CN102570549B - 基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，包括车辆取电器、栏杆式供电桩和基于物联网的自动充电控制系统，可以实现电动汽车路边充电的完全自动化；既能提供方便又稳定可靠而且维护简单，是实现电动汽车路边便捷充电的最佳解决方案，本发明的电动汽车的取电充电模式，可以实现电动汽车在路边的便捷充电，可以把所有的露天停车场、辅道、车库都变成了电动汽车的充电场所，让电动汽车将不再局限于只能在专业充电站才能充电，而且符合广大车主的用车习惯，具有很强的生命力和实用性，具有广阔的发展前景。

Description

基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车路边自动充电系统，特别涉及一种基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统。

背景技术

随着新能源的日益普及传统能源的弊端日益凸显，以新能源代替传统的汽车燃料也越来越迫切。电动汽车是新能源的一种产物。随着电动汽车的产生，如何为电动汽车更方便快捷地补充电量为业界研究的新课题。

根据汽车业“十二五”规划，未来五年，中国汽车业将大力提倡发展包括新能源汽车在内的节能汽车。纯电动汽车受到前所未有的重视。但是电动汽车的便捷充电问题一直是个困扰电动汽车发展的瓶颈。

目前电动汽车的使用中存在着一些问题，如：传统的充电装置（充电站与充电柱）车主难以查找、车辆不便停靠与使用、快充方式缩短电池寿命，等等。这些问题已经严重制约了电动汽车的普及和推广。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于物联网，符合广大车主的用车习惯，具有很强的生命力和实用性，提供方便又稳定可靠而且维护简单，实现电动汽车路边便捷充电的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，包括设置在车上用于取电的车辆取电装置、为车辆取电装置提供供电电压的栏杆式供电桩和用于控制充电过程基于物联网的自动充电控制系统。本充电控制系统主要分为三部分，一是设置在路边或由传统停车场改造而成的栏杆式供电桩，所述供电桩主要用于为电动汽车提供充电电压，栏杆式供电桩分布在城市的各个地方，各栏杆式供电桩之间相互通信形成便于管理及控制的供电网；二是设置在电动汽车或由传统汽车改造而成的车辆上的车辆取电装置，该装置与电动汽车内的电池或充电电机相连，使用时车辆停泊在栏杆式供电桩附近与栏杆式供电桩连接获取充电电流；三是设置在栏杆式供电桩上或设置在栏杆式供电桩附近基于物联网的自动充电控制系统，该系统主要用于对栏杆式供电桩的供电进行控制，并与车辆取电装置进行通信，从而对车辆取电装置、栏杆式供电桩的控制，实现获取车辆信息、充电扣费、流量汇报、充电信息记录等功能，该系统也可对多个栏杆式供电桩乃至由栏杆式供电桩组成的供电网进行统一的控制，十分方便地管理、控制电动汽车的充电方式，解决了传统充电装置不便捷、管理不统一、不规范的问题。 

所述车辆取电装置包括设置在车上的取电器、车载充电电机、车载充电接口、车载控制模块和车载通信接口；所述取电器用于接收来自栏杆式供电桩的充电电流，取电器获取电流后，送入车载充电电机，车载充电电机产生充电的直流电从车载充电接口处输出，车载控制模块与取电器相连用于控制取电器，和车载充电电机相连用于控制车载充电，车载控制模块与车载通信接口相连，通过车载通信接口向自动充电控制系统发送或接收充电信号。设置在车上的取电器用于与栏杆式供电桩连接获取充电电压，作为基于物联网的自动充电控制系统的一部分，车辆取电装置需要车载控制模块对车辆取电装置的各部分进行控制，当汽车停靠在栏杆式供电桩旁需要充电时，需通过车载通信接口发送车辆的信息至自动充电控制系统，如车辆ID信息，GSM号码，充电时长，电池余量及相关控制信息；车载通信接口也接收来自自动充电控制系统的控制信息，如电费余额信息，充电控制信息等。车辆取电装置同时通过车载控制模块控制车载充电电机和取电器，该设计让汽车能自动完成与控制系统的握手通信、控制取电器进行充电、扣费及汇报充电信息；当车辆取电装置与栏杆式供电桩之间的握手通信完成后，车载控制模块才能对汽车实行充电，从而实现汽车的自动充电，采用取电器取电比传统的插电充电模式更可靠。充电设施不容易遭到人为破坏，栏杆式供电桩的交流电供电极板离地2.5-3.5米，不会对地面交通造成妨碍。充电停车场和传统的停车场，也可以兼容，也不会妨碍到地面交通。

所述栏杆式供电桩包括供电桩支柱和设置在供电桩支柱上的供电装置和供电接口，所述供电装置与取电器相匹配用于为车辆取电装置提供充电电压，供电装置与供电接口相连，通过供电接口接收外接的交流电流；供电装置用于与设置在车上的取电器进行匹配连接，让电动汽车能方便地进行充电，其中供电装置与供电接口相连，供电接口为供电装置提供适合汽车充电的电压，供电接口外接交流电压进行供电，其中供电接口受到自动充电控制系统的控制，因此自动充电控制系统能对栏杆式供电桩的供电情况进行控制，从而实现对车辆的充电进行控制。

