CN108215881B - 一种基于北斗模块充电桩控制系统 - Google Patents

一种基于北斗模块充电桩控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于北斗模块充电桩控制系统，包括北斗模块，用于通过北斗卫星定位充电桩的位置信息，将用户身份信息向后台管理系统发送，并接收后台管理系统反馈的卡内余额；本发明扩大了充电桩的安装地理位置的限制，在无网络覆盖的区域也可安装充电桩，利用北斗通讯对电动汽车进行充电以及结算等，扩大了充电桩的安装范围。本发明通过设置蓝牙模块与用户手机相连，在无网络覆盖的区域能够为用户提供导航信息或提供求救服务。通过充电桩能够反推获得用户的位置，便于执行搜救。

Description

一种基于北斗模块充电桩控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于北斗模块充电桩控制系统，属于充电桩技术领域。
背景技术
我国政府顺应时代发展，超常规地、大力发展电动汽车产业，由此带动了新能源电动汽车充电桩项目的蓬勃兴起，在国内各地电动汽车充电站纷纷涌现！充电桩是电动力车的电站，其功能类似于加油站里面的加油机。充电桩一般为大功率断续使用的充电设施，可以为车辆提供一路到几路的充电回路，通常为无人管理的公共设施。
充电整体系统通常包含两大组成部分：计费控制单元和充电桩主控板。
充电桩控制电路主要由处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择充电模式；电动汽车充电控制控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无限GPRS网络进行数据交互；电池管理系统(BMS)用来监控电池的工作状态，比如电池的电压、电流和温度等，进行电池管理以避免出现过放电、过充电、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度的利用电池存储能力和循环寿命；充电服务管理平台主要负责充电管理、充电运营、综合查询等相关功能。
目前市面上的充电桩内部系统结构复杂，如图2所示，模块多，体积大，故障排查费时费力，运行维护困难。在移动网络不发达或是不覆盖的区域，电动汽车无法通过手机搜索充电桩，使充电桩无法物尽其用，浪费资源。为了便于充电汽车的远行，必须要提高充电桩的覆盖率，如何实现在移动网络未覆盖地区充电桩的合理利用，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明技术解决的问题为：根据市场现有充电桩的不足，把充电桩计费控制单元和主控板合为一体，通过软硬件接口连接相应输入/输出组件，完成人机显示、计量计费、数据加解密、控制充电设备等功能，简化充电桩内部结构，降低维修的困难程度以及系统整体成本。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
提供一种基于北斗模块充电桩控制系统，包括主控模块和北斗模块；
北斗模块用于通过北斗卫星定位充电桩的位置信息，并发送给主控模块；充电桩安装固定后，北斗模块通过北斗卫星向后台管理系统发送充电桩的位置信息；将用户身份信息实时通过北斗卫星向后台管理系统发送，并接收后台管理系统反馈的卡内余额，发送给主控模块；
主控模块在无线信号无法获取的情况下，利用北斗模块通过北斗卫星与后台管理系统通讯；读取用户身份信息，并通过北斗模块发送给后台管理系统，接收北斗模块发送的卡内余额，并将用户身份信息和卡内余额发送给人机交互模块显示；当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始充电且卡内余额充足时，控制充电枪为充电汽车充电；接收采集的为电动汽车提供的电量，并通过北斗模块发送给后台管理系统，后台管理系统进行实时结算，并将实时余额通过北斗模块发送给主控系统；当卡内余额为0、用户选择停止充电、充电电池已满或者充电时间到，控制充电枪停止为电动车充电。
优选的，还包括蓝牙模块，当用户处于其搜索范围内时，能够与用户手机通过蓝牙建立连接，接收用户发送的需求信号，并发送给主控模块。
