CN105743169A - 一种云端远程控制电动汽车充电站系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种云端远程控制电动汽车充电站系统，包括充电桩主机和充电桩从机；充电桩主机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、处理器、存储模块和第一通信模块；充电桩从机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、存储模块和第二通信模块；充电桩主机通过第一通信模块与充电桩从机、云服务器信号连接，充电桩从机通过第二通信模块与充电桩主机信号连接。本发明可迅速统计各充电站的工作状态，并迅速对出现故障的充电桩进行处理，实现了充电站的高效动态管理，并可降低运营成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车充电技术领域，具体涉及一种云端远程控制电动汽车充电站系统与方法。
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，运营难度大，管理效率难以保障。
国内外有关团队做出了具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，中央控制系统也可以根据需要给充电设备发送指令。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充电设备与充电设备之间未形成网络难以统一调度的问题。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。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种可科学管理大规模充电设备、满足目前市场需求的云端远程控制电动汽车充电站系统与方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种云端远程控制电动汽车充电站系统，包括充电桩主机和充电桩从机；
充电桩主机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、处理器、存储模块和第一通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、处理器均连接存储模块，处理器还与第一通信模块、控制模块相连；
充电桩从机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、存储模块和第二通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、第二通信模块均连接存储模块，第二通信模块还与控制模块相连；
充电桩主机通过第一通信模块与充电桩从机、云服务器信号连接，充电桩从机通过第二通信模块与充电桩主机信号连接。
充电桩主机和充电站从机中，控制模块主要为继电器，用来控制充电模块的开启和关闭。检测模块主要为电压电流传感器，用来检测对应充电桩的工作状态信息，即通过检测充电模块电流来检测充电桩①是否能正常使用、②开启还是关闭、③处于充电状态还是空闲状态。统计模块主要为CPLD和运算芯片，用来采集对应充电桩的交易信息，即采集充电桩当前周期内的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量。存储模块用来存储检测模块和统计模块采集的充电桩的工作状态信息和交易信息。
第一通信模块可采用基于站内无线局域网或移动网络的无线通信模块或有线网络通信模块。第二通信模块可采用基于站内无线局域网、ZigBee或蓝牙的无线通信模块或有线网络通信模块。
充电桩主机中处理器用于接收充电桩从机上传的状态信息，所述的状态信息包括充电桩的工作状态信息和交易信息，并将接收的状态信息和自己的状态信息整合为充电站的状态信息，然后上传给云服务器。同时，充电桩主机中处理器还根据接收的云服务器控制指令，向充电站内各充电桩从机发送开启或关闭的指令。
利用上述云端远程控制电动汽车充电系统的方法，包括：
(1)充电桩从机和充电桩主机中，检测模块和统计模块分别采集充电桩的工作状态信息和交易信息，充电桩从机采集的工作状态信息和交易信息上传至充电桩主机；
充电桩的工作状态信息包括充电桩①能否正常使用、②开启还是关闭以及③处于充电状态还是空闲状态；充电桩的交易信息包括充电桩当前周期的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量；
(2)充电桩主机处理器对自己及充电桩从机上传的工作状态信息和交易信息进行整合，获得充电站的工作状态信息和交易信息，并上传至云服务器；
充电站的工作状态信息包括充电站内的充电桩总数量、处于充电状态的充电桩数量、开启的充电桩数量和不能正常使用的充电桩编号；充电站的交易信息包括充电站当前周期的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量；
