CN107545648B - 一种用于电动汽车的充电桩管理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电动汽车的充电桩管理系统，包括总控中心、区域监控系统、本地监控系统、电卡管理系统以及网络地理信息系统；总控中心分别与电卡管理系统、区域监控系统和网络地理信息系统进行通信连接；区域监控系统的另一端与本地监控系统进行通信连接；本地控制系统用于监控、管理与保护充电桩充电过程；总控中心对充电桩使用过程以及状态进行数据采集，采集方式分为两种实时采集实时传送和实时采集定时传送两种。在这个系统中，总控中心通过长期对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，可以对充电桩的布控进行合理的规划；总控中心通过长期对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，针对充电异常的电动汽车的，对后续厂商维修升级给出数据支持。

Description

一种用于电动汽车的充电桩管理系统

技术领域

本发明属电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的充电桩管理系统。

背景技术

随着石油资源的紧张和电池技术的发展，以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车成为汽车工业发展的必然趋势。随着电动汽车的发展，对公共充电装置的需求越来越大。发展电动车辆是一项庞大的系统工程，包括动力电池组生产、电动车辆生产、配套充电系统建设、整车及配件维护等方面。其中，配套充电系统就是一项必不可少的支撑体系，类似于传统燃油汽车的加油站一样，是电动车辆推广的先决条件。

在目前已有的充电桩管理系统，授权公告号CN101995864B，公开了分布式充电桩监控系统及监控方法，用于远程监控若干分散布置的电动汽车充电桩，系统包括监控中心、一个或多个分区监控终端，以及多个充电桩本地监控系统。

申请公布号CN103049827A，公开了一种分布式充电桩运营管理系统，包括数据服务系统，用于采集充电桩的数据以及对充电桩进行参数设置：发卡管理系统，用于发放新卡并管理己发卡：网络地理信息系统，用于将充电桩信息整合到电子地图中显示和管理 。

申请公布号CN102044889A，公开了一种电动车辆配套充电网络系统及基于该系统的充电方法，包括总控中心、充电终端、服务终端、用户终端，其中，所述的总控中心通过与充电终端、服务终端连接，对充电终端、用户终端、服务终端进行综合管理：所述的充电终端包括充电站和充电桩：所述的用户终端包括电动车辆，设置在电动车辆上的电池组以及相应的车载电源控制系统。以上三个系统或方法都是单一层面的，互相间孤立，尚缺乏从充电系统的整体提出给电动汽车提供多层次配套技术服务的方案。

为了解决这个问题，特此提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于电动汽车的充电桩管理系统，包括总控中心、区域监控系统、本地监控系统、电卡管理系统以及网络地理信息系统；

总控中心分别与电卡管理系统、区域监控系统和网络地理信息系统进行通信连接；

区域监控系统的另一端与本地监控系统进行通信连接；

总控中心用于集中管控充电桩及其运行状态信息，集中采集、存储充电桩运行的数据信息；

区域监控系统对一定区域内的若干分散布置的充电桩的数据进行集中采集、存储并将数据发送到总控中心，以及向充电桩转发总控中心下达的控制指令；

本地控制系统用于监控、管理与保护充电桩充电过程；

总控中心对充电桩使用过程以及状态进行数据采集，采集方式分为实时采集实时传送和实时采集定时传送两种。

在一个实施例中，所述实时采集实时传送主要用于传送充电桩使用状态信息。

在另一个实施例中，实时采集定时传送主要用于传送24小时内充电桩的使用过程信息。

优选的，充电桩的状态发生改变，本地控制系统实时地将状态变化信息通过区域监控系统转发给总控中心，总控中心将网络地理信息系统中充电桩的状态及时更新。

网络地理信息系统将有最新版本通知给网络地理信息系统客户端；所述客户端可以选择立即下载或稍后处理。

优选的，总控中心通过一段时间内对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，可以对充电桩的布控进行合理的规划。

优选的，总控中心通过一段时间内对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，针对充电异常的电动汽车的，对后续厂商维修升级给出数据支持。

在一个实施例中，本地控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据和公钥证明书。

区域控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据、公钥证明书、正常记录表以及异常记录表。

本地控制系统和区域监控系统数据传输前进行相互认证。

有益效果：在这个系统中，总控中心通过长期对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，可以对充电桩的布控进行合理的规划；总控中心通过长期对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，针对充电异常的电动汽车的，对后续厂商维修升级给出数据支持。