所述基于物联网的自动充电控制系统包括充电控制模块、车辆通信模块、交互通信模块、物联网通信接口和充电管理中心；充电控制模块与供电接口相连控制栏杆式供电桩的供电，充电控制模块通过车辆通信模块接收来自车辆的信号或向车辆发送指示或控制信号，充电控制模块通过物联网通信接口接入到互联网中，通过互联网与负责处理充数据的充电管理中心通信，充电控制模块与交互通信模块相连，通过交互通信模块与其它栏杆式供电桩相连。当车辆靠近到路边的栏杆式供电桩时，通过设置在车辆上的车载通信接口向自动充电控制系统的车辆通信模块发送报道请求，并发出充电的请求和充电时长请求。设置在栏杆式供电桩上自动充电控制箱内的自动充电控制系统内充电控制模块接收到请求后，与车辆取电装置进行握手连接，得到用户车辆信息（车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费），充电控制模块通过对供电接口进行控制，让供电接口对供电装置进行供电，为用户的车辆提供交流电，位于车辆上的取电器在车载控制模块控制下与供电装置进行连接获取充电电流，自动充电控制系统可根据不同的实际需要对充电车辆采用不同的控制方式，车辆在充电的过程中，通过车载通信接口向车辆通信模块汇报充电的信息，当车辆充电完毕后，向车辆通信模块发送扣费信息，该扣费信息通过设置在该栏杆式供电桩上的物联网通信接口连接到互联网，通过互联网向充电管理中心发送充电的数据并进行扣费、数据记录等操作，其中不同的栏杆式供电桩可通过交互通信模块将数据汇集一起再通过物联网通信接口、互联网向充电管理中心发送数据,该设计可对数据进行统一的集中处理，不仅其可靠性更高、而且能节省传输数据的成本。

进一步，所述充电管理中心通过互联网与充电控制模块进行通信，从而监控栏杆式供电桩的运行情况，并对栏杆式供电桩进行运行监控，该设置可保证栏杆式供电桩的有效运行。

进一步，栏杆式供电桩上的供电装置包括设置在供电桩支柱上的交流电供电极板，车辆取电装置上的取电器包括与交流电供电极板相接的取电器电极。所述取电器包括设置在电动汽车的车顶上取电器电极及控制取电器电极升降的升降机构，取电器电极与升降机构为与车体分离独立的组件，可方便安装在电动汽车上或对传统汽车进行改装，平时不用的时候，取电器电极及升降机构打横放置在取电器放置槽中；车辆需要充电的时候，通过升降机构升高至与供电桩相同的高度，通过伸缩机构向栏杆式供电桩方向伸出取电器电极，从而在路边供电桩的交流电供电极板处获得充电电压，所述交流电供电极板沿车辆行走方向设置，该设计不会对车辆的行走造成影响，而且整体的设计更为美观。

进一步，栏杆式供电桩上的供电装置包括用于手动充电的充电插电座，车辆取电装置上的取电器包括与充电插电座相对应的插电电极。当取电器发生故障时，用户可将绕在电缆箱的电缆取下，将电缆上的插电电极插到栏杆式供电桩上的充电插电座里进行充电，该设置可避免因为取电器的损坏而不能充电，该设置提高了本系统的可靠性，也适合车辆上没有安装取电器的用户使用，满足了不同的需求。

进一步，所述供电接口包括一交流电变压器和供电开关，所述交流电变压器分别与供电开关和外接交流电相连，供电开关与供电装置相连提供充电电压，充电控制模块与供电开关相连控制供电装置的供电。交流电变压器可将外接的交流电电压变压成合适的充电电压供供电装置所使用。

进一步，所述车辆取电装置还包括充电流量检测模块，所述充电流量检测模块检测充电电机的充电流量，并通过车载通信接口发送充电流量信息。充电流量检测模块用于检测车辆的充电流量，在车辆充电时，可即时将充电的流量汇报至自动充电控制系统，以留下充电的历史数据供备查，自动充电控制系统并可根据充电流量检测模块所检测到的流量信息进行扣费。

进一步，所述车辆取电装置还包括车载显示模块，所述车载显示模块与充电控制模块相连显示如本车ID号、GSM号码、电费余额查询、电池余电查询、充电所需时长等重要信息，该设计可显示充电的运行信息及向司机发送提醒信号。

进一步，所述车辆取电装置还包括标准电池盒，所述标准电池盒用于为电动汽车提供电力，并通过与车载充电接口相连进行充电，其中车载控制模块、车载显示模块、车载通信接口、充电流量检测模块设置在车辆充电控制盒中，通过车辆充电控制盒的充电控制盒接口与车载充电电机和标准电池盒的电池盒接口相连，根据自动充电控制系统所发送的信息进行控制，其中，所述车载充电电机为慢冲充电电机，慢充充电不仅可提高电池的寿命，而且其可靠性更高；另外，所述车载电池盒还连接有专业充电站插头，可在专业充电站进行充电，增加了本系统的充电方式，其实用性更好。

进一步，所述物联网通信接口包括wifi通信接口，所述wifi通信接口分别与互联网和充电控制模块相连。WiFi在国外已经普及、是当今世界上最受欢迎的一种无线网络传输技术，路边用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到WiFi区域内，即可高速接入互联网。采用WiFi通信，功能扩展的余地大；其中wifi通信接口通过WIFI-AP接入点与互联网相连；当充电控制模块通过车辆通信模块得到用户车辆信息（车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费）后，充电控制模块通过wifi通信接口连通互联网，通过互联网向充电管理中心发送数据，充电管理中心对数据进行统一的集中处理，采用wifi通信接口，通过无线通信的方式向充电管理中心发送数据，不需要采用有线的方式进行互联网的接入，可满足多种地形和实际的需要，其适用性好； 

进一步，所述物联网通信接口包括RS485转TCP/IP接口，所述RS485转TCP/IP接口分别与互联网和充电控制模块相连。当充电控制模块通过车辆通信模块得到用户车辆信息（车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费）后，充电控制模块通过RS485转TCP/IP接口连通互联网，通过互联网向充电管理中心发送数据，充电管理中心对数据进行统一的集中处理，采用RS485转TCP/IP接口，通过有线的方式接入到互联网中，其抗干扰能力强，稳定性高。

