CN102709966A

CN102709966A - 具备物联网接入功能的电动汽车智能充电系统

Info

Publication number: CN102709966A
Application number: CN2012101501605A
Authority: CN
Inventors: 王奉瑾
Original assignee: ZHONGSHAN PURUNSI POWER SUPPLY EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHONGSHAN PURUNSI POWER SUPPLY EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种具备物联网接入功能的电动汽车智能充电系统，主要由数据中心、客户端、电动汽车、电动汽车充电站构成，数据中心用于存储和处理系统中的各种数据信息，客户端可与数据中心通讯，可以查询数据中心的数据或向数据中心发送控制命令，电动汽车设置有电池监控单元、充电二次单元电连接和总线通讯单元，电动汽车充电站设置有隔离充电子系统和总线通讯网，通讯网关通过Internet网络连接总线通讯单元和数据中心，实现数据的交换，能满足不同环境下对电池的一种监测及电动汽车实验性发展阶段的动力电池组件寿命相关数据的测试以及未来电动汽车普及时的实际用车的便利性需求。

Description

具备物联网接入功能的电动汽车智能充电系统

技术领域

本发明涉及一种电动系统充电系统。

背景技术

随着社会的飞速发展，汽车在整个社会进步和经济发展中扮演着非常重要的角色。汽车工业的迅速发展推动了机械、能源、橡胶、钢铁等支柱产业的发展。然而，随着全球汽车总量的增加，汽车尾气的排放已经成为大气污染的主要原因，同时世界石油资源的日趋紧张，石油价格始终居高不下，这些都迫使人类需要研制出无污染和节能汽车。

由于电动能源具有突出的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。在电动汽车的研究和发展上，车载动力电池组件及其管理系统的研究与制造占据着重要的位置。如何有效地利用电池的能量，延长电池的寿命是电池管理系统研究的关键部分。动力蓄电池作为关键部件，其性能直接决定了电动汽车、混合动力汽车的性能指标，其能量密度决定了电动汽车的一次充电续航里程，其功率密度则决定了电动汽车的加速性能。所以，电动汽车的发展取决于电池技术的发展。现在的动力蓄电池在功率、环保、寿命、成本等方面未能取得突破性进展，成为电动汽车产业化、市场化的瓶颈，原因如下：

第一：目前的电动汽车所使用的磷酸铁锂动力电池组件是一种新兴的电池类型，该电池具备能量密度高、重量小、能够大电流充放电等优异特性，符合作为纯电动汽车对动力电池组件的需求。但目前，适合磷酸铁锂电池的性能以及寿命相关的基本数据并不完备，用何种充电模式能够避免充电过程中电池中的材料结晶等问题，过大电流放电对电池寿命会产生多大的负面影响，电池工作过程中的温度因素。目前，这些影响与电池寿命相关的基本数据主要基于实验室的小规模的测试，以及理论层面的分析。

第二：车主不能通过手机、电脑等远程终端方便的了解并控制自己的电动汽车目前的充电情况。举一个场景，一个电动汽车车主在上班后，将电动汽车停在充电车位上，设置好用4小时的慢速充电模式进行充电，之后该车主离开，进行工作，中间该车主临时需要外出，则不不能通过远程改变充电模式快速充电，满足出行的需要。

第三：充电所需要的费用不能与金融系统的接口。

综上，电动汽车阶段的实验性发展阶段的动力电池组件寿命相关数据的测试以及未来电动汽车普及时的实际用车的便利性需求都亟待解决，很显然，现有技术不能解决这些问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于物联网实现的智能电动汽车充电系统，能满足电动汽车实验性发展阶段的动力电池组件寿命相关数据的测试以及未来电动汽车普及时的实际用车的便利性需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具备物联网接入功能的电动汽车智能充电系统，它主要由以下四部分构成：

（A）、数据中心：用于存储和处理系统中的各种数据信息；

（B）、客户端：可与数据中心通讯，可以查询数据中心的数据或向数据中心发送控制命令；

（C）、电动汽车：设置有动力电池组件、与所述动力电池组件电连接的电池监控单元、充电二次单元和与所述电池监控单元电连接的总线通讯单元；

所述电池监控单元采集并存储动力电池组件的信息数据；

所述充电二次单元用于将充电的能量变换为动力电池组件需要的电压、电流水平，对电池充电；

所述总线通讯单元用于将电池监控单元采集的信息数据上传或接受外部输入的信息指令；

（D）、电动汽车充电站：设置有隔离充电子系统和总线通讯网关，所述隔离充电子系统与所述充电二次单元对接，用于提供充电的能量，所述总线通讯网关通过Internet网络连接总线通讯单元和数据中心，实现数据的交换。