附图说明

图1是本发明所述充电桩管理系统结构框图。

图2是本发明所述电动汽车系统结构框图。

图3是本发明所述实施例的流程图。

图4是本发明所述本地控制系统结构框图。

图5是本发明所述区域控制系统结构框图。

图6是本发明所述实施例中相互认证流程图。

具体实施方式

参照图1-2，一种用于电动汽车的充电桩管理系统，包括总控中心、区域监控系统、本地监控系统、电卡管理系统以及网络地理信息系统。

总控中心用于集中管控充电桩及其运行状态信息，统一管控、下发充电桩的分时或实时电价信息，以及收集管理充电桩电能计量计费信息。总控中心包括中央处理单元以及存储单元。中央处理单元用于对整个系统中所有的区域监控系统的监控、管理和来自所有充电桩信息的数据采集。存储单元安装有数据库，中央处理单元将采集到的充电桩数据保存至数据库，并对充电桩进行参数设置。

区域控制系统与总控中心及一定区域内的若干分散布置的充电桩的充电桩本地控制系统连接，用于对一定区域内的若干分散布置的充电桩的数据进行集中采集、存储并将数据进行简单的处理后发送到总控中心，以及向充电桩转发总控中心下达的控制指令。

本地控制系统用于监控、管理与保护充电桩充电过程，对充电电能进行计量计费，采集并向区域控制系统上传充电桩的运行状态信息、计量计费等数据信息，以及接收、执行总控中心下达的控制指令，所述的充电桩本地控制系统集成于充电桩内。

总控中心与电卡管理系统进行通信连接。电卡管理系统用于发放充电卡并管理己发充电卡。

总控中心与网络地理信息系统进行通信连接。网络地理信息系统用于将充电桩位置、状态信息整合到电子地图中显示和管理。

总控中心与区域控制系统的通信采用以太网通信。当光纤以太网建设条件不满足时采用无线公共网络 GPRS/CDMA 等无线通信技术，保证传输的安全、稳定、可靠。

区域控制系统与本地控制系统的通信采用电力载波通信。还可使用zigbee、FRID等无线通信网络技术。

区域控制系统包括控制处理器单元及与控制处理器单元连接的存储器单元、上行通信接口单元、下行通信接口单元、以及管理维护接口单元。

控制处理器单元即CPU单元。

存储器单元用于存储来自充电桩本地监控系统的数据信息，并将数据信息进行简单的处理后通过上行通信接口单元传输给总控中心。

所述简单的处理是指进行数据进行解析合法性检查，确保传送总控中心的数据为合法性数据。

上行通信接口单元为网络接口模块或／和 GPRS/CDMA 无线通讯模块 ，实现与总控中心的通信功能。

下行通信接口单元为电力载波发射与接收模块，实现与充电桩本地控制系统的电力载波通信。

电动车辆包括电池管理系统，电池管理系统的主要功能是监控电池的工作状态，比如电池的电压、电流和温度，预测动力电池的电池容量和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

电池容量下降到一定程度时，电池管理系统发出充电提示，确定要充电就近寻找充电桩。

确定要充电，通过网络地理信息系统，将整合充电桩信息的电子地图中发送到本地，并获取本地地址，推荐最近的充电桩或者客户指定地点最近的充电桩，并根据指定地点进行运算是否可行。

参照图4-5，本地控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据和公钥证明书。

区域控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据、公钥证明书、正常记录表以及异常记录表。

实施例1，为电动汽车在寻找附近的充电桩进行充电过程，下面结合具体实施例对充电桩管理系统进行详细的说明。

参照图3，寻找充电桩的过程如下，

S01: 车辆行驶过程中，转S02;

S02: 车载电源控制系统监控电池工作状态，转S03;

S03: 判断电池是否处于警戒状态，是，转S04，否，转S02;

S04: 发出提醒信息，转S05;

S05: 判断是否充电，是，转S06，否，转S07;

S06: 判断网络地理信息系统是否有可最新版本，是，转S08，否，转S10;

S07: 车载电源控制系统监控电池工作状态，转S03;

S08: 向网络地理信息系统服务器端发出请求，请求下发最新版本的客户端，转S09;

S09: 网络地理信息系统服务器端下发网络地理信息系统客户端最新版并完成更新，转S10;

S10: 车辆总控系统打开网络地理信息系统应用端，转S11;

S11: 判断导航系统是否打开，是，转S12，否，转S18;

S12: 读取本次路程目的地信息，转S13;

S13: 判断是否读取成功，是，转S14，否，转S18;