优选地，RS485转TCP/IP接口先与RS485转TCP/IP服务器连接， TCP/IP服务器通过光纤与互联网相连。

进一步，所述交互通信模块包括RS485总线接口，RS485总线接口分别与充电控制模块相连，通过RS485总线与其他通信。

进一步，所述交互通信模块包括CAN总线接口，CAN总线接口分别与充电控制模块相连，通过CAN总线与其他供电桩通信。

本自动充电系统实行“车牌号+ GSM号码卡+ 数据库”的预付费充值卡方式的充电电费管理，即通过车辆的ID号、GSM号码卡，预存电费；该设置可让车主用户随充随扣，并可查询相关余额，为了避免因为余额不足不能充电导致的经济损失，本系统允许车辆连续三次临时欠费情况下的充电，（欠费信息，屏显及语音提示的方式通知车主）。

需要充电的车辆首先通过车载通信接口向设置在栏杆式供电桩上的充电自动控制系统报道，通过车载通信接口及车辆通信接口向车辆取电装置发送该供电桩的信息，如供电桩的ID号、GSM号码。

当栏杆式供电桩在检测不到充电电流时，充电控制模块控制供电装置切断交流电强电供应，车辆与供电桩实行“报道-汇报流量-退出”机制，车辆在充电完毕后，自动将当前新的供电桩的GSM号码，保存进入本车常用的供电桩GSM备用号码列表中，并向充电控制系统发送扣费信息进行扣费。而现场督察人员可根据车牌号码在网上查找到该车的流量与扣费的历史数据。

进一步，所述车辆通信模块包括用于与车辆取电装置进行无线通信的车辆无线通信接口，车载通信接口包括与车辆无线通信接口进行无线通信的车载无线通信接口。自动充电控制系统通过车辆无线通信接口及车载无线通信接口与车辆取电装置进行无线通信连接，该连接方式在车辆及栏杆式供电桩上不需要通过线缆连接，不仅简化了系统的布线，而且使用时更加方便，可实现多种通信控制方式。

进一步，所述车辆无线通信接口包括wifi通信模块，车载无线通信接口包括wifi接口模块，wifi通信模块和wifi接口模块通过wifi进行无线通信。车辆取电装置通过wifi接口模块和wifi通信模块与自动充电控制系统连接，其控充电控制方式为：当车辆的车载WiFi接口模块正常时，车载WiFi接口模块向供电桩的自动充电控制箱内自动充电控制系统的WiFi通信模块进行“报到”，同时得到栏杆式供电桩的信息，即自动充电控制箱的ID号、GSM号码。得到供电桩号码后，接通充电回路，等候充电；车辆上的取电器与栏杆式供电桩的交流电供电极板连接获取充电电流；车辆一边充电，一边每隔5分钟通过车载WiFi模块向供电桩汇报即时流量一次，并留底供稽查人员查询；车辆充电完毕，申请扣费；并向自动充电控制系统发送“退出”通知，从而完成充电工作。

进一步，所述车辆无线通信接口包括GSM通信模块，GSM通信模块，车载无线通信接口包括GSM接口模块，GSM通信模块和GSM接口模块通过GSM网络进行无线通信。车辆取电装置通过GSM接口模块和GSM通信模块与自动充电控制系统连接，其充电控制方式为：当车辆的车载WiFi接口模块发生故障且当前的供电桩落在常用的供电桩4的GSM号码列表之内，车辆自动转入“备用GSM号码列表的充电控制模式”；一旦车辆的车载WiFi接口模块发生故障，马上启动车载控制模块内的常用的供电桩的GSM号列表；同时计算本车电池所需要的充电时长，并向列表中的各常用的供电桩发送预留的充电时长的请求；列表中的各常用的栏杆式供电桩上的自动充电控制系统收到请求信息之后，预留充电时长；列表中的各常用的供电桩，同时实时检测各自的充电电流，没有充电电流，则认为没有车辆在线，供电桩自动切断强电供应；车辆上的取电器与栏杆式供电桩的交流电供电极板连接获取充电电流，车辆一边充电，一边向本车常用的供电桩的GSM号列表中的任何一个号码汇报流量，充电完毕时申请扣费，并留底供稽查人员查询； 车辆自动语音提示车主及时修理与更换发生故障的车载WiFi接口模块。

进一步，当车载WiFi接口模块发生故障时，而且，当前的供电桩落在常用的供电桩的GSM号列表之外，车辆自动转入“手动设置GSM号码的充电控制模式”：车载WiFi接口模块发生故障，而且当前的栏杆式供电桩落在常用的供电桩的GSM号列表之外，将无法唤醒供电桩，车辆得不到栏杆式供电桩的交流电供电极板的强电，则需要启动进入“手动设置GSM号码的充电控制模式”；“手动设置GSM号码的充电控制模式”，即：由车辆自动向调度台发信息，调度台通过电话与短信通知车主到场，手动设置供电桩的GSM号码信息，发送充电请求，唤醒当前的供电桩，车辆上的取电器与栏杆式供电桩的交流电供电极板连接获取充电电流进行充电；车辆一边充电，一边向本车常用的栏杆式供电桩的GSM号列表中的任何一个号码汇报流量。充电完毕时申请扣费，并留底供稽查人员查询。车辆自动语音提示车主及时修理与更换发生故障的车载WiFi通信模块；该次充电完成后，车辆自动将车主手动设置的当前的新栏杆式供电桩的GSM号码，保存进入本车常用的供电桩的GSM号列表。

