CN104852430A - 一种基于plc通信的智能电动汽车充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，包括充电桩和电动汽车、控制器、PLC电力载波模块、控制主CPU模块、采样模块、人机模块、导引控制模块以及充电连接器的充电插头和充电插座等。充电插头与充电桩相连,充电插座通过线缆与电动汽车相连。本发明提供的充电装置能够通过控制策略和数据报文间的传输通信实现电动汽车的自动搜索与其匹配的充电桩。该充电装置的内部数据信息通过PLC电力载波板调制到电力线上进行传输。本发明的装置采用电力载波通信方式进行充电数据的信息传输，不需要重新布线减少投资，且安装简单、设置灵活。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车电池充换电站技术领域，具体涉及一种新型的电动汽车充电装置。
背景技术
随着全球天然气以及石油资源的日益减少，环境的不断恶化，全球各个国家都在积极不断寻找新能源代替传统的石油及天然气，而电能无疑是比较清洁、干净、污染小、高效率的资源之一。作为新型交通工具电动汽车的高速发展大大减少的人类对石油的依赖。
虽然当前我国的电动汽车已经取得了令人瞩目的成绩，但是由于电动汽车充电随机的固有特性且电动汽车的行驶范围大地域也不固定，为了随时随地的及时获取电能，电动汽车必须能够就近进行充电。在我国现有的技术条件下充电过程中面临许多的问题，如电动汽车需要充电时所面对的充电桩做不到统一，充电桩也必须面对需要充电的各式各样的电动汽车，因此充电桩和电动汽车之间的充电控制有必要能够进行统一的通信互动。同时，电动汽车的大规模投入市场势必会对电力系统的规划和运营管理产生重要的影响，尤其是处于无控制状态下的电动汽车充电需求必然会个电力系统带来巨大的负面影响。为了满足电力系统运行的可靠性和效益，提高电网运行的质量，在电动汽车充电时需采用有序的充电控制策略，能够实时对充电汽车进行控制。
另外，直接限制着电动汽车的大规模推广和使用的问题：电动汽车和充电桩的充电接口不一致。为了解决这一问题国内外都制定了明确详细的充电接口标准，但是尽管如此国内外制定的这些标准中对接口能够提供的额定电流都是不固定的，而应对不同的电动汽车充电需求有多种额定电流可以选择。因此在不同的地域，不同的充电站能够提供的额定充电流都是不尽相同的，故电动汽车自动获取充电桩提供的额定电流，根据自身当前的电池状态、行程需求、不同时间段的费率等信息判断是否满足自身的充电需求的能力显得格外重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的电动汽车充电装置，能解决电动汽车与充电桩之间自动充电、充电信息自动匹配等问题，方便、快捷、准确地对电动汽车进行充电，成功的解决了不同充电汽车和充电桩信息交互的问题以及充电接口不匹配的问题。
为实现上述发明目的，本发明基于PLC通信的智能电动汽车充电装置采用如下技术方案：
一种基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，包括充电桩模组及电动汽车充电模组；所述充电桩模组包括充电桩控制器模块、连接充电桩控制器模块的充电桩PLC电力载波模块、连接充电桩PLC电力载波模块的电源；所述电动汽车充电模组包括电动汽车PLC电力载波模块、连接电动汽车PLC电力载波模块的电动汽车控制器模块、连接电动汽车控制器模块的车载电池；所述充电桩PLC电力载波模块通过电力线与电动汽车PLC电力载波模块连接；该电力线同时连接电源及车载电池以传输电能；所述电动汽车控制器模块搜集车载电池参数及状态信息并传送至电动汽车PLC电力载波模块，电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块，充电桩控制器模块控制电源的充电电压和充电电流以适应车载电池参数及状态。
而使用该基于PLC通信的智能电动汽车充电装置的充电方法采用如下技术方案：
当充电桩模组和电动汽车充电模组通过充电插头相连接后，首先通过控制导引电路确认充电机和车载电池是否进行了物理连接，若没有连接成功则返回报错信号给主控CPU，提示用户连接异常；若物理连接成功则进入充电握手阶段；