S14: 通过车载电源控制系统获得剩余电量信息，转S15;

S15: 读取路程目的地附近充电桩的信息，转S16;

S16: 根据航程以及路况判断是否有充裕的电量到达目的地并在目的地附近进行充电，是，转17，否，转S18;

S17: 开往目的地;

S18: 提示附近的充电桩的信息或者根据用户选定地点附近的充电桩的信息，转S01;

同时，S20: 充电桩使用状态发生变化，转S33;

S33: 本地系统与区域控制系统进行连接并相互认证，转S21;

S21: 本地控制系统将充电桩最新状态信息组装为发送包，发送给区域控制系统，进行实时发送，转S24;

S24: 区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理，实时的数据进入相应的实时处理分支，转S25;

S25: 根据解析后的充电桩的状态信息更新网络地理信息系统，转S26;

S26: 向所有的网络地理信息系统客户端发出更新提示信息，转S27;

S27: 判断是否更新为最新版，是，转S09，否，转S28;

S28: 网络地理信息系统客户端标记为可更新版本。

寻找附近的充电桩的具体流程如下，

电动汽车在行驶过程中，汽车总控系统控制车载电源控制系统一直监控电池的工作状态。事先，设定数个电池剩余电量作为临界状态，比如将总电量的20%、15%、10%、5%、3%作为临界状态，电池电量到达这个状态时，车载电源控制系统就会发出提醒信息，提醒用户需要对电动汽车进行充电。

接下来，用户选择进行充电或者忽略该提醒，当用户选择忽略该提醒后，车载电源控制系统继续监控电池工作状态；用户选择进行充电后，汽车总控系统读取网络地理信息系统的信息前，判断当前版本是否为最新版本，判断标准为旧版本有可更新标识，无可更新标识即为最新版本，一般情况下为了准确定位充电桩的最新信息，当前版本都是最新版本，当前版本为最新版本的情况就不需要下载，汽车总控系统直接打开读取网络地理信息系统的信息。同时，判断导航系统是否已经打开，如果导航系统已经打开，读取本次路程的目的地信息，判断是否读取成功，如果读取成功，通过总控系统控制的车载电源控制系统获得剩余电量信息以及路程目的地附近充电桩的信息，接下来根据航程以及路况判断是否有足够的电量到达目的地并在目的地附近进行充电；如果有足够的电量，给出提示信息，电动车开往目的地；如果没有足够的电量开往目的地并在其附近充电，总控系统提示附近的充电桩的信息或者提请用户选定地点并查找选定地点附近的充电桩的位置信息。

如果导航系统没有打开或者导航系统即使打开但是某些情形下读取目的地不成功，比如导航系统打开但没有设定目的地地址，或者，总控系统提示附近的充电桩的信息或者提请用户选定地点并查找选定地点附近的充电桩的位置信息。

另一方面，某一时刻，充电桩使用状态发生变化，比如充电桩运行异常不能进行正常的充电进入维护状态，或者异常的充电桩进行维护后可以正常使用，本地系统检测到充电桩的变化后，与区域控制系统进行连接并相互认证，相互认证处理后续进行详细描述。

充电桩使用状态变化属于紧急信息的变化，所以进行实时处理。本地控制系统将充电桩最新状态信息组装为发送包，实时发送给区域控制系统。区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理并传给总控中心。

总控中心根据解析后的充电桩的状态信息更新网络地理信息系统，并向所有的网络地理信息系统客户端发出更新提示信息。

根据客户端的反馈，反馈为更新网络地理信息系统为最新版，网络地理信息系统服务器端下发网络地理信息系统客户端最新版并完成更新；客户端的反馈为暂时不更新，网络地理信息系统客户端被标记为有可更新版本。等待下次使用时，网络地理信息系统客户端发现有新版本，继而向网络地理信息系统服务器端发出请求，请求下发最新版本的客户端，网络地理信息系统服务器端根据请求下发网络地理信息系统客户端最新版并完成更新。

参照图4，本地控制系统和区域控制系统进行相互认证处理的流程图。

首先，本地控制系统的证明书验证部将存储在存储单元的公钥证明书，发送到区域控制系统的证明书验证部(S3302)。接下来，区域控制系统的证明书验证部将存储在存储单元的公钥证明书发送到本地控制系统的证明书验证部(S3303)。

本地控制系统的证明书验证部验证接收的证明书（S3304），验证证明书是否正确（S3305），若证明书不正确时，对应于 S3305 中的“否”分之，结束处理，若证明书正确时，对应于S3305中的“是”分之，进入下一个步骤。