(3)根据①当前充电站当前的工作状态信息和交易信息、②当前充电站历史的工作状态信息和交易信息、③当前充电站周围充电站当前的工作状态信息和交易信息、④当前充电站周围充电站历史的工作状态信息和交易信息以及⑤当前充电站周围电动汽车车况，云服务器或人为确定当前充电站下一周期充电桩开启数目；
当前充电站周围电动汽车车况包括当前充电站周围电动汽车的位置和剩余电量，从交通状况监测系统获得；
(4)云服务器将下一周期充电桩开启数目作为控制指令下发给充电桩主机；
(5)充电桩主机根据接收的控制指令向充电桩从机发送开启或关闭的指令，接收指令的充电桩从机通过控制模块开启或关闭充电模块。
步骤(3)进一步包括：
3.1云服务器接收到充电桩主机上传的充电站的工作状态信息和交易信息后，统计所有充电站不能正常使用的充电桩编号，并更新云服务器中各充电站的充电桩故障记录表；
3.2各充电站的工作状态信息和交易信息保存至云服务器的充电站数据库；
3.3云服务器从交通状况监测系统获得当前充电站周围电动汽车的位置和剩余电量；
3.4根据①当前充电站当前的工作状态信息和交易信息、②当前充电站历史的工作状态信息和交易信息、③当前充电站周围充电站当前的工作状态信息和交易信息、④当前充电站周围充电站历史的工作状态信息和交易信息以及⑤当前充电站周围电动汽车车况，云服务器或人为调整当前充电站下一周期充电桩开启数目。
步骤(5)进一步包括：
5.1充电桩主机根据接收的控制指令，向选择的充电桩从机发送开启或关闭指令，具体为：选择关闭的充电桩从机发送开启指令或选择开启但处于空闲状态的充电桩从机发送关闭指令；
5.2接收指令的充电桩从机通过控制模块开启或关闭充电模块，并向充电桩主机发送反馈信息；
5.3判断充电桩主机预设时段内是否接收到所选择的所有充电桩从机的反馈信息，若是，表示控制完成，结束；否则，执行子步骤5.4；
5.4充电桩主机再次向未接收到反馈信息的充电桩从机发送相同指令，若充电桩主机预设时段内接收到全部反馈信息，表示控制完成，结束；否则，继续执行本子步骤；若存在重复发送3次相同指令仍未收到反馈信息的充电桩从机，将重复发送3次相同指令仍未收到反馈信息的充电桩从机数量记为n，执行子步骤5.5；
5.5充电桩主机选择向所选择的所有充电桩从机外的其他n个充电桩从机发送相同指令，然后执行子步骤5.3。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)可实现大规模电动汽车充电站的管理与运营，显著提升信息处理传递和充电站管理的效率。
(2)可根据充电站当前和历史的工作状态信息和交易信息以及充电站周围电动汽车车况等信息，对各充电站内充电桩电源模块进行动态管理，闲时减少充电桩开启数量，忙时增加充电桩开启数量；在不影响充电站服务质量前提下，尽可能避免资源浪费，从而降低充电站运营成本。
(3)能实现云端远程控制和管理充电站，从而大大降低人力物力成本。
附图说明
图1是本发明系统的一种具体结构置示意图；
图2是本发明云端远程控制充电站的具体流程图；
图3是本发明充电桩主机根据云服务器指令控制充电站的具体流程图。
具体实施方式
为便于本领域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。
见图1，本发明主要包括充电桩主机和充电桩从机，充电桩主机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、处理器、存储模块和第一通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、处理器均连接存储模块，处理器还与第一通信模块、控制模块相连。充电桩从机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、存储模块和第二通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、第二通信模块均连接存储模块，第二通信模块还与控制模块相连。充电桩主机通过第一通信模块与充电桩从机、云服务器信号连接，充电桩从机通过第二通信模块与充电桩主机信号连接。
充电桩主机和充电站从机中，控制模块用来控制充电模块的开启和关闭。检测模块用来检测对应充电桩的工作状态信息，即通过检测充电模块电流来检测充电桩①是否能正常使用、②开启还是关闭、③处于充电状态还是空闲状态。统计模块用来采集对应充电桩的交易信息，即采集充电桩当前周期内的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量。存储模块用来存储检测模块和统计模块采集的充电桩的工作状态信息和交易信息，当需要上传信息时，存储模块将存储的信息发送给通信模块，并清空当前保存的数据，方便下一周期的信息存储。
见图2～3，本发明方法具体步骤如下：
(1)充电桩从机和充电桩主机中，检测模块和统计模块分别采集充电桩的工作状态信息和交易信息，充电桩从机采集的工作状态信息和交易信息上传至充电桩主机。
(2)充电桩主机处理器对自己及充电桩从机上传的工作状态信息和交易信息进行整合，获得充电站的工作状态信息和交易信息，并上传至云服务器。
