CN112448959A - 一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式 - Google Patents

一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，包括通信协议和报文两部分，其中通信协议包括：充电桩根据不同的工作状态向控制中心发送报文，报文中携带了相应的工作状态信息和相应的参数，其中报文包括注册报文和业务报文，仅注册报文后充电桩收到后回复注册成功报文，其余报文则不回复；所述报文包括伪头部、UDP头部和数据部分，其中伪头部携带了源IP和目的IP信息，UDP头部携带了源端口和目的端口信息，数据部分携带了业务类型数据，本发明用于充电桩与控制中心的通信，采用UDP报文的形式，不必担心数据丢包造成的充电故障，从而保证了其充电桩的稳定性。

Description

一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式
技术领域
本发明涉及充电桩领域，具体涉及一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式。
背景技术
充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。
充电桩在充电过程中，需要不断接受从汽车上传的报文以便对充电输出电压和电流进行调节，目前采用的报文一般是采用TCP/IP协议，其缺点在于一旦报文丢失或中断一个，就会造成系统的非正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，用于充电桩与控制中心的通信，采用UDP报文的形式，不必担心数据丢失，从而保证了其充电桩的稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，包括通信协议和报文两部分，其中通信协议包括：
充电桩根据不同的工作状态向控制中心发送报文，报文中携带了相应的工作状态信息和相应的参数，其中报文包括注册报文和业务报文，注册报文后充电桩收到后回复注册成功报文，充电结束也要回服务器也要返回ACK报文；
所述报文包括伪头部、UDP头部和数据部分，其中伪头部携带了源IP和目的IP信息，UDP头部携带了源端口和目的端口信息，数据部分携带了业务类型数据。
进一步的，所述伪头部包括源IP地址码、目的IP地址码、协议号码、UDP长度码以及一个填充数据码。
进一步的，所述UDP头部包括源端口号码、目的端口码、UDP总长度码以及一个校验和码。
进一步的，所述数据部分的字符串长度为320Bytes。
进一步的，所述注册报文的业务流程为：
充电桩上电后，内部有一个定时器，每次执行时向控制中心发送一个注册报文；
控制中心收到该报文后，回复注册成功报文，该报文使充电桩删除定时器，并启动心跳定时器；
注册报文中携带充电桩的唯一标志 SN，控制中心根据 SN 区分每一个充电桩，该 SN以二维码的形式显示在充电桩上；
若充电桩未收到控制中心的注册成功报文，那么充电桩将持续发送注册报文，直到收到来自控制中心的注册成功报文为止；
控制中心需要处理来自同一个充电桩的重复的注册报文；
注册报文使用特定的端口号，在该端口上只有注册报文和注册成功报文；
异常情况 1：
注册报文携带的 SN 和已有充电桩重复3 次以上，控制中心端回复 ACK_注册失败并告警下行链路故障，直至充电桩停止发送冲突SN注册报文，告警消除；3次以下重复的注册报文，控制中心回复 ACK_注册成功。
异常情况 2：
注册成功报文丢失，充电桩未收到回复则持续发送注册报文，直到收到注册成功报文；
注册结果成功或失败作为报文参数携带回去。
进一步的，所述业务报文的业务类型包括心跳、充电准备、充电、充电结束、设置充电桩参数和计费；
所述心跳业务流程为：
充电桩收到注册成功报文后，充电桩内部状态变为待机状态，该状态下，充电桩将持续向控制中心发送心跳报文；
心跳报文使用特定的端口，每分钟发送一次；
控制中心不对心跳报文进行回应。但会据以维护一个充电桩的在线状态；
异常情况：
心跳报文丢失时，控制中心端需要有超时机制检测到心跳丢失，并进行故障告警，告警在心跳恢复后自动消除，充电桩处于离线状态。
进一步的，所述充电准备业务流程为：
用户通过 APP 扫码进入充电页面，触发充电流程。
控制中心检测余额等条件满足后，向充电桩下发充电请求报文。
充电桩接到充电请求报文后，回复充电准备报文，上报充电准备数据。
充电桩持续发送充电准备报文，直到所有充电条件满足开始充电，则停止发送充电准备报文，开始发送充电报文；