同时，区域控制系统的证明书验证部也验证接收的证明书（S3306），验证证明书是否正确（S3307），若证明书不正确， 对应于S3307 中的“否”分之，结束处理，若证明书正确时，对应于S3307中的“是”分之，进入下一个步骤。

接下来，区域控制系统的证明书验证部生成随机数rl，将该随机数rl发送到本地控制系统的证明书验证部(S3308）。而且，证明书验证部接收随机数rl，针对该随机数rl，用私钥数据中描述的私钥生成签名Sig(rl），生成随机数r2。

本地控制系统的证明书验证部将随机数r2和签名Sig(rl），发送到区域控制系统的证明书验证部(S3309）。证明书验证部接收随机数 r2 和签名Sig(rl），使用公钥证明书中描述的公钥，进行签名验证。

区域控制系统的证明书验证部，在验证出该签名是正确的情况下，针对随机数r2，用私钥数据中描述的私钥生成签名Sig(r2），将签名Sig(r2）发送到本地控制系统的证明书验证部(S3310）。另外，证明书验证部，在验证出该签名不正确的情况下，向证明书验证发送出错信息，断开与本地控制系统的连接。

本地控制系统的证明书验证部接收签名Sig(r2），使用公钥证明书中描述的公钥，进行签名验证。

本地控制系统的证明书验证部，在验证出该签名正确的情况下，向区域控制系统的证明书验证部发送OK(S3311）。此外，本地控制系统的证明书验证部，在验证出该签名不正确的情况下，向区域控制系统的证明书验证部发送错误信息，断开与区域控制系统的的连接。

根据上述，结束区域控制系统与本地控制系统进行的相互认证处理。

实施例2，结合本地控制系统实时采集定时传送充电桩数据的流程对本管理系统进行详细的说明。

参照图3，总控中心实时采集定时传送充电桩数据的流程如下，

S22: 本地控制系统对充电桩工作过程进行实时采集，转S33;

S33: 本地系统与区域控制系统进行连接并相互认证，转S23;

S23: 本地控制系统将充电桩24小时内的工作日志定时发送给区域控制系统，转S24；

S24: 区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理，批量数据进入相应的定时处理分支，转S29;

S29: 将充电正常的工作日志放在正常记录表中，将充电异常的数据放在异常记录表中，转S01;

S30: 在某个约定时间将24小时内的记录批量的发送给总控中心，转S01;

S31: 总控中心收到正常记录表、异常记录表后，放在数据库中进行存储，转S01;

S32: 总控中心根据需要，对异常记录表进行分析处理，并将分析结果或数据发给汽车制造厂商或相关部门。

总控中心实时采集定时传送充电桩数据的具体流程如下，

总控中心对充电桩的数据采集分为两个部分，实时采集实时传送和实时采集定时传送，实时采集实时传送用于采集比较需要紧急处理的数据，这类需要处理的数据量相对来说比较少，占用的通信空间不大，需要在任何时间立即处理，处理流程在实施例1中已经进行了详细说明说明。

本实施例中所描述的实时采集定时传送，数据量比较大，但是不需要立刻处理，需要在约定的时间内进行处理，处理的也不是实时的数据，而是在一个时间段内发生过的数据流。在这个实施例中，选在每天的22:00发送24小时内充电桩的运营情况数据。

首先，本地控制系统对充电桩工作数据进行实时采集，接下来本地系统与区域控制系统进行连接并相互认证，具体的认证过程同实施例1相同，在这个实施例中不进行赘述。认证结束后，本地控制系统与区域控制系统建立连接，本地控制系统将24小时内充电桩的工作日志发送给区域控制系统，区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理，区域控制系统将充电正常的工作日志放在正常记录表中，将充电异常的数据放在异常记录表中，之后将24小时内的记录批量的发送给总控中心，总控中心收到正常记录表、异常记录表后，放在数据库中进行存储。总控中心根据需要，对异常记录表进行分析处理，并将分析结果或数据发给汽车制造厂商或相关部门。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于电动汽车的充电桩管理系统，包括总控中心、区域监控系统、本地监控系统、电卡管理系统以及网络地理信息系统；

