CN104935675B - 一种电动汽车充电桩智能组网装置与方法 - Google Patents

一种电动汽车充电桩智能组网装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车充电桩智能组网装置与方法，装置包括充电桩主机、充电桩从机，使充电桩从机与充电桩主机以及充电桩主机与服务器之间实现信息交互的网络模块，控制充电桩主机、充电桩从机实现各项操作的控制模块，接收充电网络信息并实现对各充电网络进行控制的服务器；本发明组网时，从机向周围发送广播信号，得到周围充电桩信息。综合这些因素，从机选择出最适合的连接路径与主机实现信息交互，从而实现充电桩的智能组网。本发明有如下优点：采用充电桩从机‑充电桩主机‑服务器的架构智能组网，运营成本低，信息处理与传递的效率高，管理方法科学有效。

Description

一种电动汽车充电桩智能组网装置与方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及一种电动汽车充电桩组网装置与方法，尤其涉及一种用于电动汽车充电桩的智能组网装置与方法。
背景技术
目前国内外投入使用的大部分电动汽车充电桩不具有联网功能，仅仅是一个独立的充电器，功能单一，不够智能，运营难度大，管理效率难以保障。
国内外有关团队做出了具有联网功能的充电设备。充电设备的相关信息会上传到中央控制系统进行管理，而系统也可以根据需要给设备发送指令。这种设计解决了充电桩必须通过人工管理才能投入使用以及设备与设备之间未形成网络难以统一调度的问题。这种充电桩的网络化设计可以实现对充电设备的远程管理。然而，这种充电桩网络化的设计只能针对数量较少的充电设备进行管理，且信息处理与交互的效率较差。在化石能源即将枯竭，环境污染日益严重的今天，电动汽车产业正在飞速的发展，对于充电设施数量的需求也越来越大，这种单个充电桩网络化的管理模式势必难以满足运营需求。
综上所述，要想满足目前的市场需求，科学有效的管理大规模的充电设备，并保持较高的管理效率，需要设计另一种电动汽车充电桩的组网方法与装置。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种将充电桩分为主机和从机，桩与桩之间通过信息交互选择合理的方案自行组成充电网络，充电桩主机作为整个网络的核心对网络进行管理，接收各节点发送的信息及下达操作指令，允许加入或删除新的充电桩从机，大大提升信息交互和处理效率，提高充电桩实用性的电动汽车充电桩智能组网装置与方法。
本发明的装置所采用的技术方案是：一种电动汽车充电桩智能组网装置，其特征在于：包括充电桩主机、充电桩从机，使充电桩从机与充电桩主机以及充电桩主机与服务器之间实现信息交互的网络模块，控制充电桩主机、充电桩从机实现各项操作的控制模块，接收充电网络信息并实现对各充电网络进行控制的服务器；
所述的网络模块通过ZigBee协议使各充电桩主机、充电桩从机之间实现信息交互、所述的网络模块通过移动网络模块或者宽带网络模块实现充电桩主机与服务器之间的信息交互；
所述的控制模块，当充电桩主机接收到服务器下发的操作指令或充电桩从机接收到充电桩主机下发的操作指令后，控制模块通过操作指令内容，控制充电桩主机与充电桩从机完成相应的操作，实现充电桩主机对充电桩从机以及服务器对充电网络的远程管理；
所述的服务器用于接收各充电桩主机发送的充电桩工作状态信息，并将充电桩服务的客户数目信息、收取的服务费总数信息、网络内是否存在损坏设备信息、充电桩使用高峰时段时长信息保存以进行后台信息分析；服务器接收充电桩主机操作请求并进行处理，将操作命令返回给相应充电桩主机，并控制删除充电网络内部各节点，实现对各充电网络的远程管理；其中充电桩工作状态信息包括网络下共有多少数量充电桩信息、正在使用多少数量充电桩信息。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种电动汽车充电桩智能组网方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在组网的开始阶段，充电桩从机向周围发送广播信息，收到信号的充电桩主机与充电桩从机返回消息给信息源，充电桩主机得到周围充电桩主机与充电桩从机的状态信息及与周围充电桩主机与充电桩从机的连接效果；
步骤2：充电桩从机根据以上信息选择出加入的充电网络以及与充电桩主机进行信息交互的路径；