本发明的客户端为连接到Internet网络的PC机，或基于无线通讯技术接入Internet网络的手机、平板电脑。

所述数据中心由负责接入Internet网络的服务器以及后端的数据库构成，并在Internet网络上具备固定的域名或者固定的IP地址。

所述电池监控单元用于监测动力电池组件的温度、电压、剩余可用电量、工作电流物理量，并且根据动力电池组件是否过流、过热状态启动相应的保护功能。

本发明的有益效果是：本发明基于物联网实现的智能电动汽车充电系统，能满足电动汽车实验性发展阶段的动力电池组件寿命相关数据的测试以及未来电动汽车普及时的实际用车的便利性需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

物联网英文名称是“The Internet of things”，也称为“Web of Things”，是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的定义是通过信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。

目前，我国的无线通信网络已经覆盖了城乡，无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。“云计算”技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。

本发明正是利用已经趋于完善的网络技术，实现的电动汽车智能充电系统，它主要由以下四部分构成：

（A）、数据中心1：用于存储和处理系统中的各种数据信息。数据中心架设在Internet网络上，数据中心由负责接入的服务器10以及后端的数据库11构成，数据中心建设包括接入服务器、数据服务器等服务器的建设，以及相关的软件部署。数据中心在互联网上具备固定的域名或者固定的IP地址。“服务器”负则两类服务器的接入，一类是客户端的接入，用于查询电动汽车动力电池组件的充电状态等信息，以及下发充电模式切换等控制指令；另一类是充电站的数据接入，用于接收充电站上传的它收集的电动汽车运行数据，并下发客户端下达的控制指令。“数据库”用于提供系统运行所需要的数据支持，保存如动力电池组件状态、客户端的命令队列、系统工作日志等数据，实现电动汽车动力电池组件的规模化测试，取得实际的第一手数据。

数据中心收集电动汽车中动力电池组件的运行数据，对数据进行分析，提取出电动汽车动力电池组件的最优运行模式。先期，小规模的电动汽车发展阶段，少量的数据中心即可支持所有的数据服务，随着电动汽车的发展，数据中心将会形成多个层次，例如一定规模的区县等使用一个数据中心，支持数千辆电动汽车，区县级数据中心向上接入更高一级的省市级数据中心，再逐级向上连接。

（B）、客户端2：与数据中心交换数据，可以查询数据中心的数据或向数据中心发送控制命令。所述客户端为通过电信提供的PPP链路接入Internet网络的PC机，或基于过2G/3G、WIFI等无线通讯技术接入Internet网络的手机、平板电脑，或基于电力线载波等方式接入的其他终端设备。

客户端的操控基于远程监视控制软件，该远程监视控制软件是基于B/S或者基于C/S模式的电动汽车远程监视控制软件，在该软件中可以查询电动汽车动力电池组件的工作状态、充电情况、预期行驶里程、剩余充电时间、充电费用等具体数据，并且可以远程下达切换充电模式、预约充电时间等控制指令。

车主通过手机等终端远程方便的了解并控制自己的电动汽车目前的充电情况具有很强的实用性。举一个场景，一个电动汽车车主在上班后，将电动汽车停在充电车位上，设置好用4小时的慢速充电模式进行充电，之后该车主离开，进行工作，中间该车主临时需要外出，他用手机查询一下，电动汽车的电池目前的电量大约为30%，可以行驶大约100km，这个续航里程不够，所以他远程改变电动汽车的充电模式为15分钟快充，15分钟后他来到自己的电动汽车旁边的时候，电动汽车已经完成了90%的充电量，可以行驶300km 以上，满足他的出行需要。

电动汽车进入产业化推广后，可以设置充电站管理终端，在该终端上可以进行充电储值卡的充值等业务操作，该充电站管理终端也是一种客户端。充电站管理终端与金融系统的接口也可以在该平台上实现，例如电动汽车充电时，充电所需要的费用可以通过动力电池组件物联网接口与在后台与银行系统的网络连接进行结算，使电动汽车充电变成一种透明的、便利的、高效的服务。电动汽车的物联网接口为将来类似的业务的展开提供必要的基础性的数据接入平台。

（C）、电动汽车：设置有动力电池组件30、电池监控单元31、充电二次单元32和与所述电池监控单元电连接的总线通讯单元33。

动力电池组件30包括经过串并联组合的磷酸铁锂动力电池，以及动力电池组件的冷却装置、振动缓冲装置等部分构成，是电动汽车的储能部件，具备唯一的身份识别码。

所述电池监控单元31用于监测动力电池组件的温度、电压、剩余可用电量、工作电流等物理量，以了解动力电池组件的工作状态，并且根据动力电池组件是否过流、过热等状态启动相应的保护功能。并且，该电池监控单元可以将电动汽车与动力电池组件工作相关的系列参数按时、分类存储，在电动汽车联网时，将该数据上传到数据中心，用于对电池工作的状态进行统计分析，以制订更加优化的动力电池组件充电策略。