整合后的充电站的工作状态信息包括充电站内充电桩总数量、处于充电状态的充电桩数量、开启的充电桩数量、不能正常使用的充电桩编号。整合后的充电站的交易信息包括充电站当前周期的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量。充电站的工作状态信息和交易信息通过第一通信模块上传至云服务器。
例如，某日上午10点云服务器收到某充电站上传的信息，根据该上传信息可获知：该充电站内充电桩总数量为20、开启的充电桩数量为15、处于充电状态的充电桩数量为5、不能正常使用的充电桩编号为07；该充电站当前周期充电电动汽车数量为8辆、累计充电电量为160kW·h、收取费用为200元。本实施例中，当前周期即当日上午9:30～10:00时间段。
(3)根据①当前充电站当前的工作状态信息和交易信息、②当前充电站历史的工作状态信息和交易信息、③当前充电站周围充电站当前的工作状态信息和交易信息、④当前充电站周围充电站历史的工作状态信息和交易信息以及⑤当前充电站周围电动汽车车况，云服务器确定当前充电站下一周期充电桩开启数目。
云服务器接收到各充电站充电桩主机上传的信息后，首先统计所有充电站中不能正常使用的充电桩编号，即故障充电桩编号，更新云服务器中各充电站的充电桩故障记录表。例如，云服务器收到某充电站编号07的充电桩不能正常使用，会将该故障信息提供给维修人员。
考虑当前充电站当前的状态信息Sn及历史的状态信息Sh，还考虑当前充电站周围充电站当前的状态信息Sn'及历史的状态信息Sh'，同时还考虑当前充电站周围的电动汽车车况，云服务器通过云计算确定当前充电站下一周期充电桩开启数目Nn：
Nn＝f(Sn，Sn'，Sh，Sh'，A，C)(1)
式(1)中，Sn包括当前充电站当前的充电桩总数量、处于充电状态的充电桩数量和开启的充电桩数量；Sn'包括当前充电站周围充电站当前的充电桩总数量、处于充电状态的充电桩数量和开启的充电桩数量；Sh包括当前充电站历史中下一周期开启的充电桩数量和充电电动汽车数量A；Sh'包括当前充电站周围充电站历史中下一周期开启的充电桩数量和充电电动汽车数量A；当前充电站周围的电动汽车车况包括当前充电站周围电动汽车的数目C。
当前充电站下一周期充电桩开启数目Nn的确定可采用现有算法实现，也可以根据云服务接收的当前信息、存储的历史信息以及周围电动汽车车况人为设定。
本具体实施方式中，采用式(2)获得当前充电站下一周期充电桩开启数目Nn，但获得当前充电站下一周期充电桩开启数目Nn的方式并不限于此：
Nn＝(Ho-No)+K1AM(Nu+K2C)/HoNo(2)
式(2)中，K1、K2为系数，均为经验值；No为当前充电站开启的充电桩数量，A为当前充电站当前周期内充电电动汽车数量，M为当前充电站充电桩总数量，Nu为当前充电站处于充电状态的充电桩数量，C为当前充电站周围电动汽车的数目，Ho为当前充电站当前周期内开启的充电桩数量。
(4)云服务器将当前充电站下一周期充电桩开启数目Nn作为控制指令下发给充电桩主机，充电桩主机根据接收的控制指令向充电桩从机发送开启或关闭的指令，充电桩从机通过控制模块开启或关闭充电模块。
例如，周一上午9:30～10:00时段(记为当前周期)某充电站共有20个充电桩，开启了15个充电桩，其中，有5个充电站处于充电状态，10个桩处于空闲状态。历史信息中，之前8周，周一的下一周期该充电站处于充电状态的充电站平均数量为10个，开启的充电桩平均数量为12个。该充电站周围有两个充电站，一充电站共10个充电桩，当日当前周期共开启10个充电桩其中处于充电状态的充电桩是9个；历史信息中，之前8周，周一的下一周期开启的充电桩平均数量为9个，其中处于充电状态的充电桩数量为8个。另一充电站共15个充电桩，当日当前周期共开启13个充电桩其中处于充电状态的充电桩是11个，故障充电桩是1个；历史信息中，之前8周，周一的下一周期开启的充电桩平均数量为14个，其中处于充电状态的充电桩数量为12个。
云服务器根据以上信息判断出当前充电站处于闲时，充电桩利用率较低，需要关闭适量充电桩来降低成本。但是根据周围充电站信息判断出周围充电站当前处于繁忙状态，且下一周期预计也会出现繁忙状态。云服务器进而分析当前充电站周围电动汽车车况，发现该区域电量较低的电动汽车数目较多，服务器根据以上信息判断出当日下一周期当前充电站及其周围的两个充电站均会出现繁忙状态，经云计算，确定当前充电站下一周期需开启17个充电桩，并向充电桩主机发送控制指令。
充电桩主机接收到指令后，选择关闭的两个充电桩从机09和11发送开启指令，其余充电桩从机工作状态保持不变。充电桩主机在预设时间内接收到了充电桩从机11的反馈信息，但向充电桩从机09重复发送3次指令均为收到反馈信息，则判断充电桩从机09故障，改向关闭的充电桩从机15发送开启指令。充电桩主机在预设时间内接收到了充电桩从机15的反馈信息，本次控制任务完成。
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 (9)
1.一种云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
包括充电桩主机和充电桩从机；
充电桩主机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、处理器、存储模块和第一通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、处理器均连接存储模块，处理器还与第一通信模块、控制模块相连；