总控中心分别与电卡管理系统、区域监控系统和网络地理信息系统进行通信连接；

区域监控系统的另一端与本地监控系统进行通信连接；

总控中心用于集中管控充电桩及其运行状态信息，集中采集、存储充电桩运行的数据信息；

区域监控系统对一定区域内的若干分散布置的充电桩的数据进行集中采集、存储并将数据发送到总控中心，以及向充电桩转发总控中心下达的控制指令；

本地控制系统用于监控、管理与保护充电桩充电过程；

其中，所述充电桩管理系统在对电动汽车寻找附近的充电桩进行充电的过程包括如下步骤：

S01:车辆行驶过程中，转S02；

S02:车载电源控制系统监控电池工作状态，转S03；

S03:判断电池是否处于警戒状态，是，转S04，否，转S02；

S04:发出提醒信息，转S05；

S05:判断是否充电，是，转S06，否，转S07；

S06:判断网络地理信息系统是否有可最新版本，是，转S08，否，转S10；

S07:车载电源控制系统监控电池工作状态，转S03；

S08:向网络地理信息系统服务器端发出请求，请求下发最新版本的客户端，转S09；

S09:网络地理信息系统服务器端下发网络地理信息系统客户端最新版并完成更新，转S10；

S10:车辆总控系统打开网络地理信息系统应用端，转S11；

S11:判断导航系统是否打开，是，转S12，否，转S18；

S12:读取本次路程目的地信息，转S13；

S13:判断是否读取成功，是，转S14，否，转S18；

S14:通过车载电源控制系统获得剩余电量信息，转S15；

S15:读取路程目的地附近充电桩的信息，转S16；

S16:根据航程以及路况判断是否有充裕的电量到达目的地并在目的地附近进行充电，是，转17，否，转S18；

S17:开往目的地；

S18:提示附近的充电桩的信息或者根据用户选定地点附近的充电桩的信息，转S01；

同时，S20:充电桩使用状态发生变化，转S33；

S33:本地系统与区域控制系统进行连接并相互认证，转S21；

S21:本地控制系统将充电桩最新状态信息组装为发送包，发送给区域控制系统，进行实时发送，转S24；

S24:区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理，实时的数据进入相应的实时处理分支，转S25；

S25:根据解析后的充电桩的状态信息更新网络地理信息系统，转S26；

S26:向所有的网络地理信息系统客户端发出更新提示信息，转S27；

S27:判断是否更新为最新版，是，转S09，否，转S28；

S28:网络地理信息系统客户端标记为可更新版本；

总控中心对充电桩使用过程以及状态进行数据采集，采集方式分为实时采集实时传送和实时采集定时传送两种；

其中，所述实时采集实时传送主要用于传送充电桩使用状态信息，充电桩的状态发生改变，本地控制系统实时地将状态变化信息通过区域监控系统转发给总控中心，总控中心将网络地理信息系统中充电桩的状态进行及时更新，网络地理信息系统将有最新版本通知给网络地理信息系统客户端；所述客户端选择立即下载或稍后处理；所述实时采集定时传送主要用于传送24小时内充电桩的使用过程信息，总控中心通过一段时间内对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，对充电桩的布控进行规划：

总控中心实时采集定时传送充电桩数据的步骤如下：

S22:本地控制系统对充电桩工作过程进行实时采集，转S33；

S33:本地系统与区域控制系统进行连接并相互认证，转S23；

S23:本地控制系统将充电桩24小时内的工作日志定时发送给区域控制系统，转S24；

S24:区域控制系统将数据按约定格式进行解析处理，批量数据进入相应的定时处理分支，转S29；

S29:将充电正常的工作日志放在正常记录表中，将充电异常的数据放在异常记录表中，转S01；

S30:在某个约定时间将24小时内的记录批量的发送给总控中心，转S01；

S31:总控中心收到正常记录表、异常记录表后，放在数据库中进行存储，转S01；

S32:总控中心根据需要，对异常记录表进行分析处理，并将分析结果或数据发给汽车制造厂商或相关部门。

2.根据权利要求1所述的充电桩管理系统，其特征在于，总控中心通过一段时间内对充电桩24小时内充电桩使用过程进行分析，针对充电异常的电动汽车，对后续厂商维修升级给出数据支持。

3.根据权利要求1所述的充电桩管理系统，其特征在于，本地控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据和公钥证明书。

4.根据权利要求1所述的充电桩管理系统，其特征在于，区域控制系统包括处理单元和存储单元，处理单元包括证明书验证部，存储单元用于存储私钥数据、公钥证明书、正常记录表以及异常记录表。

5.根据权利要求3所述的充电桩管理系统，其特征在于，本地控制系统和区域监控系统数据传输前进行相互认证。

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