在充电握手阶段，车载电池通过电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块；通过握手阶段的协议系统自动判断出充电电源是否匹配，充电桩是否能够为电动汽车进行安全可靠的充电；充电握手阶段结束后系统进去充电参数配置阶段；
在参数配置阶段，将车载电池的充电信息发送给充电桩；充电参数配置完成后系统进入充电阶段。
在充电过程中车载电池实时向充电桩发送充电需求，而充电桩模组则根据车载电池充电需求来调整充电电压和充电电流使充电过程的正常进行；充电桩模组和电动汽车充电模组相互发送各自的充电状态；除此之外，车载电池根据要求向充电机发送动力蓄电池具体状态信息及电压、温度等信息；车载电池根据充电过程是否正常、电池状态是否达到电池自身设定的充电结束条件以及是否收到充电机中止充电报文来判断是否结束充电；充电桩模组根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到车载电池中止充电报文来判断是否结合充电。
在充电过程中，电动汽车充电模组不断的检测电池的状态和充电计划，检查是否达到预定的目标；而充电桩模组也同时在不断检测电网的状及充电系统是否异常需停机；该状态会一直持续到充电结束，在整个通讯过程中，充电桩模组和电动汽车充电模组不断传达各自的状态，保证充电过程的安全可靠，双方的充电参数不断的交互实现了充电过程的自适应
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明有助于实现对不同种类的电动汽车以及充电桩之间的充电和通讯问题；
2、本发明采用了国际化统一标准，提供先进的通讯接口，利用现有的传输介质将充电信息数据调制到充电线路上进行传输，不需要额外的数据通信线路；
3、新型的电动汽车充电装置将整个充电过程所需的功能如，通信连接、充电匹配、人机互操作、安全保护、充电控制导引等功能进行了集成，系统安全可靠方便。
4、本电动汽车充电装置能够实现充电状态的自适应和充电参数的自适。通过通讯协议自动的获取对方地址与其建立通讯，能够达到不同电动汽车充电的自适应。电动汽车充电控制模块根据充电桩的充电参数和提供的服务，以及自身的充电特性曲线向充电桩进行信息和数据交互，实现充电参数的自适应和充电的自适应控制。
附图说明
图1是电动汽车与充电桩的通信连接图；
图2是充电桩控制器的硬件功能连接图；
图3是电动汽车交流充电接口电路的拓扑图；
图4是电动汽车充交流充电桩充电触头分布图；
图5是电动汽车充电装置充电流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1及图3所示，本发明公开一种基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，包括充电桩模组及电动汽车充电模组。通过电力线连接充电桩模组及电动汽车充电模组。所述充电桩模组包括充电桩控制器模块、连接充电桩控制器模块的充电桩PLC电力载波模块、连接充电桩PLC电力载波模块的电源；充电桩控制器模块及充电桩PLC电力载波模块形成充电桩控制器。
所述电动汽车充电模组包括电动汽车PLC电力载波模块、连接电动汽车PLC电力载波模块的电动汽车控制器模块、连接电动汽车控制器模块的车载电池；
在本实施方式中，电动汽车PLC电力载波模块选择利用QCA7000芯片将信息数据转化为载波信号，同时利用OFDM调制方式将载波信号调制到电力线上，通过电力线实现电动汽车充电装置和充电桩模组之间的信息交互。
所述充电桩PLC电力载波模块通过电力线与电动汽车PLC电力载波模块连接；该电力线同时连接电源及车载电池以传输电能；
所述电动汽车控制器模块搜集车载电池参数及状态信息并传送至电动汽车PLC电力载波模块，电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块，充电桩控制器模块控制电源的充电电压和充电电流以适应车载电池参数及状态。