优选地，所述自动充电控制箱与多个栏杆式供电桩连接，当车辆停靠在栏杆式供电桩旁采用GSM通信充电模式时，GSM通信模块或用户手动向自动充电控制系统发送带有该栏杆式供电桩ID号的GSM信息，从而让自动充电控制系统单独控制该栏杆式供电桩的供电状态，该设置让充电过程更精确、可靠。

进一步，所述车辆通信模块包括用于与车辆取电装置进行有线通信的车辆有线通信接口，车载通信接口包括与车辆有线通信接口进行有线通信的车载有线通信接口。车辆通过有线通信接口与自动充电控制系统进行通信，当无线通信方式失效时，可通过有线的方式进行通信，让本系统的可靠性更高。

所述车载有线通信接口包括电力线载波接口，车辆有线通信接口包括与电力线载波接口相匹配的电力载波通信模块，所述电力线载波接口通过在充电电流上增加电力载波的方式进行通信，该设计不仅能以有线的方式传输信号，而且不用另外布线，安装方便。

采用电力线载波进行有线传输，需要对栏杆式供电桩预先进行供电，因此需要先通过其他的方式和自动充电控制系统进行通信，以启动栏杆式供电桩与车辆取电装置的电连接，实现通信，因此车载有线通信接口包括RS485接口模块，所述RS485接口模块与自动充电控制系统车辆有线通信接口内的RS485通信模块相连，以实现车辆取电装置和自动充电控制系统的通信，该通信方式有效、可靠，成本低廉。

进一步，当车载WiFi接口模块与车载GSM接口模块都发生故障时，车辆转入“人工联系充电的充电控制模式”：车载WiFi接口模块与车载GSM接口模块都发生故障时，车辆将无法唤醒供电桩，车辆得不到供电桩提供的交流电，则需要启动“人工联系充电的充电控制模式”；由车辆自动向调度台发信息，调度台通过电话与短信通知车主到现场。车主到现场后，打电话或发短信给调度台，向调度台提供：车牌号、充电账号、密码、供电桩的号码、要求预留的充电时长、预先扣费的金额等信息，调度台根据车主提供的信息，安排供电桩的供电时长，并进行充电预先扣费的操作。

进一步，当车辆临时欠费时，车辆进入“车辆三次欠费充电允许的充电控制模式”，本着充电优先的原则，允许车辆在临时欠费的情况下，充电三次。但是，车辆每次充电完成后，车辆自动语音与短信提示车主及时充值；连续三次警告，仍逾期不充值，将自动锁死充电控制盒。

进一步，当取电器发生故障时，车辆语音提醒车主把绕在电缆箱的电缆取下，将电缆上的插电电极插到栏杆式供电桩上的充电插电座里进行充电，车辆在自动充电控制系统的引导下下，自动完成充电。

本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，包括车辆取电器、栏杆式供电桩和基于物联网的自动充电控制系统，可以实现电动汽车路边充电的完全自动化；既能提供方便又稳定可靠而且维护简单，是实现电动汽车路边便捷充电的最佳解决方案。本发明的电动汽车的取电充电模式，可以实现电动汽车在路边的便捷充电。可以把所有的露天停车场、辅道、车库都变成了电动汽车的充电场所。电动汽车将不再局限于只能在专业充电站才能充电，而且符合广大车主的用车习惯，具有很强的生命力和实用性，它必将成为电动汽车普及过程中的一项标准配置。本发明可以促进物联网技术（如： RFID、GSM、GPRS、DSRC、ETC、GPS、RSU、3G、4G网络、WiFi/WiMAX、蓝牙）在电动汽车上的进一步的开发和广泛应用。通过在路边密集安排应用单元，并在此平台的基础上搭载别的应用模块，可以进一步开发别的路边应用功能，如：基于DSRC的车辆主动防撞技术、基于ETC的车辆不用停收费技术、基于GPS的车辆定位与自动驾驶技术、基于车载PC机及无线互联网的多媒体系统，等等，具有广阔的发展前景。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统的整体模块框图。

图2是本发明车辆取电器的模块框图。

图3是本发明自动充电系统及栏杆式供电桩的连接模块框图。

图4是本发明栏杆式供电桩的设计示意图。

图5是本发明基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统的充电控制示意图。

图6是有传统辅道改造而成基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统的示意图。

图7是有传统停车场改造而成基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统的示意图。

图8是本发明自动充电控制系统的控制流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，包括设置在车上用于取电的车辆取电装置2、为车辆取电装置2提供供电电压的栏杆式供电桩3和用于控制充电过程基于物联网的自动充电控制系统1。本充电控制系统主要分为三部分，一是设置在路边或由传统停车场改造而成的栏杆式供电桩3，所述供电桩3主要用于为电动汽车提供充电电压，栏杆式供电桩3分布在城市的各个地方，各栏杆式供电桩3之间相互通信形成便于管理及控制的供电网；二是设置在电动汽车或由传统汽车改造而成的车辆上的车辆取电装置2，该装置与电动汽车内的电池或充电电机相连，使用时车辆停泊在栏杆式供电桩3附近与栏杆式供电桩3连接获取充电电流；三是设置在栏杆式供电桩3上或设置在栏杆式供电桩3附近基于物联网的自动充电控制系统1，该系统主要用于对栏杆式供电桩3的供电进行控制，并与车辆取电装置2进行通信，从而对车辆取电装置2、栏杆式供电桩3的控制，实现获取车辆信息、充电扣费、流量汇报、充电信息记录等功能，该系统也可对多个栏杆式供电桩3乃至由栏杆式供电桩3组成的供电网进行统一的控制，十分方便地管理、控制电动汽车的充电方式，解决了传统充电装置不便捷、管理不统一、不规范的问题。 

