CN102215261B - 电动汽车智能互动充电网络集群系统 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车智能互动充电网络集群系统，包括多个电动汽车充电桩节点(11，…，1N)、多台电动汽车(21，…，2N)、电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)、电网控制管理系统(30)、用户信息服务系统(31)。电动汽车充电桩节点(1N)与电动汽车(2N)连接，对电动汽车动力电池进行充电。电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)及电动汽车充电桩节点(11…1N)以无线Zigbee通讯方式实现连接组网。电网控制管理系统(30)与电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)以Internet有线或GPRS、CDMA、WIFI无线通讯方式实现连接。用户信息管理系统(31)与电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)以GPRS、CDMA、WIFI实现无线连接。

Description

电动汽车智能互动充电网络集群系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车智能互动充电网络集群系统。

背景技术

随着经济发展与能源供给、环境污染之间的矛盾日益激化，节能降耗和减少对化石燃料的依赖已成为世界各国经济持续发展迫切需要解决的问题。电动汽车具有节油、环保、高效率的优点，世界各国科学家和工业界普遍认为电动汽车是二十一世纪重要的清洁交通工具。电动汽车充电站与充电网络是电动汽车规模化和产业化发展的重要基础设施。

从现有的电动汽车充电设施来看，大部分功能都较为简单，即只能手控充电、无法向电网反馈车辆用电信息、不能由控制中心远程控制、无法根据电网运行情况和市场价格变化自动充电、不能作为储能设备向电网放电、不能组网等。一方面，由于充电设施功能与技术上的不足，在电动汽车规模化市场运行情况下，大规模的电动汽车很容易造成无序充电，并对电网安全稳定运行带来负面影响；另一方面，制约了电动汽车作为电网潜在移动式储能设备功能的发挥，制约了电动汽车与电网智能互动技术的发展。在当前大力推进电动汽车规模化发展与市场化运营的情况下，非常有必要加大智能化双向互动和有序协调控制的电动汽车充电网络的建设，以保证规模化电动汽车接入电网充放电时电力系统的安全稳定运行，提高规模化电动汽车与电网互动运营的运营质量与整体运行效率。

发明专利201010171450.9公开了一种电动汽车交流电源充电桩，包括控制系统、交流电源、漏电流传感器、电表、液晶显示屏、数据传输模块和存储器。发明专利201010167280.7公开了一种无人值守智能电动汽车充电桩，由充电模块、自动计量计费模块、数据采集及中心保护控制模块以及通信模块四部分组成。以上发明及其他类似发明仅提供单台电动汽车的充电接口及进行计量计费管理，并不能解决多辆车的充电组织与管理问题，以满足多台电动汽车同时充电的需求；也不能实现与电网的信息互动，接受电网的调度与管理。发明专利201010617141.X公开了一种电动汽车的波谷充电桩，充电桩本体内设置有时间继电器，以控制交流电源输出接口的通断，实现波谷时充电，减少对电网的冲击影响。但该发明只能定时充电，不能实现与电网的实时互动，根据电网的实时运行情况，接受电网的控制与管理；也不能实现远程控制。发明专利201010508215.6公开了一种分布式充电桩监控系统及监控方法，采用分级多层的监控管理系统，实现数据采集与计费信息管理，以减轻监控中心的管理数据负担。但该发明多个充电桩之间没有直接联系，需要多个分区监控中心，并不能实现多台充电桩系统自动组织为区域网络、以自动控制调节并平衡区域内多个电动汽车的充电过程；也不能与电网进行实时双向信息互动、同时实现充电信息采集与充电过程控制管理；不能根据电网的实际运行情况和价格变化、灵活地控制充电桩的接通与关断动作，主动适应电网的调度与管理。同时，现有技术也不具备为电动汽车用户提供充电场所信息与其他增值信息服务的功能。

发明内容

本发明的目的在于针对规模化电动汽车接入电网充电，克服现有技术不能有效组成自组织网络、不能与电网双向互动、不能远程控制、不能提供用户信息服务的缺点，提出一种能自组网、可以与电网互动、能远程控制、能提供用户信息服务的电动汽车充电网络集群系统。

为实现上述目的，本发明的电动汽车智能互动充电网络集群系统采用以下设计方案：

本发明由多个电动汽车充电桩节点、多台电动汽车、电动汽车充电桩集群中央控制节点、电网控制管理系统、用户信息服务系统组成。多个电动汽车充电桩节点以及充电桩集群中央控制节点通过无线Zigbee通讯互联组成自组织网络。电动汽车充电桩集群中央控制节点通过有线或无线通讯方式与电网控制管理系统互联、进行信息交互。电动汽车充电桩集群中央控制节点通过无线通讯方式与用户信息服务系统互联、进行信息交互。

