对符号码间经过平滑视窗处理将信号频带外的频率滤除。
步骤107，模拟前端：数据进行2倍频插值处理后，经数模转换再经过低通滤波器滤除带外映射频率，最后传给功率放大器放大信号幅度，然后用耦合器送至电力线上。
在接收端，步骤200，模拟前端：将电力线上收到的信道滤波出来，然后经增益放大器送至模数转换器转化成数字信号。增益放大器的增益值由数字电路AGC来控制，可以把信号放大到模数转换器的最佳工作范围。
步骤201，码元同步：将前后相邻的前导符号做相关运算，找出最大峰值，还原数据包的起始点。同时，相关运算的结果还可以测出信号的强弱作为AGC控制模拟前端的放大器增益。
步骤202，傅立叶变换：将数据作快速傅立叶变换成频域信号。
步骤203，信道估计：根据前导符估计信道对信号的幅度和相位影响。由于采用了MPSK调制，只需考虑相位的影响。另外由于是差分调制，信道对前后符号帧的影响几乎是相同的。因此信道估计只是用作第一个符号帧的解调参考符号。
步骤204，调制解调：将信道估计后的数据做差分解调还原比特数据位。子载波上的比特调制位数可由首部中的比特调制表得出。解调后的比特用4位的软比特表示。
步骤205，解交织码：解交织码与交织编码过程相反，但存储空间多了3倍，因原来的1个比特现在变为4比特。
步骤206，纠错解码：卷积码的解码采用Viterbi解码法。算法规定t时刻收到的数据都要进行64次比较，就是64个状态每条路有两条分支(因为输入0或1)，同时，跳传到不同的两个状态中去，将两条相应的输出和实际接收到的输出比较，量度值大的抛弃，留下来的就叫做幸存路径，将幸存路径加上上一时刻幸存路径的量度然后保存，这样64条幸存路 径就增加了一步。在译码结束的时候，从64条幸存路径中选出一条量度最小的，反推出这条幸存路径(叫做回溯)，得出相应的译码输出。
步骤207，解扰码：按照扰码的反过程进行解扰码。
步骤208，数据处理：将最后的数据传给控制器作进一步的处理。
显然上述实施例不是对本发明的限制，上述的一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置还可以有其他许多变化。虽然已经结合上述例子详细讨论了本发明，但应该理解到：业内专业人士可以显而易见地想到的一些雷同，代替方案，均落入本发明权利要求所限定的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置，其特征在于，包括变压器(1)、配电集中器(2)和充电桩(3)；所述的变压器(1)与所述的配电集中器(2)连接，配电集中器(2)通过电力线与所述的充电桩(3)连接，充电桩(3)通过电力线与电动车连接。
2.根据权利要求1所述的利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置，其特征在于，所述的充电桩(3)包括电力线通信模块(31)、计量表模块(32)、充电模块(33)、控制指令模块(34)和显示屏读卡模块(35)；所述的电力线通信模块(31)、计量表模块(32)、充电模块(33)和显示屏读卡模块(35)分别通过总线与所述的控制指令模块(34)连接，所述的电力线通信模块(31)通过电力线与所述配电集中器(2)连接，所述的充电模块(33)能通过电力线与电动汽车连接。
3.根据权利要求1所述的利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置，其特征在于，所述的配电集中器(2)包括配电器模块(21)、电力线通信模块(22)、监控器模块(23)、无线模块(24)和断路器模块(25)；所述的配电器模块(21)的输入端与所述变压器(1)连接，输出端通过所述电力线通信模块(22)与所述断路器模块(25)连接，断路器模块(25)与所述充电桩(3)连接，所述的监控器模块(23)与所述电力线通信模块(22)连接，电力线通信模块(22)通过所述无线模块(24)与后台系统无线连接。
4.一种电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，采用OFDM技术将信道从频域上划分为多个正交子信道，再把数据调制到子信道上进行传输，包括以下步骤：
在发送端对数据加扰编码后调制到子信道上，经过数模转换传输到电力线上发送；在接收端对模拟信号经过模数转换后的数字信号进行解调解码，得到数据。
5.根据权利要求4所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，所述的对数据加扰编码后调制到子信道上的步骤包括：将发送端的数据转变成适合电力线传输的数据格式，然后用伪随机码扰乱成任意数据后，采用前向纠错卷积码在任意数据中加入冗余码，再经过交织器将邻近的数据散开排列成行列方块，每一列代表一个子载波；最后根据每一个子载波上的比特调制表将数据分成比特组，再将相隔一行的子载波调制进行差分编码。
6.根据权利要求5所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，进一步包括：将调制编码后的数据经过反向傅立叶变换后插入循环前缀；所述的循环前缀通过在符号码间插入足够长的符号码结尾部分作为保护间隔，来消除码间干扰。
7.根据权利要求6所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，所述的数模转换的步骤包括：将数据进行2倍频插值处理后进行数模转换，再经过低通滤波和功率放大，最后耦合到电力线上传输。
8.根据权利要求4或7所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，所述的模数转换的步骤包括：在接收端将电力线上收到的信道滤波出来后，经过增益放大到最佳值，再进行模数转换得到数字信号。
9.根据权利要求4所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，进一步包括：将数字信号进行码元同步，通过计算前后相邻的前导符号还原数据起始点，然后做快速傅立叶变换成频域信号，再进行信道估计，得出第一个符号帧的解调参考符号。
10.根据权利要求4所述的电动汽车自动充电的电力线载波通信的控制方法，其特征在于，所述的解调解码的步骤包括：将信号估计后的数据做养分解调还原子载波上的比特数据位，再进行解交织码将子载波上的数据集中回连续载波信道上，然后经过纠错解码去除冗余码后，进行解扰码处理最后得到原始数据。
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