电动汽车充电模组和充电桩模组之间利用SDP技术相互获取对方的地址从而实现信息的交互。电动汽车充电模组和充电桩模组之间的通信构架分为7层，其中位于最底层的物理层是基于充电线缆的电力载波，PLC控制模块载波作为链路层，网络层采用的IPv6的互联网协议，而传输层采用通用的TCP/IP协议，会话层采用的是V2GTP技术，表示层利用EXI对数据进行高效的传输，应用层利用SDP技术实现通讯地址的自动获取。
请结合图1及图2所示，充电桩模组内部有LPC2388单片机，所述充电桩模组还包括人机模块、导引控制模块、保护模块、输入输出模块；人机模块提供人机界面同时用于信息的显示和输入；导引控制模块根据设定的标准，根据采样模块实时采集来的信号对控制导引进行控制；保护模块根据实时执行充电桩控制器模块传达的命令，充电桩控制器模块发送命令时可作出准确急停操作。
所述交流充电模块中的两根充电线与充电桩控制模块和电动汽车充电模组上的车载控制模块相连，同时为充电桩控制模块以及电动汽车上的控制模块提供电能。
请参阅图4所示，供电接口和充电接口通过交流充电插头相连接，所述的交流充电接口由7根电力线组成，分别是L、N电源线、PE接地线以及备用线NC1、NC2、NC3、NC4。备用线NC1、NC2、NC3、NC4为必要时提供三相交流充电提供可能，或者能够提供直流充电。
使用本发明的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置的充电方法包括：
当充电桩模组和电动汽车充电模组通过充电插头相连接后，首先通过控制导引电路确认充电机和车载电池是否进行了物理连接，若没有连接成功则返回报错信号给主控CPU，提示用户连接异常；若物理连接成功则进入充电握手阶段；
在充电握手阶段，车载电池通过电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块；车载电池参数及状态信息包括额定电压、额定功率、以及剩余电量；通过握手阶段的协议系统自动判断出充电电源是否匹配，充电桩是否能够为电动汽车进行安全可靠的充电；充电握手阶段结束后系统进去充电参数配置阶段；
在参数配置阶段，将车载电池的充电信息发送给充电桩；充电信息包括充电时间、电池的剩余电量以及最大充电功率；充电参数配置完成后系统进入充电阶段。
在充电过程中车载电池实时向充电桩发送充电需求，而充电桩模组则根据车载电池充电需求来调整充电电压和充电电流使充电过程的正常进行；充电桩模组和电动汽车充电模组相互发送各自的充电状态；除此之外，车载电池根据要求向充电机发送动力蓄电池具体状态信息及电压、温度等信息；车载电池根据充电过程是否正常、电池状态是否达到电池自身设定的充电结束条件以及是否收到充电机中止充电报文来判断是否结束充电；充电桩模组根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到车载电池中止充电报文来判断是否结合充电。
在充电过程中，电动汽车充电模组不断的检测电池的状态和充电计划，检查是否达到预定的目标；而充电桩模组也同时在不断检测电网的状及充电系统是否异常需停机；该状态会一直持续到充电结束，在整个通讯过程中，充电桩模组和电动汽车充电模组不断传达各自的状态，保证充电过程的安全可靠，双方的充电参数不断的交互实现了充电过程的自适应。
Claims (8)
1.一种基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，其特征在于：包括充电桩模组及电动汽车充电模组；
所述充电桩模组包括充电桩控制器模块、连接充电桩控制器模块的充电桩PLC电力载波模块、连接充电桩PLC电力载波模块的电源；
所述电动汽车充电模组包括电动汽车PLC电力载波模块、连接电动汽车PLC电力载波模块的电动汽车控制器模块、连接电动汽车控制器模块的车载电池；
所述充电桩PLC电力载波模块通过电力线与电动汽车PLC电力载波模块连接；该电力线同时连接电源及车载电池以传输电能；
所述电动汽车控制器模块搜集车载电池参数及状态信息并传送至电动汽车PLC电力载波模块，电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块，充电桩控制器模块控制电源的充电电压和充电电流以适应车载电池参数及状态。
2.根据权利要求1所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，其特征在于：电动汽车充电模组和充电桩模组之间利用SDP技术相互获取对方的地址从而实现信息的交互。