所述车辆取电装置2包括设置在车上的取电器22、车载充电电机27、车载充电接口26、车载控制模块21和车载通信接口23；所述取电器22用于接收来自栏杆式供电桩3的充电电流，取电器22获取电流后，送入车载充电电机27，车载充电电机27产生充电的直流电从车载充电接口26处输出，车载控制模块21与取电器22相连用于控制取电器22，和车载充电电机27相连用于控制车载充电，车载控制模块21与车载通信接口23相连，通过车载通信接口23向自动充电控制系统1发送或接收充电信号；设置在车上的取电器22用于与栏杆式供电桩3连接获取充电电压，作为基于物联网的自动充电控制系统1的一部分，车辆取电装置2需要车载控制模块21对车辆取电装置2的各部分进行控制，当汽车停靠在栏杆式供电桩3旁需要充电时，需通过车载通信接口23发送车辆的信息至自动充电控制系统1，如车辆ID信息，GSM号码，充电时长，电池余量及相关控制信息；车载通信接口23也接收来自自动充电控制系统1的控制信息，如电费余额信息，充电控制信息等。车辆取电装置2同时通过车载控制模块21控制车载充电电机27和取电器22，该设计让汽车能自动完成与控制系统的握手通信、控制取电器22进行充电、扣费及汇报充电信息；当车辆取电装置2与栏杆式供电桩3之间的握手通信完成后，车载控制模块21才能对汽车实行充电，从而实现汽车的自动充电。

所述栏杆式供电桩3包括供电桩支柱31和设置在供电桩支柱31上的供电装置32和供电接口33，所述供电装置32与取电器22相匹配用于为车辆取电装置2提供充电电压，供电装置32与供电接口33相连，通过供电接口33接收外接的交流电流；供电装置32用于与设置在车上的取电器22进行匹配连接，让电动汽车能方便地进行充电，其中供电装置32与供电接口33相连，供电接口33为供电装置32提供适合汽车充电的电压，供电接口33外接交流电压进行供电，其中供电接口33受到自动充电控制系统1的控制，因此自动充电控制系统1能对栏杆式供电桩3的供电情况进行控制，从而实现对车辆的充电进行控制。

所述基于物联网的自动充电控制系统1包括充电控制模块11、车辆通信模块13、交互通信模块16、物联网通信接口12和充电管理中心17；充电控制模块11与供电接口33相连控制栏杆式供电桩3的供电，充电控制模块11通过车辆通信模块13接收来自车辆的信号或向车辆发送指示或控制信号，充电控制模块11通过物联网通信接口12接入到互联网18中，通过互联网18与负责处理充数据的充电管理中心17通信，充电控制模块11与交互通信模块16相连，通过交互通信模块16与其它栏杆式供电桩3相连。当车辆靠近到路边的栏杆式供电桩3时，通过设置在车辆上的车载通信接口23向自动充电控制系统1的车辆通信模块13发送报道请求，并发出充电的请求和充电时长请求。设置在栏杆式供电桩3上自动充电控制箱7内的自动充电控制系统1内充电控制模块11接收到请求后，与车辆取电装置2进行握手连接，得到用户车辆信息车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费，充电控制模块11通过对供电接口33进行控制，让供电接口33对供电装置32进行供电，为用户的车辆提供交流电，位于车辆上的取电器22在车载控制模块21控制下与供电装置32进行连接获取充电电流，自动充电控制系统1可根据不同的实际需要对充电车辆采用不同的控制方式，车辆在充电的过程中，通过车载通信接口23向车辆通信模块13汇报充电的信息，当车辆充电完毕后，向车辆通信模块13发送扣费信息，该扣费信息通过设置在该栏杆式供电桩3上的物联网通信接口12连接到互联网18，通过互联网18向充电管理中心17发送充电的数据并进行扣费、数据记录等操作，其中不同的栏杆式供电桩3可通过交互通信模块16将数据汇集一起再通过物联网通信接口12、互联网18向充电管理中心17发送数据,该设计可对数据进行统一的集中处理，不仅其可靠性更高、而且能节省传输数据的成本。

进一步，所述充电管理17中心通过互联网18与充电控制模块11进行通信，从而监控栏杆式供电桩3的运行情况，并对栏杆式供电桩3进行运行监控，该设置可保证栏杆式供电桩3的有效运行。

参照图1和图2，所述车辆取电装置2还包括充电流量检测模块28，所述充电流量检测模块28检测充电电机的充电流量，并通过车载通信接口23发送充电流量信息。充电流量检测模块28用于检测车辆的充电流量，在车辆充电时，可即时将充电的流量汇报至自动充电控制系统1，以留下充电的历史数据供备查，自动充电控制系统1并可根据充电流量检测模块28所检测到的流量信息进行扣费。

进一步，所述车辆取电装置2还包括车载显示模块29，所述车载显示模块29与充电控制模块11相连显示如本车ID号、GSM号码、电费余额查询、电池余电查询、充电所需时长等重要信息，该设计可显示充电的运行信息及向司机发送提醒信号。

进一步，所述车辆取电装置2还包括标准电池盒4，所述标准电池盒4用于为电动汽车提供电力，并通过与车载充电接口26相连进行充电，其中车载控制模块21、车载显示模块29、车载通信接口23、充电流量检测模块28设置在车辆充电控制盒5中，通过车辆充电控制盒5的充电控制盒接口51与车载充电电机27和标准电池盒4的电池盒接口41相连，根据自动充电控制系统1所发送的信息进行控制，其中，所述车载充电电机27为慢冲充电电机，慢充充电不仅可提高电池的寿命，而且其可靠性更高；另外，所述车载标准电池盒4还连接有专业充电站插头42，可在专业充电站进行充电，增加了本系统的充电方式，其实用性更好。