异常情况：
如果充电桩无法进行充电，它仍将持续发送充电准备报文，报文中参数携带了充电准备失
败的信息，控制中心根据参数判断；
如果最终充电成功，该告警在充电桩停止发送充电准备报文后自动消除；
如果最终充电失败：
1） 车的问题：充电失败，最终桩回到待机状态；
2） 桩的问题：充电失败，控制中心端对该充电桩进行故障告警，但一直可用。
进一步的，所述充电和充电结束的业务流程为：
充电桩完成充电准备后，开始充电。这时开始发送充电报文。
异常情况：
充电桩故障。充电报文中携带的参数超出阈值时，充电桩需要判断自身产生了故障，
并自动停止充电，同时使用充电报文携带故障参数信息，控制中心据以判断充电时发生了故障并对超阈值的参数进行告警。
充电桩停止充电后，停止发送充电报文。充电桩回到待机状态（可以继续使用）。
控制中心应记录充电桩充电中发生故障的次数（不是报文数，多个报文可能来源于一次故障）。
充电结束
1 用户通过 APP 手工停止
下发停止充电报文，充电桩处理该报文，停止充电。
在充电过程中，以及停止充电后，心跳报文都持续正常发送。
异常情况：
停止充电报文丢失。如果 控制中心发现充电桩仍在充电（仍有充电报文），则重新发送停止
充电报文（每隔 3 秒发一次，共发 10 次）。
1）直至充电报文消失。
2）如果 30 秒中仍有充电报文，告警（无法停止充电，请手工停止）。
2.1）现场通过手工急停按钮停止充电。
2.2）考虑增加 控制中心的的例行 ACK，充电桩超时后自动停止充电。(暂时不做)
怎么区分 1）上行链路故障，收不到充电报文；2）从充电状态停止充电；
——参数表中有一个参数可以标记“已停止充电”。
2 充电结束自动停止
当用户余额不足，或者电池已充满时，充电桩自动停止充电。停止充电后，停止发送充电报文。
异常情况：
停止充电失败。如果充电桩无法停止充电，它仍将持续发送充电报文，控制中心不感知故障，直到现场手工急停。
进一步的，所述设置充电桩参数业务流程为：
控制中心下发设置参数报文，充电桩回复 ACK_设置参数报文，携带了所有的已设置参数。
控制中心判断一致性，以及是否重发。重发 3 次后告警。
异常场景：
设置参数报文丢失。控制中心设定定时器接收 ACK_设置参数报文，如果没收到该报文，或者收到的报文中数据不一致，则重复发送该设置参数报文。
进一步的，所述计费业务流程为：
在充电报文中携带用户余额（或用电量）信息，控制中心据以更新用户余额。
异常场景 ：
链路故障，新的充电报文无法送达控制中心，由于充电桩可能无法感知链路故障，那么这时充电桩应该：继续充电，记录计费信息，并确保最终的计费信息可送达控制中心；
而控制中心则：控制中心锁定该订单，暂不进行结算操作，等通信链路恢复正常之后，根据充电桩上传。
对于上述 3 种充电停止场景分别考虑：
3.7.1 充电中故障
充电桩自动检测参数超出阈值，停止充电。
控制中心端以最后一次充电报文携带的充电计费信息为准。
3.7.2 APP 停止充电
充电桩接到停止充电报文后，停止充电，停止发送充电报文。
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准。
3.7.3 充电桩自动停止充电
充电桩停止充电后，停止发送充电报文。
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准。
3.7.3充电桩无法停止充电
充电桩无法停止充电（不论是 app 下发指令，或者充电桩自主停止），都会最终需要人工急停停止。这种情况下，控制中心仍然以最后一次的充电报文携带的计费信息为准。
本发明的有益效果是：和传统的充电桩使用TCP/IP协议相比，本发明不用担心充电过程中的报文中断或丢失问题（这里所说的中断和丢失仅限于短时中断和少量的丢失），即使出现短时的报文中断或报文丢失，其恢复连接后仍然可以保证充电桩的正常工作。
附图说明
图1为本发通信协议和报文格式；
图2为充电桩的业务流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参考图1所示，一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，包括通信协议和报文两部分，其中通信协议包括：
充电桩根据不同的工作状态向控制中心发送报文，报文中携带了相应的工作状态信息和相应的参数，其中报文包括注册报文和业务报文，注册报文后充电桩收到后回复注册成功报文，充电结束也要回服务器也要返回ACK报文；