所述的电动汽车是以下采用电网补充电能供应的多种形式电动汽车中任一种：纯电动汽车、插电式混合动力车、增程式电动汽车等；电动汽车的动力电池是下面任一种：锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、金属-空气电池、钠硫电池、液硫电池以及其他类型的电化学电池。

所述的电动汽车充电桩节点包括微处理器、计量电表、读卡器、液晶屏或触摸屏、键盘、CAN通讯模块、继电器控制模块、充电电路、以及Zigbee通讯模块。所述计量电表通过RS485通讯方式与微处理器相连，所述读卡器通过串口通讯方式与微处理器相连，所述液晶屏或触摸屏通过系统总线或串口通讯方式与微处理器相连，所述键盘通过I²C通讯接口与微处理器相连，所述CAN通讯模块通过SPI通讯接口与微处理器相连，所述继电器控制模块通过IO口与微处理器相连、继电器控制充电电路的接通与断开，所述Zigbee通讯模块通过串口通讯方式与微处理器相连。所述微处理器可以是单片机、DSP、ARM、PLC、工控机等器件或系统，用来作为所述电动汽车充电桩节点的信息处理与控制单元。所述计量电表为单相或三相、交流或直流电表。该计量电表通过RS485通讯模块与微处理器进行信息交互，并将充电电压、电流、功率等电能信息传送给微处理进行分析处理。所述读卡器能够读取以下任一种卡的信息，包括RFID卡、IC卡、智能卡、红外读写卡以及其他可以用于金融交易或存储信息的卡，并将其信息传送给微处理器进行数据处理，处理完成的信息通过读卡器写入卡的存储单元，以记录充放电电量与交易信息。所述液晶屏或触摸屏进行充电过程与交易信息的监测和显示。所述键盘或触摸屏将用户信息和参数输送给微处理器，用于用户信息与功能模式选择的输入。所述CAN通讯模块用于微处理器与电动汽车电池管理系统BMS的信息传输，微处理器与BMS之间按照双方约定的CAN协议进行数据传送与交换，电池管理系统包括各种车用动力电池配套的管理系统。所述继电器控制模块接收微处理器的控制指令，通过对接触器的控制实现充电电路的接通和关断，进行电动汽车充电的启动和停止。所述充电电路为交流充电电路或直流充电电路；所述的交流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、输出充电插座，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接；所述的直流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块与DC-DC充电模块，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块、DC-DC充电模块与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接。所述Zigbee通讯模块采用无线通讯的方式，使得一个电动汽车充电桩节点与布置在该区域的其他电动汽车充电桩节点进行通讯交互、自动组成局域网络。

所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点除了包括电动汽车充电桩节点的相同组成微处理器、计量电表、读卡器、液晶屏或触摸屏、键盘、CAN通讯模块、继电器控制模块、充电电路、Zigbee通讯模块之外，还包括与电网控制管理系统进行信息交互的电网通讯模块，以及与用户信息服务系统进行信息交互的用户通讯模块。所述计量电表通过RS485通讯方式与微处理器相连，所述读卡器通过串口通讯方式与微处理器相连，所述液晶屏或触摸屏通过系统总线或串口通讯方式与微处理器相连，所述键盘通过I²C通讯接口与微处理器相连，所述CAN通讯模块通过SPI通讯接口与微处理器相连，所述电网通讯模块通过串口通讯方式与微处理器相连、通过有线或无线通讯方式与电网控制管理系统互联，所述用户通讯模块通过串口通讯方式与微处理器相连、通过有线或无线通讯方式与用户信息服务系统互联，所述继电器控制模块通过IO口与微处理器相连，继电器控制充电电路的接通与断开，所述Zigbee通讯模块通过串口通讯方式与微处理器相连。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点通过Zigbee通讯模块以无线的方式与区域内的电动汽车充电桩节点进行信息交互、自动组成局域网络，获取区域内各个电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况，并可以实时控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点可以是一个普通的电动汽车充电桩节点，同时兼具局域网络中央控制节点的功能；减少每个电动汽车充电桩节点对电网通讯模块与用户通讯模块的需求，大大降低整个电动汽车充电网络系统的成本。