参照图1至图 3，所述物联网通信接口12包括wifi通信接口121，所述wifi通信接口121分别与互联网18和充电控制模块11相连。其中wifi通信接口121通过WIFI-AP接入点123与互联网18相连；当充电控制模块11通过车辆通信模块13得到用户车辆信息车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费后，充电控制模块11通过wifi通信接口121连通互联网18，通过互联网18向充电管理中心17发送数据，充电管理中心17对数据进行统一的集中处理，采用wifi通信接口121，通过无线通信的方式向充电管理中心17发送数据，不需要采用有线的方式进行互联网18的接入，可满足多种地形和实际的需要，其适用性好。

进一步，所述物联网通信接口12包括RS485转TCP/IP接口122，所述RS485转TCP/IP接口122分别与互联网18和充电控制模块11相连。当充电控制模块11通过车辆通信模块13得到用户车辆信息车牌号、充电请求、充电时长要求、充电流量汇报、充电计费扣费后，充电控制模块11通过RS485转TCP/IP接口122连通互联网18，通过互联网18向充电管理中心17发送数据，充电管理中心17对数据进行统一的集中处理，采用RS485转TCP/IP接口122，通过有线的方式接入到互联网18中，其抗干扰能力强，稳定性高。

优选地，RS485转TCP/IP接口122先与RS485转TCP/IP服务器124连接， TCP/IP服务器通过光纤181与互联网18相连。

进一步，所述交互通信模块16包括RS485总线接口161，RS485总线接口161分别与充电控制模块11相连，通过RS485总线与其他通信。

作为另一种实施方式，所述交互通信模块16包括CAN总线162接口，CAN总线162接口分别与充电控制模块11相连，通过CAN总线162与其他供电桩3通信。

进一步，所述车辆通信模块13包括用于与车辆取电装置2进行无线通信的车辆无线通信接口14，车载通信接口23包括与车辆无线通信接口14进行无线通信的车载无线通信接口24。自动充电控制系统1通过车辆无线通信接口14及车载无线通信接口24与车辆取电装置2进行无线通信连接，该连接方式在车辆及栏杆式供电桩3上不需要通过线缆连接，不仅简化了系统的布线，而且使用时更加方便，可实现多种通信控制方式。

进一步，所述车辆无线通信接口14包括wifi通信模块141，车载无线通信接口24包括wifi接口模块241，wifi通信模块141和wifi接口模块241通过wifi进行无线通信。

进一步，所述车辆无线通信接口14包括GSM通信模块142，GSM通信模块142，车载无线通信接口24包括GSM接口模块242，GSM通信模块142和GSM接口模块242通过GSM网络进行无线通信。

进一步，所述车辆通信模块13包括用于与车辆取电装置2进行有线通信的车辆有线通信接口15，车载通信接口23包括与车辆有线通信接口15进行有线通信的车载有线通信接口25。车辆通过有线通信接口与自动充电控制系统1进行通信，当无线通信方式失效时，可通过有线的方式进行通信，让本系统的可靠性更高。

所述车载有线通信接口25包括电力线载波接口，车辆有线通信接口15包括与电力线载波接口相匹配的电力载波通信模块，所述电力线载波接口通过在充电电流上增加电力载波的方式进行通信，该设计不仅能以有线的方式传输信号，而且不用另外布线，安装方便。

采用电力线载波进行有线传输，需要对栏杆式供电桩3预先进行供电，因此需要先通过其他的方式和自动充电控制系统1进行通信，以启动栏杆式供电桩3与车辆取电装置2的电连接，实现通信，因此作为另一种实施方式，车载有线通信接口25包括RS485接口模块，所述RS485接口模块与自动充电控制系统1车辆有线通信接口15内的RS485通信模块相连，以实现车辆取电装置2和自动充电控制系统1的通信，该通信方式有效、可靠，成本低廉。

参照图2至图 5，栏杆式供电桩3上的供电装置32包括设置在供电桩支柱31上的交流电供电极板321，车辆取电装置2上的取电器22包括与交流电供电极板321相接的取电器电极221。所述取电器22包括设置在电动汽车的车顶上取电器电极221及控制取电器电极221升降的升降机构，取电器电极221与升降机构为与车体分离独立的组件，可方便安装在电动汽车上或对传统汽车进行改装，平时不用的时候，取电器电极221及升降机构打横放置在取电器22放置槽中；车辆需要充电的时候，通过升降机构升高至与供电桩3相同的高度，通过伸缩机构向栏杆式供电桩3方向伸出取电器电极221，从而在路边供电桩3的交流电供电极板321处获得充电电压，所述交流电供电极板321沿车辆行走方向设置，该设计不会对车辆的行走造成影响，而且整体的设计更为美观。

进一步，栏杆式供电桩3上的供电装置32包括用于手动充电的充电插电座322，车辆取电装置2上的取电器22包括与充电插电座322相对应的插电电极222。当取电器22发生故障时，用户可将绕在电缆箱的电缆取下，将电缆上的插电电极222插到栏杆式供电桩3上的充电插电座322里进行充电，该设置可避免因为取电器22的损坏而不能充电，该设置提高了本系统的可靠性，也适合车辆上没有安装取电器22的用户使用，满足了不同的需求。