所述报文包括伪头部、UDP头部和数据部分，其中伪头部携带了源IP和目的IP信息，UDP头部携带了源端口和目的端口信息，数据部分携带了业务类型数据。
其中充电桩设计原则：
1） Server （控制中心）保存充电桩状态的目的，一是服务来自 WEB 的客户请求（而不是用于处理来自充电桩的报文）；二是对外提供状态和告警显示。
2） 从充电桩的角度来看，Server 提供的是无状态服务。从 Server 的角度看，充电桩提供的也是无状态服务。
3） 充电桩的故障由充电桩自身处理，不通过 Server 端进行故障处理。以简化两端的状态依赖。
4） Server 可感知某些故障场景，并进行告警（但不下发控制指令处理故障）。
图2中的告警不是一个状态，而是状态转移中的一个行为。
进一步的，所述伪头部包括源IP地址码、目的IP地址码、协议号码、UDP长度码以及一个填充数据码。
进一步的，所述UDP头部包括源端口号码、目的端口码、UDP总长度码以及一个校验和码。
进一步的，所述数据部分的字符串长度为320Bytes。
进一步的，所述注册报文的业务流程为：
充电桩上电后，内部有一个定时器，每次执行时向控制中心发送一个注册报文；
控制中心收到该报文后，回复注册成功报文，该报文使充电桩删除定时器，并启动心跳定时器；
注册报文中携带充电桩的唯一标志 SN，控制中心根据 SN 区分每一个充电桩，该 SN以二维码的形式显示在充电桩上；
若充电桩未收到控制中心的注册成功报文，那么充电桩将持续发送注册报文，直到收到来自控制中心的注册成功报文为止；
控制中心需要处理来自同一个充电桩的重复的注册报文；
注册报文使用特定的端口号，在该端口上只有注册报文和注册成功报文；
异常情况 1：
注册报文携带的 SN 和已有充电桩重复3 次以上，控制中心端回复 ACK_注册失败并告警下行链路故障，直至充电桩停止发送冲突SN注册报文，告警消除；3次以下重复的注册报文，控制中心回复 ACK_注册成功。
异常情况 2：
注册成功报文丢失，充电桩未收到回复则持续发送注册报文，直到收到注册成功报文；
注册结果成功或失败作为报文参数携带回去。
进一步的，所述业务报文的业务类型包括心跳、充电准备、充电、充电结束、设置充电桩参数和计费；
所述心跳业务流程为：
充电桩收到注册成功报文后，充电桩内部状态变为待机状态，该状态下，充电桩将持续向控制中心发送心跳报文；
心跳报文使用特定的端口，每分钟发送一次；
控制中心不对心跳报文进行回应。但会据以维护一个充电桩的在线状态；
异常情况：
心跳报文丢失时，控制中心端需要有超时机制检测到心跳丢失，并进行故障告警，告警在心跳恢复后自动消除，充电桩处于离线状态。
进一步的，所述充电准备业务流程为：
用户通过 APP 扫码进入充电页面，触发充电流程。
控制中心检测余额等条件满足后，向充电桩下发充电请求报文。
充电桩接到充电请求报文后，回复充电准备报文，上报充电准备数据。
充电桩持续发送充电准备报文，直到所有充电条件满足开始充电，则停止发送充电准备报文，开始发送充电报文；
异常情况：
如果充电桩无法进行充电，它仍将持续发送充电准备报文，报文中参数携带了充电准备失
败的信息，控制中心根据参数判断；
如果最终充电成功，该告警在充电桩停止发送充电准备报文后自动消除；
如果最终充电失败：
1） 车的问题：充电失败，最终桩回到待机状态；
2） 桩的问题：充电失败，控制中心端对该充电桩进行故障告警，但一直可用。
进一步的，所述充电和充电结束的业务流程为：
充电桩完成充电准备后，开始充电。这时开始发送充电报文。
异常情况：
充电桩故障。充电报文中携带的参数超出阈值时，充电桩需要判断自身产生了故障，
并自动停止充电，同时使用充电报文携带故障参数信息，控制中心据以判断充电时发生了故障并对超阈值的参数进行告警。
充电桩停止充电后，停止发送充电报文。充电桩回到待机状态（可以继续使用）。
控制中心应记录充电桩充电中发生故障的次数（不是报文数，多个报文可能来源于一次故障）。
充电结束
1 用户通过 APP 手工停止
下发停止充电报文，充电桩处理该报文，停止充电。
在充电过程中，以及停止充电后，心跳报文都持续正常发送。
异常情况：
停止充电报文丢失。如果 控制中心发现充电桩仍在充电（仍有充电报文），则重新发送停止
充电报文（每隔 3 秒发一次，共发 10 次）。
1）直至充电报文消失。
2）如果 30 秒中仍有充电报文，告警（无法停止充电，请手工停止）。
2.1）现场通过手工急停按钮停止充电。
2.2）考虑增加 控制中心的的例行 ACK，充电桩超时后自动停止充电。(暂时不做)
怎么区分 1）上行链路故障，收不到充电报文；2）从充电状态停止充电；