优选的，如果需求信号为转发请求，则通过北斗模块将求救短信通过后台管理系统发送给用户提供的手机号码。
优选的，如果需求信号为转发请求，后台管理系统同时发送充电桩的位置信息及用户可能出于的区域范围。
优选的，如果需求信号为位置请求，则将充电桩的位置发送给用户。
优选的，还包括BMS通讯接口，用于接收充电枪电子锁反馈信号，向充电枪发送开始、停止命令，通过充电枪读取电动汽车电池信息。
优选的，还包括读卡器和键盘，通过读卡器读取用户卡内用户身份信息或者通过键盘输入的用户编号通过后台管理系统获取用户身份信息。
优选的，还包括人机交互模块，用户通过人机交互模块选择按时间充电、电池充满或按费用充电，如果为按时间充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够，则在充电时间到达设定时间后，控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，控制充电枪停止为电动车充电。
优选的，还包括语音提示模块，当卡内余额为0、开始充电和停止充电，输出对应的信息播报。
优选的，北斗模块包括卫星无线电导航业务RNSS模块和卫星无线电测定业务RDSS模块，主控模块通过UART接口与RDSS、RNSS模块进行通信。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过北斗模块的设计，集定位、授时、通信、计费等功能于一体，极大的简化了充电桩内部的结构，降低维修的困难程度以及系统整体成本。
(2)本发明通过北斗模块的设计，在卫星波束覆盖范围内的所有充电桩都具有随机接入能力，直接通信的范围广，接通能力强，实时性好。双模用户终端定位手段丰富，可靠性高。系统及用户终端的效费比高，成本相对低廉。
(3)本发明扩大了充电桩的安装地理位置的限制，在无网络覆盖的区域也可安装充电桩，利用北斗通讯对电动汽车进行充电以及结算等，扩大了充电桩的安装范围。
(4)本发明通过设置蓝牙模块与用户手机相连，在无网络覆盖的区域能够为用户提供导航信息或提供求救服务。通过充电桩能够反推获得用户的位置，便于执行搜救。
附图说明
图1为本发明的基于北斗模块一体化充电桩结构图；
图2为本发明的现有充电桩结构组成；
图3为本发明的北斗模块。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于北斗模块的一体化充电桩的实施方案进行详细说明。
电动汽车的发展瓶颈之一在于充电网络的建设无法满足充电桩的充电需求，如果人为考虑每个地域对充电桩的需求而根据电动汽车数量的多少按地区去设置数量充足的充电桩，又过多的占用地区的空间资源和硬件资源，造成浪费。在偏僻地域或网络不发达的地区，充电桩很少甚至没有，导致电动汽车无电可充，最终电力耗尽而搁浅，限制了电动汽车的行动范围，用户体验较差。
现在的充电桩结构较为复杂，设计不够合理，导致运行和维护困难，而且充电桩分布没有联网，用户无法通过网络搜索附近的空闲充电桩进行及时充电，寻找充电桩费时费力，同时也导致充电桩的利用率不高。
为克服上述的缺陷，本发明搭建了一种基于北斗模块的一体化充电桩，用户能够通过联网或下载离线地图去搜集附近的闲置充电桩，在电快用尽时，能够做出合理的规划到达充电桩进行充电。避免的资源浪费或充电设备不足，同时充电桩的结构被优化，降低了充电桩结构的复杂性，降低了维护成本。
图1为根据本发明实施方案显示的基于北斗模块充电桩控制系统，包括主控模块、北斗模块、人机交互模块、语音提示模块、电度表、读卡器、BMS通讯接口、键盘、无线模块和蓝牙模块。
电度表采集充电桩为电动汽车提供的电量，并发送给主控模块；
读卡器读取用户卡内用户身份信息，并发送给主控模块；
键盘用于输入的与用户身份信息对应的用户编号；
用户通过人机交互模块进行帐户登陆及充电操作；
语音提示模块用于输出语音提醒，包括开始充电、结束充电、卡内余额不足等；
BMS通讯接口，用于接收充电枪电子锁反馈信号，向充电枪发送开始、停止命令，通过充电枪读取电动汽车电池信息。