充电桩从机包括充电模块、控制模块、统计模块、检测模块、存储模块和第二通信模块，其中，控制模块、统计模块和检测模块均连接充电模块，统计模块、检测模块、第二通信模块均连接存储模块，第二通信模块还与控制模块相连；
充电桩主机通过第一通信模块与充电桩从机、云服务器信号连接，充电桩从机通过第二通信模块与充电桩主机信号连接。
2.如权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
所述的第一通信模块为基于站内无线局域网或移动网络的无线通信模块或有线网络通信模块。
3.如权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
所述的第二通信模块为基于站内无线局域网、ZigBee或蓝牙的无线通信模块或有线网络通信模块。
4.如权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
所述的控制模块主要为继电器。
5.如权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
所述的检测模块主要为电压电流传感器。
6.如权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统，其特征是：
所述的统计模块主要为CPLD和运算芯片。
7.基于权利要求1所述的云端远程控制电动汽车充电站系统的方法，其特征是，包括：
(1)充电桩从机和充电桩主机中，检测模块和统计模块分别采集充电桩的工作状态信息和交易信息，充电桩从机采集的工作状态信息和交易信息上传至充电桩主机；
充电桩的工作状态信息包括充电桩①能否正常使用、②开启还是关闭以及③处于充电状态还是空闲状态；充电桩的交易信息包括充电桩当前周期的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量；
(2)充电桩主机处理器对自己及充电桩从机上传的工作状态信息和交易信息进行整合，获得充电站的工作状态信息和交易信息，并上传至云服务器；
充电站的工作状态信息包括充电站内的充电桩总数量、处于充电状态的充电桩数量、开启的充电桩数量和不能正常使用的充电桩编号；充电站的交易信息包括充电站当前周期的充电电量、收取费用及充电电动汽车数量；
(3)根据①当前充电站当前的工作状态信息和交易信息、②当前充电站历史的工作状态信息和交易信息、③当前充电站周围充电站当前的工作状态信息和交易信息、④当前充电站周围充电站历史的工作状态信息和交易信息以及⑤当前充电站周围电动汽车车况，云服务器或人为确定当前充电站下一周期充电桩开启数目；
当前充电站周围电动汽车车况包括当前充电站周围电动汽车的位置和剩余电量，从交通状况监测系统获得；
(4)云服务器将下一周期充电桩开启数目作为控制指令下发给充电桩主机；
(5)充电桩主机根据接收的控制指令向充电桩从机发送开启或关闭的指令，接收指令的充电桩从机通过控制模块开启或关闭充电模块。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是：
步骤(3)进一步包括：
3.1云服务器接收到充电桩主机上传的充电站的工作状态信息和交易信息后，统计所有充电站不能正常使用的充电桩编号，并更新云服务器中各充电站的充电桩故障记录表；
3.2各充电站的工作状态信息和交易信息保存至云服务器的充电站数据库；
3.3云服务器从交通状况监测系统获得当前充电站周围电动汽车的位置和剩余电量；
3.4根据①当前充电站当前的工作状态信息和交易信息、②当前充电站历史的工作状态信息和交易信息、③当前充电站周围充电站当前的工作状态信息和交易信息、④当前充电站周围充电站历史的工作状态信息和交易信息以及⑤当前充电站周围电动汽车车况，云服务器或认为确定当前充电站下一周期充电桩开启数目。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是：
步骤(5)进一步包括：
5.1充电桩主机根据接收的控制指令，向选择的充电桩从机发送开启或关闭指令，具体为：选择关闭的充电桩从机发送开启指令或选择开启但处于空闲状态的充电桩从机发送关闭指令；
5.2接收指令的充电桩从机通过控制模块开启或关闭充电模块，并向充电桩主机发送反馈信息；
5.3判断充电桩主机预设时段内是否接收到所选择的所有充电桩从机的反馈信息，若是，表示控制完成，结束；否则，执行子步骤5.4；
5.4充电桩主机再次向未接收到反馈信息的充电桩从机发送相同指令，若充电桩主机预设时段内接收到全部反馈信息，表示控制完成，结束；否则，继续执行本子步骤；若存在重复发送3次相同指令仍未收到反馈信息的充电桩从机，将重复发送3次相同指令仍未收到反馈信息的充电桩从机数量记为n，执行子步骤5.5；
5.5充电桩主机选择向所选择的所有充电桩从机外的其他n个充电桩从机发送相同指令，然后执行子步骤5.3。
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