所述的电网控制管理系统用于监控电动汽车充电网络的正常运行、进行收费管理、在必要的时候根据电网的运行情况与实际需要调节电动汽车充电网络的运行状态。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点通过电网通讯模块、以Internet有线或以GPRS、CDMA、WIFI无线的方式与电网控制管理系统互联、进行信息交互，将区域内所有电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况发送给电网控制管理系统，以进行电网运营收费管理；同时还可以接收电网控制管理系统的控制指令，控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程，实现有序充电，以及调整充电费率、进行校时、实现需求侧负荷管理。

所述的用户信息服务系统安装在电动汽车或用户装置上，用于探测附近区域电动汽车充电桩节点的位置和充电状态、以提供用户有效的充电场所信息。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点通过用户通讯模块、以GPRS、CDMA、WIFI的无线通讯方式与用户信息服务系统互联、进行信息交互，将区域内所有电动汽车充电桩节点的位置和使用情况发送给用户信息服务系统，为电动汽车用户选择充电场所提供信息服务；同时还可以为用户提供相关的地图信息与其他增值信息服务。

附图说明

图1本发明的电动汽车智能互动充电网络集群系统结构图；

图2本发明的电动汽车充电桩节点组成结构图；

图3本发明的电动汽车充电桩集群中央控制节点组成结构图。

具体实施方式

图1为电动汽车智能互动充电网络集群系统结构图。如图1所示，由若干个电动汽车充电桩节点11…1N、若干台电动汽车21…2N、电动汽车充电桩集群中央控制节点10、电网控制管理系统30、用户信息服务系统31组成，其中N是从1到1000之间的任意整数。所述的电动汽车充电桩节点1N与电动汽车2N连接，对电动汽车动力电池进行充电。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点10、电动汽车充电桩节点11、12…到1N通过无线Zigbee通讯实现连接组网。所述的电网控制管理系统30与电动汽车充电桩集群中央控制节点10以Internet有线或以GPRS、CDMA、WIFI无线的通讯方式实现连接。所述的用户信息管理系统31与电动汽车充电桩集群中央控制节点10以GPRS、CDMA、WIFI实现无线连接。

图2为电动汽车充电桩节点组成结构图。如图2所示，所述的电动汽车充电桩节点包括第一微处理器111、第一计量电表112、第一读卡器113、第一液晶屏或触摸屏114、第一键盘115、第一CAN通讯模块119、第一继电器控制模块116、第一充电电路117、以及第一Zigbee通讯模块118。所述第一计量电表112通过RS485通讯方式与第一微处理器111相连，所述第一读卡器113通过串口通讯方式与第一微处理器111相连，所述第一液晶屏或触摸屏114通过系统总线或串口通讯方式与第一微处理器111相连，所述第一键盘115通过I²C通讯接口与第一微处理器111相连，所述第一CAN通讯模块119通过SPI通讯接口与第一微处理器111相连，所述第一继电器控制模块116通过IO口与第一微处理器111相连，第一继电器控制充电电路117的接通与断开，所述第一Zigbee通讯模块118通过串口通讯方式与第一微处理器111相连。所述第一微处理器111可以是单片机、DSP、ARM、PLC、工控机等器件或系统，用来作为所示电动汽车充电桩节点的信息处理与控制单元。所述第一计量电表112为单相或三相、交流或直流电表。该计量电表通过RS485通讯模块与微处理器进行信息交互，并将充电电压、电流、功率等电能信息传送给微处理进行分析处理。所述第一读卡器113能够读取以下任一种卡的信息，包括RFID卡、IC卡、智能卡、红外读写卡以及其他可以用于金融交易或存储信息的卡，并将其信息传送给微处理器进行数据处理，处理完成的信息通过读卡器写入卡的存储单元，以记录充放电电量与交易信息。所述第一液晶屏或触摸屏114进行充电过程与交易信息的监测和显示。所述第一键盘115将用户信息和参数输送给微处理器，用于用户信息与功能模式选择的输入。所述第一CAN通讯模块119用于微处理器与电动汽车电池管理系统221(BMS)的信息传输，微处理器与BMS之间按照双方约定的CAN协议进行数据传送与交换，电池管理系统包括各种车用动力电池配套的管理系统。所述第一继电器控制模块116接收微处理器的控制指令，去控制充电电路的接通和关断，实现电动汽车充电的启动和停止。所述第一充电电路117为交流充电电路或直流充电电路；所述的交流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、输出充电插座，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接；所述的直流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块与DC-DC充电模块，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块、DC-DC充电模块与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接。所述第一Zigbee通讯模块118采用无线通讯的方式，使得一个电动汽车充电桩节点与布置在该区域的其他电动汽车充电桩节点进行通讯交互、自动组成局域网络。