步骤3：充电网络每隔一段时间会由充电桩主机向各节点发送检测信息确保每个节点均能正常工作，若充电网络中的某一节点出现故障或服务器发送命令断开充电桩主机与某一充电桩从机的连接，或充电桩主机出现故障，充电网络进行重新组网。
作为优选，步骤1中所述的收到信号的充电桩主机与充电桩从机返回消息给信息源，消息包括充电桩主机与充电桩从机的类型、工作状态、反馈消息时间，以及与周围各充电桩主机与充电桩从机的距离、连接质量及连接信号强度；所述的工作状态包括是否加入网络、与充电桩主机进行交互所需跳跃的节点的数目。
作为优选，步骤2的具体实现过程是充电桩从机收到充电桩主机的返回信息，充电桩从机先判断与充电桩主机的连接质量和连接信号强度；连接质量的值为信息交互的过程中接收到包裹的总数与发送包裹的总数之比，连接信号强度的值为当前两充电桩之间的信号强度与两装置相距1m时的信号强度之比；
若充电桩从机与充电桩主机间的连接质量及信号强度分别高于预设的保证信息交互成功率的连接强度阈值和信号强度阈值，则充电桩从机加入该充电桩主机的充电网络；
若充电桩从机与多个充电桩主机间的连接质量和信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值，则充电桩从机进一步考虑信息反馈时间和节点之间距离，选择出更适合的充电网络；
若没有充电桩主机满足与充电桩从机间的连接质量和信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值的要求，充电桩从机从能与充电桩主机实现交互的路径中，在保证充电桩从机与充电桩从机之间连接质量及信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值的前提下，选择一条与充电桩主机进行交互所需跳跃节点较少的路径，与某一充电桩从机建立连接，通过该充电桩从机实现与充电桩主机的信息交互从而加入充电网络；
若两充电桩主机之间连接质量及信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值，负载充电桩从机数目少的充电桩主机自动降级为充电桩从机，携带管理下的充电桩从机一同加入另一充电桩主机的充电网络。
作为优选，步骤3的具体实现过程是若充电网络中的某一节点出现故障或者服务器发送命令断开充电桩主机与某一充电桩从机的连接，充电桩主机找出目标充电桩的信息上传路径，按照路径向目标充电桩发送删除指令断开目标充电桩与充电网络的连接，断开网络连接的目标充电桩自动处于待机状态，原本需通过该目标充电桩作为中转与充电桩主机进行交互的其他充电桩重新进行组网；若充电桩主机出现故障，服务器向该充电桩主机发送停止工作指令，充电桩主机处于待机状态，充电网络内其他节点重新进行组网。
本发明的有益效果：
1、本发明采取科学有效的管理模式，与其他发明相比，可以实现对大规模电动汽车充电装置的管理与运营；
2、本发明采用充电桩-充电站-服务器的架构智能组网，以一个充电网络为单位与服务器进行信息交互，充电站内由充电站主机控制自主运营，大大提升了信息处理和传递的效率，系统的工作效率也随之提升；
3、本发明使充电站能够实现智能化运营，大大减少了人力物力资源的消耗，推动相关产业的发展与进步。
附图说明
图1：是本发明实施例的装置框架图。
图2：是本发明实施例的装置俯视图。
图3：是本发明实施例的装置中某充电桩从机入网流程图。
图4：是本发明实施例的方法中检测及删除充电网络内节点流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1和图2，本发明提供的一种电动汽车充电桩智能组网装置，包括充电桩主机、充电桩从机，使充电桩从机与充电桩主机以及充电桩主机与服务器之间实现信息交互的网络模块，控制充电桩主机、充电桩从机实现各项操作的控制模块，接收充电网络信息并实现对各充电网络进行控制的服务器；
网络模块通过ZigBee协议使各充电桩主机、充电桩从机之间实现信息交互、网络模块通过移动网络模块或者宽带网络模块实现充电桩主机与服务器之间的信息交互；
控制模块，当充电桩主机接收到服务器下发的操作指令或充电桩从机接收到充电桩主机下发的操作指令后，控制模块通过操作指令内容，控制充电桩主机与充电桩从机完成相应的操作，实现充电桩主机对充电桩从机以及服务器对充电网络的远程管理；例如，某充电桩需要断开与充电网络的连接，控制模块收到指令后控制充电桩删除连接信息并处于待机状态，等待进一步指令。