——参数表中有一个参数可以标记“已停止充电”。
2 充电结束自动停止
当用户余额不足，或者电池已充满时，充电桩自动停止充电。停止充电后，停止发送充电报文。
异常情况：
停止充电失败。如果充电桩无法停止充电，它仍将持续发送充电报文，控制中心不感知故障，直到现场手工急停。
进一步的，所述设置充电桩参数业务流程为：
控制中心下发设置参数报文，充电桩回复 ACK_设置参数报文，携带了所有的已设置参数。
控制中心判断一致性，以及是否重发。重发 3 次后告警。
异常场景：
设置参数报文丢失。控制中心设定定时器接收 ACK_设置参数报文，如果没收到该报文，或者收到的报文中数据不一致，则重复发送该设置参数报文。
进一步的，所述计费业务流程为：
在充电报文中携带用户余额（或用电量）信息，控制中心据以更新用户余额。
异常场景：
链路故障，新的充电报文无法送达控制中心，由于充电桩可能无法感知链路故障，那么这时充电桩应该：继续充电，记录计费信息，并确保最终的计费信息可送达控制中心；
而控制中心则：控制中心锁定该订单，暂不进行结算操作，等通信链路恢复正常之后，根据充电桩上传。
对于上述 3 种充电停止场景分别考虑：
3.7.1 充电中故障
充电桩自动检测参数超出阈值，停止充电。
控制中心端以最后一次充电报文携带的充电计费信息为准。
3.7.2 APP 停止充电
充电桩接到停止充电报文后，停止充电，停止发送充电报文。
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准。
3.7.3 充电桩自动停止充电
充电桩停止充电后，停止发送充电报文。
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准。
3.7.3充电桩无法停止充电
充电桩无法停止充电（不论是 app 下发指令，或者充电桩自主停止），都会最终需要人工急停停止。这种情况下，控制中心仍然以最后一次的充电报文携带的计费信息为准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，包括通信协议和报文两部分，其中通信协议包括：
充电桩根据不同的工作状态向控制中心发送报文，报文中携带了相应的工作状态信息和相应的参数，其中报文包括注册报文和业务报文，注册报文后充电桩收到后回复注册成功报文；
所述报文包括伪头部、UDP头部和数据部分，其中伪头部携带了源IP和目的IP信息，UDP头部携带了源端口和目的端口信息，数据部分携带了业务类型数据。
2.根据权利要求1所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述伪头部包括源IP地址码、目的IP地址码、协议号码、UDP长度码以及一个填充数据码。
3.根据权利要求2所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述UDP头部包括源端口号码、目的端口码、UDP总长度码以及一个校验和码。
4.根据权利要求3所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述数据部分的字符串长度为320Bytes。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述注册报文的业务流程为：
充电桩上电后，内部有一个定时器，每次执行时向控制中心发送一个注册报文；
控制中心收到该报文后，回复注册成功报文，该报文使充电桩删除定时器，并启动心跳定时器；
注册报文中携带充电桩的唯一标志 SN，控制中心根据 SN 区分每一个充电桩，该 SN以二维码的形式显示在充电桩上；
若充电桩未收到控制中心的注册成功报文，那么充电桩将持续发送注册报文，直到收到来自控制中心的注册成功报文为止；
控制中心需要处理来自同一个充电桩的重复的注册报文；
注册报文使用特定的端口号，在该端口上只有注册报文和注册成功报文；
异常情况 1：
注册报文携带的 SN 和已有充电桩重复3 次以上，控制中心端回复 ACK_注册失败并告警下行链路故障，直至充电桩停止发送冲突SN注册报文，告警消除；3次以下重复的注册报文，控制中心回复 ACK_注册成功；
异常情况 2：
注册成功报文丢失，充电桩未收到回复则持续发送注册报文，直到收到注册成功报文；
注册结果成功或失败作为报文参数携带回去。
6.根据权利要求5所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述业务报文的业务类型包括心跳、充电准备、充电、充电结束、设置充电桩参数和计费；