图3为电动汽车充电桩集群中央控制节点组成结构图。如图3所示，除了包括所述电动汽车充电桩节点的组成单元：微处理器、计量电表、读卡器、液晶屏或触摸屏、键盘、CAN通讯模块、继电器控制模块、充电电路、以及Zigbee通讯模块外，还包括与电网控制管理系统30进行信息交互的电网通讯模块120，以及用户信息服务系统31进行信息交互的用户通讯模块121。所述第二计量电表102通过RS485通讯方式与第二微处理器101相连，所述第二读卡器103通过串口通讯方式与第二微处理器101相连，所述第二液晶屏或触摸屏104通过系统总线或串口通讯方式与第二微处理器101相连，所述第二键盘105通过I²C通讯接口与第二微处理器101相连，所述第二CAN通讯模块109通过SPI通讯接口与第二微处理器101相连，所述电网通讯模块120通过串口通讯方式与第二微处理器101相连，并通过有线或无线通讯方式与电网控制管理系统30互联，所述用户通讯模块121通过串口通讯方式与第二微处理器101相连，并通过无线通讯方式与用户信息服务系统31互联，所述第二继电器控制模块106通过IO口与第二微处理器101相连，继电器控制第二充电电路107的接通与断开，所述第二Zigbee通讯模块108通过串口通讯方式与微处理器相连。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点通过第二Zigbee通讯模块108、以无线的方式与区域内的电动汽车充电桩节点进行信息交互、自动组成局域网络，获取区域内各个电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况，并可以实时控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点可以是一个普通的电动汽车充电桩节点，同时兼具局域网络中央控制节点的功能，大大降低整个电动汽车充电网络系统的成本。

所述的电网控制管理系统30用于监控电动汽车充电网络的正常运行、进行收费管理、在必要的时候根据电网的运行情况与实际需要调节电动汽车充电网络的运行状态。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点10通过电网通讯模块120以有线Internet或无线GPRS、CDMA、WIFI的方式与电网控制管理系统30互联、进行信息交互，将区域内所有电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况发送给电网控制管理系统，以进行电网运营收费管理；同时还可以接收电网控制管理系统的控制指令，控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程实现有序充电，以及调整充电费率、进行校时、实现需求侧负荷管理。

所述的用户信息服务系统31安装在电动汽车或用户装置上，用于探测附近区域电动汽车充电桩节点的位置和充电状态、以提供用户有效的充电场所信息。所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点10通过用户通讯模块121、以GPRS、CDMA、WIFI无线通讯方式与用户信息服务系统31互联、进行信息交互，将区域内所有电动汽车充电桩节点的位置和使用情况发送给用户信息服务系统，为用户选择充电场所提供信息服务；同时还可以为用户提供相关的地图信息与其他增值信息服务。

Claims (7)

1.一种电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于,所述的充电网络集群系统包括多个电动汽车充电桩节点(11，…，1N)、多台电动汽车(21，…，2N)、电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)、电网控制管理系统(30)和用户信息服务系统(31)，其中N是从1到1000之间的任意整数；

所述的电动汽车充电桩节点(11，…，1N)和电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)通过无线Zigbee通讯模块(118)互联，所述无线Zigbee通讯模块还使得一个电动汽车充电桩节点与布置在该电动汽车充电桩节点所在区域的其他电动汽车充电桩节点进行通讯交互，从而组成自组织局域网络；所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点是一个普通的电动汽车充电桩节点，同时兼具自组织局域网络中央控制节点的功能；

电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)通过电网通讯模块(120)以有线通讯方式或无线通讯方式与电网控制管理系统(30)互联，进行信息交互；

电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)通过无线通讯方式与用户信息服务系统(31)互联，进行信息交互；

所述电动汽车智能互动充电网络集群系统能够自组网，能够与电网互动，能够远程控制，能够提供用户信息服务；

所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)与电动汽车充电桩节点(11，…，1N)组成自组织局域网络，获取区域内各个电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况，并实时控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程；

所述中央控制节点(10)将区域内所有电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况发送给电网控制管理系统(30)，以进行电网运营收费管理，同时还可以接收电网控制管理系统的控制指令，控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程，实现有序充电，以及调整充电费率、进行校时、实现需求侧负荷管理；