进一步，所述供电接口33包括一交流电变压器331和供电开关332，所述交流电变压器331分别与供电开关332和外接交流电相连，供电开关332与供电装置32相连提供充电电压，充电控制模块11与供电开关332相连控制供电装置32的供电。交流电变压器331可将外接的交流电电压变压成合适的充电电压供供电装置32所使用。

参照图6所示，本自动充电系统可由传统辅道改造而成，所述栏杆式供电桩3设置在辅道上，相邻的栏杆通过交流电供电极板321和交互通信线路连接，汽车可采用取电器22与交流电供电极板321连接充电或使用插电电极222与充电插电座322连接充电，设置在道路边上的栏杆式供电桩3解决了以往充电站点的不足，可方便对传统辅道的改造形成多个充电站点，其实用性更好。

参照图7所示，本自动充电系统可由传统停车场改建而成，在停车位旁设置有多个栏杆式供电桩3，相邻的栏杆式冲电杆通过交互通信线路连接进行通信，将该栏杆式供电桩3的充电数据通过交互通信线路汇总传输到充电管理中心17，从而对多个栏杆式供电桩3进行控制，该方式在原有停车场的基础上添加了自动充电系统，可让电动汽车在停车的过程中进行充电，有效地解决了电动汽车的充电问题。

根据图2和图8的控制流程图所示，本自动充电系统可进行多种控制方式，本自动充电系统实行“车牌号+ GSM号码卡+ 数据库”的预付费充值卡方式的充电电费管理，即通过车辆的ID号、GSM号码卡，预存电费；该设置可让车主用户随充随扣，并可查询相关余额，为了避免因为余额不足不能充电导致的经济损失，本系统允许车辆连续三次临时欠费情况下的充电，欠费信息，屏显及语音提示的方式通知车主。当栏杆式供电桩3在检测不到充电电流时，充电控制模块11控制供电装置32切断交流电强电供应，车辆与供电桩3实行“报道-汇报流量-退出”机制，车辆在充电完毕后，自动将当前新的供电桩3的GSM号码，保存进入本车常用的供电桩3GSM备用号码列表中，并向充电控制系统发送扣费信息进行扣费。而现场督察人员可根据车牌号码在网上查找到该车的流量与扣费的历史数据。

其具体控制方式如下：

需要充电的车辆首先通过车载通信接口23向设置在栏杆式供电桩3上的充电自动控制系统报道，通过车载通信接口23及车辆通信接口向车辆取电装置2发送该供电桩3的信息，如供电桩3的ID号、GSM号码。

当车辆的车载Wifi接口模块241正常时，车载Wifi接口模块241向供电桩3的自动充电控制箱7内自动充电控制系统1的Wifi通信模块141进行“报到”，同时得到栏杆式供电桩3的信息，即自动充电控制箱7的ID号、GSM号码。得到供电桩3号码后，接通充电回路，等候充电；车辆上的取电器22与栏杆式供电桩3的交流电供电极板321连接获取充电电流；车辆一边充电，一边每隔5分钟通过车载WiFi模块向供电桩3汇报即时流量一次，并留底供稽查人员查询；车辆充电完毕，申请扣费；并向自动充电控制系统1发送“退出”通知，从而完成充电工作。

当车辆的车载Wifi接口模块241发生故障且当前的供电桩3落在常用的供电桩3的GSM号码列表之内，车辆自动转入“备用GSM号码列表的充电控制模式”；一旦车辆的车载Wifi接口模块241发生故障，马上启动车载控制模块21内的常用的供电桩3的GSM号列表；同时计算本车电池所需要的充电时长，并向列表中的各常用的供电桩3发送预留的充电时长的请求；列表中的各常用的栏杆式供电桩3上的自动充电控制系统1收到请求信息之后，预留充电时长；列表中的各常用的供电桩3，同时实时检测各自的充电电流，没有充电电流，则认为没有车辆在线，供电桩3自动切断强电供应；车辆上的取电器22与栏杆式供电桩3的交流电供电极板321连接获取充电电流，车辆一边充电，一边向本车常用的供电桩3的GSM号列表中的任何一个号码汇报流量，充电完毕时申请扣费，并留底供稽查人员查询；车辆自动语音提示车主及时修理与更换发生故障的车载Wifi接口模块241。

当车载Wifi接口模块241发生故障时，而且，当前的供电桩3落在常用的供电桩3的GSM号列表之外，车辆自动转入“手动设置GSM号码的充电控制模式”：车载Wifi接口模块241发生故障，而且当前的栏杆式供电桩3落在常用的供电桩3的GSM号列表之外，将无法唤醒供电桩3，车辆得不到栏杆式供电桩3的交流电供电极板321的强电，则需要启动进入“手动设置GSM号码的充电控制模式”；“手动设置GSM号码的充电控制模式”，即：由车辆自动向调度台发信息，调度台通过电话与短信通知车主到场，手动设置供电桩3的GSM号码信息，发送充电请求，唤醒当前的供电桩3，车辆上的取电器22与栏杆式供电桩3的交流电供电极板321连接获取充电电流进行充电；车辆一边充电，一边向本车常用的栏杆式供电桩3的GSM号列表中的任何一个号码汇报流量。充电完毕时申请扣费，并留底供稽查人员查询。车辆自动语音提示车主及时修理与更换发生故障的车载Wifi通信模块141；该次充电完成后，车辆自动将车主手动设置的当前的新栏杆式供电桩3的GSM号码，保存进入本车常用的供电桩3的GSM号列表。

优选地，所述自动充电控制箱7与多个栏杆式供电桩3连接，当车辆停靠在栏杆式供电桩3旁采用GSM通信充电模式时，GSM通信模块142或用户手动向自动充电控制系统1发送带有该栏杆式供电桩3 ID号的GSM信息，从而让自动充电控制系统1单独控制该栏杆式供电桩3的供电状态，该设置让充电过程更精确、可靠。