北斗模块用于通过北斗卫星定位充电桩的位置信息及获取当前时刻，并将位置信息及当前时刻发送主控模块；充电桩安装固定后，上电后，北斗模块通过北斗卫星向后台管理系统发送充电桩的位置信息；将用户身份信息实时通过北斗卫星向后台管理系统发送，并接收后台管理系统反馈的卡内余额，发送给主控模块；
蓝牙模块与用户手机连接，接收用户发送的需求信号，并发送给主控模块。
主控模块通过无线模块与后台管理系统通讯，在无线模块没有信号时，利用北斗模块通过北斗卫星与后台管理系统通讯；读取卡内用户身份信息或者通过键盘输入的用户编号，并通过北斗模块发送给后台管理系统，接收北斗模块发送的卡内余额，并将用户身份信息和卡内余额发送给人机交互模块显示；通过BMS通讯接口读取充电枪电子锁反馈信号，读取电动汽车电池信息，通过充电枪电子锁反馈信号判断充电枪是否插入充电汽车；接收人机交互模块发送的用户操作信息；当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始充电且卡内余额充足时，通过BMS通讯接口发送开始充电命令，控制充电枪为充电汽车充电，并开始充电计时，充电时间发送给人机交互模块实时显示；接收电度表采集的为电动汽车提供的电量，并通过北斗模块发送给后台管理系统，后台管理系统进行实时结算，并将实时余额通过北斗模块发送给主控系统。读取电动汽车电池信息，并发送给人机交互模块显示。当卡内余额为0时，语音提示模块输出余额不足信息播报，并通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电。当卡内余额为0、用户选择停止充电、充电电池已满或者充电时间到，通过BMS通讯接口控制充电枪停止为电动车充电。主控模块获取当前时刻并进行系统时间校准。
用户通过人机交互模块选择按时间充电、电池充满或按费用充电，如果为按时间充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够，则在充电时间到达设定时间后，控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，控制充电枪停止为电动车充电。
蓝牙模块与用户手机连接，表明用户位于该充电桩蓝牙有效接收范围内，用户可以通过向主控模块发送需求信号，需求信号包括位置请求、转发请求等。如果主控模块接收到转发请求，则通过北斗模块将求救短信通过后台管理系统发送给用户提供的手机号码，同时提供充电桩的位置信息，用户处于充电桩蓝牙接收范围内，便于搜救；如果主控模块接收到位置请求，则将充电桩的位置发送给用户。
本发明的蓝牙模块采用大功率蓝牙，搜索范围可达80～100米。
后台管理系统将充电桩的位置地图通过有线或无线网络向外传送，用户通过手机APP能够下载离线位置地图或在手机能够联网时进行实时查询及导航。后台管理系统还通过北斗卫星将充电桩的位置地图发送给北斗手持机，用户通过北斗手持机接收充电桩的位置地图，查找充电桩位置并导航。
当充电桩所在区域无网络覆盖时，用户无法通过手机进行定位时，可以通过离线位置地图查找充电桩位置，也可以通过北斗手持机进行查询导航。
采用北斗模块，北斗卫星定位系统可提供高质量的定位、导航、授时和通信功能，定位精度是10米，测速精度是0.2米/秒，授时精度是10纳秒。所述北斗模块包括卫星无线电导航业务RNSS模块和卫星无线电测定业务RDSS模块，如图3所示，MCU通过UART接口与RDSS、RNSS等模块进行通信，RDSS出站信号和RNSS导航信号均可既用于导航，又可用于位置报告和通信服务。
在有网络覆盖的地方，用户通过手机APP就可以搜索附近的充电桩分布，并对电动汽车进行充电，通过充电卡、微信、支付宝等进行付费。
在无网络覆盖的区域，充电桩内的控制系统先读取用户卡的信息，然后通过北斗模块利用北斗卫星作为中间介质把信息传送到地面运行控制中心，地面运控中心对所收到的信息进行解算，再通过北斗卫星给充电桩发送反馈信息，充电桩确认金额足够后允许用户进行插充电枪充电，以及充电结算。