所述心跳业务流程为：
充电桩收到注册成功报文后，充电桩内部状态变为待机状态，该状态下，充电桩将持续向控制中心发送心跳报文；
心跳报文使用特定的端口，每分钟发送一次；
控制中心不对心跳报文进行回应；
但会据以维护一个充电桩的在线状态；
异常情况：
心跳报文丢失时，控制中心端需要有超时机制检测到心跳丢失，并进行故障告警，告警在心跳恢复后自动消除，充电桩处于离线状态。
7.根据权利要求6所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述充电准备业务流程为：
用户通过 APP 扫码进入充电页面，触发充电流程；
控制中心检测余额等条件满足后，向充电桩下发充电请求报文；
充电桩接到充电请求报文后，回复充电准备报文，上报充电准备数据；
充电桩持续发送充电准备报文，直到所有充电条件满足开始充电，则停止发送充电准备报文，开始发送充电报文；
异常情况：
如果充电桩无法进行充电，它仍将持续发送充电准备报文，报文中参数携带了充电准备失
败的信息，控制中心根据参数判断；
如果最终充电成功，该告警在充电桩停止发送充电准备报文后自动消除；
如果最终充电失败：
1） 车的问题：充电失败，最终桩回到待机状态；
2） 桩的问题：充电失败，控制中心端对该充电桩进行故障告警，但一直可用。
8.根据权利要求7所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述充电和充电结束的业务流程为：
充电桩完成充电准备后，开始充电；
这时开始发送充电报文；
异常情况：
充电桩故障；
充电报文中携带的参数超出阈值时，充电桩需要判断自身产生了故障，并自动停止充电，同时使用充电报文携带故障参数信息，控制中心据以判断充电时发生了故障并对超阈值的参数进行告警；
充电桩停止充电后，停止发送充电报文，充电桩回到待机状态；
控制中心应记录充电桩充电中发生故障的次数；
充电结束包括：
用户通过 APP 手工停止；
下发停止充电报文，充电桩处理该报文，停止充电；
在充电过程中，以及停止充电后，心跳报文都持续正常发送；
异常情况：
停止充电报文丢失，如果控制中心发现充电桩仍在充电，则重新发送停止；
充电报文每隔 3 秒发一次，共发 10 次；
1）直至充电报文消失；
2）如果 30 秒中仍有充电报文，告警；
2.1）现场通过手工急停按钮停止充电；
2.2）考虑增加控制中心的的例行 ACK，充电桩超时后自动停止充电；
或，充电结束自动停止；
当用户余额不足，或者电池已充满时，充电桩自动停止充电；
停止充电后，停止发送充电报文；
异常情况：
停止充电失败，如果充电桩无法停止充电，它仍将持续发送充电报文，控制中心不感知故障，直到现场手工急停。
9.根据权利要求8所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述设置充电桩参数业务流程为：
控制中心下发设置参数报文，充电桩回复ACK_设置参数报文，携带了所有的已设置参数；控制中心判断一致性，以及是否重发，重发 3 次后告警；
异常场景：
设置参数报文丢失，控制中心设定定时器接收 ACK_设置参数报文，如果没收到该报文，或者收到的报文中数据不一致，则重复发送该设置参数报文。
10.根据权利要求9所述的一种充电桩与控制中心的通信协议和报文格式，其特征在于，所述计费业务流程为：
在充电报文中携带用户余额或用电量信息，控制中心据以更新用户余额；
异常场景：
链路故障，新的充电报文无法送达控制中心，由于充电桩可能无法感知链路故障，那么这时充电桩应该：继续充电，记录计费信息，并确保最终的计费信息可送达控制中心；
而控制中心则：控制中心锁定该订单，暂不进行结算操作，等通信链路恢复正常之后，根据充电桩上传；
对于 3 种充电停止场景分别考虑：
1）充电中故障：
充电桩自动检测参数超出阈值，停止充电；
控制中心端以最后一次充电报文携带的充电计费信息为准；
2）APP 停止充电：
充电桩接到停止充电报文后，停止充电，停止发送充电报文；
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准；
3）充电桩自动停止充电：
充电桩停止充电后，停止发送充电报文；
控制中心以最后一个充电报文携带的计费信息为准；
充电桩无法停止充电：
充电桩无法停止充电不论是 app 下发指令，或者充电桩自主停止，都会最终需要人工急停停止，这种情况下，控制中心仍然以最后一次的充电报文携带的计费信息为准。
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