服务器用于接收各充电桩主机发送的充电桩工作状态信息，并将部分状态信息(包括充电桩服务的客户数目信息、收取的服务费总数信息、网络内是否存在损坏设备信息、充电桩使用高峰时段时长信息)保存以进行后台信息分析；服务器接收充电桩主机操作请求并进行处理，将操作命令返回给相应充电桩主机，并控制删除充电网络内部各节点，实现对各充电网络的远程管理；其中充电桩工作状态信息包括网络下共有多少数量充电桩信息、正在使用多少数量充电桩信息。
请见图3和图4，本发明提供的一种电动汽车充电桩智能组网方法，包括以下步骤：
步骤1：在组网的开始阶段，充电桩从机向周围发送广播信息，收到信号的充电桩主机与充电桩从机返回消息给信息源，充电桩主机得到周围充电桩主机与充电桩从机的状态信息及与周围充电桩主机与充电桩从机的连接效果；
在组网的开始阶段，充电桩从机向周围发送广播信号，周围的充电桩主机与充电桩从机收到信号后会返回一定格式的信息，充电桩从机从中得到周围充电桩种类(是否是主机)、工作状态(是否加入网络，与充电桩主机进行交互所需跳跃的节点的数目)、反馈消息时间，以及与周围各充电桩主机与充电桩从机的距离、连接质量及连接信号强度。其中，连接质量Q的值为信息交互的过程中接收到包裹的总数Nd与发送包裹的总数Ns之比，如式(1)所示：
连接信号强度P采用百分比的形式衡量，其值为当前两充电桩之间的信号强度Pn与两装置相距1m时的信号强度P0(作为标准值存在模块内部)的比，如式(2)所示：
步骤2：充电桩从机根据以上信息选择出加入的充电网络以及与充电桩主机进行信息交互的路径；
收到充电桩主机的返回信息，充电桩从机先判断与充电桩主机的连接情况；
若充电桩从机与充电桩主机间的连接质量及信号强度分别高于预设的保证信息交互成功率的连接强度阈值(本实施例的预设连接强度阈值为50％)和信号强度阈值(本实施例的预设信号强度阈值60％)，则充电桩从机加入该充电桩主机的充电网络。
若充电桩从机与多个充电桩主机间的连接质量和信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值，则充电桩从机进一步考虑信息反馈时间和节点之间距离，选择出更适合的充电网络；其中，设反馈时间为T，两节点之间的距离为D，综合各个因素衡量连接效果的值设为S，则S的计算方法如式(3)所示：
充电桩从机根据与不同充电桩主机连接效果算出不同S的值后进行比较，选择S值较小的充电桩主机加入该充电网络。
若没有充电桩主机满足与充电桩从机间的连接质量和信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值的要求，充电桩从机从可与充电桩主机实现交互的路径中，在保证充电桩从机与充电桩从机之间连接质量及信号强度分别高于连接强度阈值和信号强度阈值的前提下，选择一条与充电桩主机进行交互所需跳跃节点较少的路径，与某一充电桩从机建立连接，通过该充电桩从机实现与充电桩主机的信息交互从而加入充电网络。
充电桩主机与充电桩主机之间也可建立连接，若两充电桩主机之间连接质量Q及信号强度P分别高于连接强度阈值和信号强度阈值，负载充电桩从机数目较少的充电桩主机自动降级为充电桩从机，携带管理下的充电桩从机一同加入另一充电桩主机的充电网络，充电网络进行合并，进一步提高充电网络工作效率。
步骤3：充电网络每隔一段时间会由充电桩主机向各节点发送检测信息确保每个节点均能正常工作，若充电网络中的某一节点出现故障或服务器发送命令断开充电桩主机与某一充电桩从机的连接，或充电桩主机出现故障，充电网络进行重新组网。
充电网络每隔一段时间会由充电桩主机向各节点发送检测信息确保每个节点均能正常工作，收到信息的节点会向充电桩主机返回确认正常信息，若未按时反馈信息的节点则被认为是出现故障无法正常工作。若充电网络中的某一节点被认为出现故障或者服务器命令主机断开与某一充电桩从机的连接，充电桩主机找出目标充电桩的信息上传路径，按照路径向目标充电桩发送删除指令断开目标桩与充电网络的连接，断开网络连接的目标桩自动处于待机状态，原本需以该目标桩为中转与充电桩主机进行交互的充电桩重新进行组网；若充电桩主机出现故障，服务器向该充电桩主机发送停止工作指令，充电桩主机处于待机状态，充电网络内其他节点自动重新进行组网。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种电动汽车充电桩智能组网方法，应用于电动汽车充电桩智能组网装置中；所述电动汽车充电桩智能组网装置，包括充电桩主机、充电桩从机，使充电桩从机与充电桩主机以及充电桩主机与服务器之间实现信息交互的网络模块，控制充电桩主机、充电桩从机实现各项操作的控制模块，接收充电网络信息并实现对各充电网络进行控制的服务器；