采用本发明的基于北斗模块的一体化充电桩，针对现有技术难于实现电动汽车便利充电和节省城市公共空间资源之间的均衡的技术问题，以及无网络覆盖区域充电桩分布的控制和维护问题，本发明搭建了一种基于北斗模块的一体化充电桩，用户能够通过联网或下载离线地图去搜集附近的闲置充电桩，在电快用尽时，能够做出合理的规划到达充电桩进行充电。避免的资源浪费或充电设备不足，同时充电桩的结构被优化，降低了充电桩结构的复杂性，降低了维护成本。消除了网络覆盖面积的限制，对电动汽车来说增加了无网络覆盖区域的便利，为促进电动汽车的发展又推进一大步。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施方案说明如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方案所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (6)

1.一种基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于，包括主控模块和北斗模块；
北斗模块用于通过北斗卫星定位充电桩的位置信息，并发送给主控模块；充电桩安装固定后，北斗模块通过北斗卫星向后台管理系统发送充电桩的位置信息；将用户身份信息实时通过北斗卫星向后台管理系统发送，并接收后台管理系统反馈的卡内余额，发送给主控模块；
主控模块在无线信号无法获取的情况下，利用北斗模块通过北斗卫星与后台管理系统通讯；读取用户身份信息，并通过北斗模块发送给后台管理系统，接收北斗模块发送的卡内余额，并将用户身份信息和卡内余额发送给人机交互模块显示；当判断充电枪插入电动汽车、用户选择开始充电且卡内余额充足时，控制充电枪为充电汽车充电；接收采集的为电动汽车提供的电量，并通过北斗模块发送给后台管理系统，后台管理系统进行实时结算，并将实时余额通过北斗模块发送给主控系统；当卡内余额为0、用户选择停止充电、充电电池已满或者充电时间到，控制充电枪停止为电动车充电；
还包括蓝牙模块，当用户处于其搜索范围内时，能够与用户手机通过蓝牙建立连接，接收用户发送的需求信号，并发送给主控模块；
如果需求信号为转发请求，则通过北斗模块将求救短信通过后台管理系统发送给用户提供的手机号码；
如果需求信号为转发请求，后台管理系统同时发送充电桩的位置信息及用户可能处于的区域范围；
如果需求信号为位置请求，则将充电桩的位置发送给用户。
2.如权利要求1所述的基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于，还包括BMS通讯接口，用于接收充电枪电子锁反馈信号，向充电枪发送开始、停止命令，通过充电枪读取电动汽车电池信息。
3.如权利要求1或2所述的基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于，还包括读卡器和键盘，通过读卡器读取用户卡内用户身份信息或者通过键盘输入的用户编号通过后台管理系统获取用户身份信息。
4.如权利要求1或2所述的基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于，还包括人机交互模块，用户通过人机交互模块选择按时间充电、电池充满或按费用充电，如果为按时间充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够，则在充电时间到达设定时间后，控制充电枪停止为电动车充电；如果为电池充满，则在电池充满后或者卡内余额为0时，控制充电枪停止为电动车充电；如果为按费用充电，主控模块接收卡内余额，判断卡内余额是否足够，如果不够则通过人机交互模块显示金额不足，如果足够充电至设定金额后，控制充电枪停止为电动车充电。
5.如权利要求4所述的基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于，还包括语音提示模块，当卡内余额为0、开始充电和停止充电，输出对应的信息播报。
6.根据权利要求1所述的基于北斗模块充电桩控制系统，其特征在于：北斗模块包括卫星无线电导航业务RNSS模块和卫星无线电测定业务RDSS模块，主控模块通过UART接口与RDSS、RNSS模块进行通信。
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