所述充电二次单元32用于将充电的能量变换为动力电池组件需要的电压、电流水平，对电池充电。

所述总线通讯单元33用于将电池监控单元采集的信息数据上传或接受外部输入的信息指令。出于可靠性需要，电动汽车对外不提供基于电气连接的通讯接口，取而代之的是光通讯接口，或者是基于经过调制的高频磁场进行通讯。光通讯接口具备低成本的优势，但光通讯存在长期工作会老化等问题，利用高频磁场进行通讯不存在老化的问题，但系统复杂性以及成本会适当增加。“总线通讯网关”连接两种不同的通讯介质，也可以将两侧不同的通讯协议进行转换，在电动汽车动力电池组件物联网接口中作为第二个传输阶段。

在小区等充电车位密集的地方可以使用电力线载波或者WIFI等技术接入Internet网络。在后Internet网络时代，网络的接入方式将会更加丰富，而且随着技术的发展、网络基础设施的建设推进，电动汽车将通过更加高速的物理通道、更加实时性的接入互联网。

很多辆电动汽车同时接入网络时，需要对这些电动汽车进行身份识别，数据传输过程由于涉及充电的费用等敏感因素，所以需要具备足够强度的加密能力，并且通讯协议需要在多个网关之间进行转换，所以需要通讯协议足够灵活，具备很好的柔性，可扩展性，可以适应未来的大规模应用。

电动汽车充电站4：设置有隔离充电子系统40和总线通讯网关41，所述隔离充电子系统与所述充电二次单元对接，用于提供充电的能量，所述总线通讯网关通过Internet网络连接总线通讯单元和数据中心，实现数据的交换。

所述隔离充电子系统40用于将充电的直流能量调制到高频，然后通过隔离的变压器将能量输送给电动汽车动力电池组件单元中的“充电二次单元”，给动力电池组件充电。

电动汽车充电站被大规模的安装在公司停车位、住宅小区停车位、宾馆饭店等处，按充电功率分为Level1/2/3等三个等级，1级充电功率只能够提供大约3kW的功率，用于给电动汽车进行慢速充电，主要布置于家庭、企业停车位，最适宜在夜晚等用电低谷时段，而且又具备比较长的时间进行作业，可以同时起到平衡电网峰谷负荷等作用。2级充电站可以提供大约10kW的功率，用于给电动汽车进行中速充电，主要布置于宾馆饭店等消费场所，电动汽车在这些停车位上停车大约1小时，即可以完成95%以上的充电作业。3级充电站可以提供大约30kW以上的功率，用于给电动汽车进行高速充电，或者给例如电动公交车、电动工程车等大功率电动汽车进行充电。

电动汽车充电站还包括以下几个主要部分：

主变压器42，用于将电网电压变换为适合电动汽车充电站所使用的电压等级，对于Level1/2等小型充电站，也可以直接使用终端电网电压，省略主变压器，一台主变压器可以支持同时给多个停车位上的电动汽车进行充电。

PFC子系统43，即功率因数补偿子系统，用于减小电动汽车充电时过多的无功功率消耗。

充电控制单元44，用于对充电进程进行控制，例如何时需要使用恒流（CC）充电，恒定电流的大小，何时需要进入恒压(CV)模式，充电是否完成，是否存在过压、过流、过温等保护状态等。

综合上述，本发明基于物联网实现的智能充电系统，能满足电动汽车实验性发展阶段的动力电池组件寿命相关数据的测试以及未来电动汽车普及时的实际用车的便利性需求。

Claims

1. 一种具备物联网接入功能的电动汽车智能充电系统，其特征在于它主要由以下四部分构成：

（A）、数据中心（1）：用于存储和处理系统中的各种数据信息；

（B）、客户端（2）：可与所述数据中心（1）通讯，可以查询数据中心的数据或向数据中心发送控制命令；

（C）、电动汽车（3）：设置有动力电池组件（30）、与所述动力电池组件（30）电连接的电池监控单元（31）、充电二次单元（32）和与所述电池监控单元（31）电连接的总线通讯单元（33）；

所述电池监控单元（31）采集并记录动力电池组件的信息数据；

所述充电二次单元（32）用于将充电的能量变换为动力电池组件需要的电压、电流水平，对动力电池组件充电；

所述总线通讯单元（33）用于将电池监控单元采集的信息数据上传或接受外部输入的信息指令；

（D）、电动汽车充电站（4）：设置有隔离充电子系统（40）和总线通讯网关（41），所述隔离充电子系统（40）与所述充电二次单元（32）对接，用于提供充电的能量，所述总线通讯网关（41）通过Internet网络连接总线通讯单元（33）和数据中心（1），实现数据的交换。

2. 根据权利要求1所述的，其特征在于所述客户端（2）为连接到Internet网络的PC机，或基于无线通讯技术接入Internet网络的手机、平板电脑。

3.根据权利要求1所述的，其特征在于所述数据中心（1）由负责接入Internet网络的服务器（10）以及后端的数据库（11）构成，并在Internet网络上具备固定的域名或者固定的IP地址。

4.根据权利要求1所述的，其特征在于所述电池监控单元（31）用于监测动力电池组件的温度、电压、剩余可用电量、工作电流物理量，并且根据动力电池组件是否过流、过热状态启动相应的保护功能。