当车载Wifi接口模块241与车载GSM接口模块242都发生故障时，车辆转入“人工联系充电的充电控制模式”：车载Wifi接口模块241与车载GSM接口模块242都发生故障时，车辆将无法唤醒供电桩3，车辆得不到供电桩3提供的交流电，则需要启动“人工联系充电的充电控制模式”；由车辆自动向调度台发信息，调度台通过电话与短信通知车主到现场。车主到现场后，打电话或发短信给调度台，向调度台提供：车牌号、充电账号、密码、供电桩的号码、要求预留的充电时长、预先扣费的金额等信息，调度台根据车主提供的信息，安排供电桩的供电时长，并进行充电预先扣费的操作。   

当车辆临时欠费时，车辆进入“车辆三次欠费充电允许的充电控制模式”，本着充电优先的原则，允许车辆在临时欠费的情况下，充电三次。但是，车辆每次充电完成后，车辆自动语音与短信提示车主及时充值；连续三次警告，仍逾期不充值，将自动锁死充电控制盒。

当取电器22发生故障时，车辆语音提醒车主把绕在电缆箱中的当取电器22发生故障时，用户可将绕在电缆箱的电缆取下，将电缆上的插电电极222插到栏杆式供电桩3上的充电插电座322里进行充电，车辆在自动充电控制系统1的引导下下，自动完成充电。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，其中车辆取电装置和自动充电控制系统间可采取各种通信方式进行通信，物联网通信接口与互联网之间也可以采取各种方式进行连接，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：包括设置在车上用于取电的车辆取电装置（2）、为车辆取电装置（2）提供供电电压的栏杆式供电桩（3）和用于控制充电过程基于物联网的自动充电控制系统（1）； 

所述车辆取电装置（2）包括设置在车上的取电器（22）、车载充电电机（27）、车载充电接口（26）、车载控制模块（21）和车载通信接口（23）；所述取电器（22）用于接收来自栏杆式供电桩（3）的充电电流，取电器（22）获取电流后，送入车载充电电机（27），车载充电电机（27）产生充电的直流电从车载充电接口（26）处输出，车载控制模块（21）与取电器（22）相连用于控制取电器（22），和车载充电电机（27）相连用于控制车载充电，车载控制模块（21）与车载通信接口（23）相连，通过车载通信接口（23）向自动充电控制系统（1）发送或接收充电信号；

所述栏杆式供电桩（3）包括供电桩支柱（31）和设置在供电桩支柱（31）上的供电装置（32）和供电接口（33），所述供电装置（32）与取电器（22）相匹配用于为车辆取电装置（2）提供充电电压，供电装置（32）与供电接口（33）相连，通过供电接口（33）接收外接的交流电流；

所述基于物联网的自动充电控制系统（1）包括充电控制模块（11）、车辆通信模块（13）、交互通信模块（16）、物联网通信接口（12）和充电管理中心（17）；充电控制模块（11）与供电接口（33）相连控制栏杆式供电桩（3）的供电，充电控制模块（11）通过车辆通信模块（13）接收来自车辆的信号或向车辆发送指示或控制信号，充电控制模块（11）通过物联网通信接口（12）接入到互联网（18）中，通过互联网（18）与负责处理充电数据的充电管理中心（17）通信，充电控制模块（11）与交互通信模块（16）相连，通过交互通信模块（16）与其它栏杆式供电桩（3）相连。

2.根据权利要求1所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：栏杆式供电桩（3）上的供电装置（32）包括设置在供电桩支柱（31）上的交流电供电极板（321），车辆取电装置（2）上的取电器（22）包括与交流电供电极板（321）相接的取电器电极（221）。

3.根据权利要求1所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：栏杆式供电桩（3）上的供电装置（32）包括用于手动充电的充电插电座（322），车辆取电装置（2）上的取电器（22）包括与充电插电座（322）相对应的插电电极（222）。

4.根据权利要求1所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述车辆取电装置（2）还包括充电流量检测模块（28），所述充电流量检测模块（28）检测充电电机的充电流量，并通过车载通信接口（23）发送充电流量信息。

5.根据权利要求1所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述物联网通信接口（12）包括wifi通信接口（121），所述wifi通信接口（121）分别与互联网（18）和充电控制模块（11）相连。

6.根据权利要求1所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述物联网通信接口（12）包括RS485转TCP/IP接口（122），所述RS485转TCP/IP接口（122）分别与互联网（18）和充电控制模块（11）相连。

7.根据权利要求1至6任一所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述车辆通信模块（13）包括用于与车辆取电装置（2）进行无线通信的车辆无线通信接口（14），车载通信接口（23）包括与车辆无线通信接口（14）进行无线通信的车载无线通信接口（24）。

8.根据权利要求7所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述车辆无线通信接口（14）包括wifi通信模块（141），车载无线通信接口（24）包括wifi接口模块（241），wifi通信模块（141）和wifi接口模块（241）通过wifi进行无线通信。

9.根据权利要求7所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述车辆无线通信接口（14）包括GSM通信模块（142），车载无线通信接口（24）包括GSM接口模块（242），GSM通信模块（142）和GSM接口模块（242）通过GSM网络进行无线通信。

10.根据权利要求1至6任一所述的基于物联网及栏杆式供电桩的电动汽车自动充电系统，其特征在于：所述车辆通信模块（13）包括用于与车辆取电装置（2）进行有线通信的车辆有线通信接口（15），车载通信接口（23）包括与车辆有线通信接口（15）进行有线通信的车载有线通信接口（25）。

Images