所述电动汽车充电桩集群中央控制节点(10)将区域内所有电动汽车充电桩节点的位置和使用情况发送给用户信息服务系统(31)，为用户选择充电场所提供信息服务，同时还可以为用户提供相关的地图信息与其他增值信息服务。

2.如权利要求1所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述的电动汽车充电桩节点包括第一微处理器(111)、第一计量电表(112)、第一读卡器(113)、第一液晶屏或触摸屏(114)、第一键盘(115)、第一CAN通讯模块(119)、第一继电器控制模块(116)、第一充电电路(117)、以及第一Zigbee通讯模块(118)；所述第一计量电表(112)通过RS485通讯方式与第一微处理器(111)相连，所述第一读卡器(113)通过串口通讯方式与第一微处理器(111)相连，所述第一液晶屏或触摸屏(114)通过系统总线或串口通讯方式与第一微处理器(111)相连，所述第一键盘(115)通过I2C通讯接口与第一微处理器(111)相连，所述第一CAN通讯模块(119)通过SPI通讯接口与第一微处理器(111)相连，所述继电器控制模块(116)通过IO口与微处理器(111)相连，继电器控制第一充电电路(117)的接通与断开，实现电动汽车充电的启动和停止，所述第一Zigbee通讯模块(118)通过串口通讯方式与第一微处理器(111)相连。

3.如权利要求1所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点包括第二微处理器(101)、第二计量电表(102)、第二读卡器(103)、第二液晶屏或触摸屏(104)、第二键盘(105)、第二CAN通讯模块(109)、第二继电器控制模块(106)、第二充电电路(107)、第二Zigbee通讯模块(108)，以及电网通讯模块(120)、用户通讯模块(121)；电网通讯模块(120)与电网控制管理系统(30)进行信息交互，用户通讯模块(121)与用户信息服务系统(31)进行信息交互；所述第二计量电表(102)通过RS485通讯方式与第二微处理器(101)相连，所述第二读卡器(103)通过串口通讯方式与第二微处理器(101)相连，所述第二液晶屏或触摸屏(104)通过系统总线或串口通讯方式与第二微处理器(101)相连，所述第二键盘(105)通过I2C通讯接口与第二微处理器(101)相连，所述第二CAN通讯模块(109)通过SPI通讯接口与第二微处理器(101)相连，所述电网通讯模块(120)通过串口通讯方式与第二微处理器(101)相连，电网通讯模块(120)并通过有线或无线通讯方式与电网控制管理系统(30)互联，所述用户通讯模块(121)通过串口通讯方式与第二微处理器(101)相连，用户通讯模块(121)并通过无线通讯方式与用户信息服务系统(31)互联，所述第二继电器控制模块(106)通过IO口与第二微处理器(101)相连，第二继电器控制充电电路(107)的接通与断开，实现电动汽车充电的启动和停止，所述第二Zigbee通讯模块(108)通过串口通讯方式与第二微处理器(101)相连；所述的电动汽车充电桩集群中央控制节点通过第二Zigbee通讯模块(108)，以无线的方式与区域内的电动汽车充电桩节点进行信息交互、自动组成自组织局域网络，获取区域内各个电动汽车充电桩节点的充电信息和使用情况，并实时控制各个电动汽车充电桩节点的充电过程。

4.如权利要求2或3所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述第一计量电表(112)和第二计量电表(102)通过RS485通讯模块与相应的微处理器进行信息交互，并将充电电压、电流、功率等电能信息传送给所述微处理进行分析处理。

5.如权利要求2或3所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述第一读卡器(113)和第二读卡器(103)读取RFID卡、IC卡、智能卡、红外读写卡以及其他可以用于金融交易或存储信息的卡的信息，并将所述的信息传送给微处理器进行数据处理，处理完成的信息通过读卡器写入卡的存储单元，以记录充放电电量与交易信息。

6.如权利要求2或3所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述的第一充电电路(117)和第二充电电路(107)为交流充电电路；所述的交流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、输出充电插座，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接。

7.如权利要求2或3所述的电动汽车智能互动充电网络集群系统，其特征在于，所述的第一充电电路(117)和第二充电电路(107)为直流充电电路；所述的直流充电电路包括电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块与DC-DC充电模块，所述电源输入端子、避雷器、断路器、漏电保护器、接触器、整流模块、DC-DC充电模块与输出充电插座按先后顺序依次首尾连接。