3.根据权利要求2所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，其特征在于：所述充电桩模组还包括人机模块、导引控制模块、保护模块、输入输出模块；人机模块提供人机界面同时用于信息的显示和输入；导引控制模块根据设定的标准，根据采样模块实时采集来的信号对控制导引进行控制；保护模块根据实时执行充电桩控制器模块传达的命令，充电桩控制器模块发送命令时可作出准确急停操作。
4.根据权利要求1所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，其特征在于：所述交流充电模块中的两根充电线与充电桩控制模块和电动汽车充电模组上的车载控制模块相连，同时为充电桩控制模块以及电动汽车上的控制模块提供电能。供电接口和充电接口通过交流充电插头相连接，所述的交流充电接口由7根电力线组成，分别是L、N电源线、PE接地线以及备用线NC1、NC2、NC3、NC4。
5.根据权利要求1所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置，其特征在于：电动汽车充电模组和充电桩模组之间的通信构架分为7层，其中位于最底层的物理层是基于充电线缆的电力载波，PLC控制模块载波作为链路层，网络层采用的IPv6的互联网协议，而传输层采用通用的TCP/IP协议，会话层采用的是V2GTP技术，表示层利用EXI对数据进行高效的传输，应用层利用SDP技术实现通讯地址的自动获取。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置的充电方法，其特征在于，包括：
当充电桩模组和电动汽车充电模组通过充电插头相连接后，首先通过控制导引电路确认充电机和车载电池是否进行了物理连接，若没有连接成功则返回报错信号给主控CPU，提示用户连接异常；若物理连接成功则进入充电握手阶段；
在充电握手阶段，车载电池通过电动汽车PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息转化为载波信号并调制到电力线上传给充电桩PLC电力载波模块；充电桩PLC电力载波模块将车载电池参数及状态信息解调后传输给充电桩控制器模块；通过握手阶段的协议系统自动判断出充电电源是否匹配，充电桩是否能够为电动汽车进行安全可靠的充电；充电握手阶段结束后系统进去充电参数配置阶段；
在参数配置阶段，将车载电池的充电信息发送给充电桩；充电参数配置完成后系统进入充电阶段。
在充电过程中车载电池实时向充电桩发送充电需求，而充电桩模组则根据车载电池充电需求来调整充电电压和充电电流使充电过程的正常进行；充电桩模组和电动汽车充电模组相互发送各自的充电状态；除此之外，车载电池根据要求向充电机发送动力蓄电池具体状态信息及电压、温度等信息；车载电池根据充电过程是否正常、电池状态是否达到电池自身设定的充电结束条件以及是否收到充电机中止充电报文来判断是否结束充电；充电桩模组根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到车载电池中止充电报文来判断是否结合充电。
在充电过程中，电动汽车充电模组不断的检测电池的状态和充电计划，检查是否达到预定的目标；而充电桩模组也同时在不断检测电网的状及充电系统是否异常需停机；该状态会一直持续到充电结束，在整个通讯过程中，充电桩模组和电动汽车充电模组不断传达各自的状态，保证充电过程的安全可靠，双方的充电参数不断的交互实现了充电过程的自适应。
7.根据权利要求6中所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置的充电方法，其特征在于：车载电池参数及状态信息包括额定电压、额定功率、以及剩余电量。
8.根据权利要求6中所述的基于PLC通信的智能电动汽车充电装置的充电方法，其特征在于：充电信息包括充电时间、电池的剩余电量以及最大充电功率。
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