所述的网络模块通过ZigBee协议使各充电桩主机、充电桩从机之间实现信息交互、所述的网络模块通过移动网络模块或者宽带网络模块实现充电桩主机与服务器之间的信息交互；
所述的控制模块，当充电桩主机接收到服务器下发的操作指令或充电桩从机接收到充电桩主机下发的操作指令后，控制模块通过操作指令内容，控制充电桩主机与充电桩从机完成相应的操作，实现充电桩主机对充电桩从机以及服务器对充电网络的远程管理；
所述的服务器用于接收各充电桩主机发送的充电桩工作状态信息，并将充电桩服务的客户数目信息、收取的服务费总数信息、网络内是否存在损坏设备信息、充电桩使用高峰时段时长信息保存以进行后台信息分析；服务器接收充电桩主机操作请求并进行处理，将操作命令返回给相应充电桩主机，并控制删除充电网络内部各节点，实现对各充电网络的远程管理；其中充电桩工作状态信息包括网络下共有多少数量充电桩信息、正在使用多少数量充电桩信息；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在组网的开始阶段，充电桩从机向周围发送广播信息，收到信号的充电桩主机与充电桩从机返回消息给发给广播的充电桩从机，充电桩从机得到周围充电桩主机与充电桩从机的状态信息及与周围充电桩主机与充电桩从机的连接效果；
步骤2：充电桩从机根据以上信息选择出加入的充电网络以及与充电桩主机进行信息交互的路径；其中，充电网络是充电桩与充电桩之间组成的网络，充电桩主机作为整个充电网络的核心对充电网络进行管理；
具体实现过程是充电桩从机收到充电桩主机的返回信息，充电桩从机先判断与充电桩主机的连接质量和连接信号强度；连接质量的值为信息交互的过程中接收到包裹的总数与发送包裹的总数之比，连接信号强度的值为当前两充电桩之间的信号强度与两装置相距1m时的信号强度之比；
若充电桩从机与充电桩主机间的连接质量及连接信号强度分别高于预设的保证信息交互成功率的连接强度阈值和信号强度阈值，则充电桩从机加入该充电桩主机的充电网络；
若充电桩从机与多个充电桩主机间的连接质量和信号强度分别高于连接质量阈值和信号强度阈值，则充电桩从机进一步考虑信息反馈时间和节点之间距离，选择出更适合的充电网络；
若没有充电桩主机满足与充电桩从机间的连接质量和信号强度分别高于连接质量阈值和信号强度阈值的要求，充电桩从机从能与充电桩主机实现交互的路径中，在保证充电桩从机与充电桩从机之间连接质量及信号强度分别高于连接质量阈值和信号强度阈值的前提下，选择一条与充电桩主机进行交互所需跳跃节点较少的路径，与某一充电桩从机建立连接，通过该充电桩从机实现与充电桩主机的信息交互从而加入充电网络；
若两充电桩主机之间连接质量及信号强度分别高于连接质量阈值和信号强度阈值，负载充电桩从机数目少的充电桩主机自动降级为充电桩从机，携带管理下的充电桩从机一同加入另一充电桩主机的充电网络；
步骤3：充电网络每隔一段时间会由充电桩主机向各节点发送检测信息确保每个节点均能正常工作，若充电网络中的某一节点出现故障或服务器发送命令断开充电桩主机与某一充电桩从机的连接，或充电桩主机出现故障，充电网络进行重新组网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中所述的收到信号的充电桩主机与充电桩从机返回消息给信息源，消息包括充电桩主机与充电桩从机的类型、工作状态、反馈消息时间，以及与周围各充电桩主机与充电桩从机的距离、连接质量及连接信号强度；所述的工作状态包括是否加入网络、与充电桩主机进行交互所需跳跃的节点的数目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3的具体实现过程是若充电网络中的某一节点出现故障或者服务器发送命令断开充电桩主机与某一充电桩从机的连接，充电桩主机找出目标充电桩的信息上传路径，按照路径向目标充电桩发送删除指令断开目标充电桩与充电网络的连接，断开网络连接的目标充电桩自动处于待机状态，原本需通过该目标充电桩作为中转与充电桩主机进行交互的其他充电桩重新进行组网；若充电桩主机出现故障，服务器向该充电桩主机发送停止工作指令，充电桩主机处于待机状态，充电网络内其他节点重新进行组网。
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