CN113570197A - 一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络 - Google Patents

一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，面向电动交通工具的充电需求，涉及交通、军事、电力、互联网应用、仓储、居民服务等领域。本发明利用无线电能传输非接触式充电的特性，通过充电服务平台智能分析用户行为轨迹，在城市乡镇各地电动交通工具静止的区域部署无线充电装置供电侧，用电装置上部署用电感应装置，基于无线充电服务平台实现两侧装置信息交互和启停控制，提供即停即充电、即走即付费的充电服务、充电优惠信息、交通拥堵信息及出行沿线就近充电服务推荐。通过本发明构建的充电服务商业模式，将充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，用电设备充电时间化整为零，提供一种便捷充电方式，大力促进电能替代。

Description

一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络
技术领域
本发明涉及智能充电服务网络，特别是一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，其广泛用于交通、军事、电力、互联网应用、仓储、居民服务等领域。
背景技术
电动交通工具商用续航有线充电方式时，存在接触电火花等安全隐患，连接不方便，突出于地面部署易受环境限制，商用充电多在特定区域内集中部署，需要将电动交通工具停放至专门的集中充电站内。
电动汽车商用续航采用换电方式时，整车结构复杂，连接过程繁琐，建设成本高昂，规模化发展受到限制，一个充电站只能支持一品牌的电动汽车充电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为电能驱动的交通工具，提供一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，以解决电动交通工具安全、方便、持久续航的问题。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，主要由含充电客户端的无线充电服务平台，以及无线充电装置供电侧、无线充电装置用电侧感应装置组成，其中：无线充电装置供电侧使用互联网通道，通过MQTT协议实现信息回传至无线充电服务平台，充电客户端与无线充电装置用电侧感应装置进行绑定或扫描二维码，无线充电装置用电侧通过关联的充电客户端实现与平台的信息交互，无线充电装置供电侧基于采集的包括供电侧的电压、电流特征量的变化，实现输入功率、标称频率的调节，与无线充电装置用电侧感应装置通信采用无线通信方式进行交互匹配，交换双方基本信息。
所述的无线充电服务平台包括感知层、网络层、平台层和应用层，其中：感知层通过边缘物联代理与无线充电装置相连，边缘物联代理承担着典型物联网架构中的物联网网关角色，对感知层终端设备的RS485、ZigBee等有线、无线连接协议进行标准化处理，对平台层通过MQTT协议统一进行数据回传。
所述的感知层由内置通信装置、边缘物联代理、MQTT协议的无线充电装置，实现各类不同无线充电装置的异构适配、接入；网络层由公网、私网两种方式构建通道，实现无线充电网络的多种类型的网络广域覆盖；平台层基于数据中台及物联中心，实现设备、资产和实物信息的共享交互；应用层充电客户端，基于实现用户的接入和费用结算。
所述的无线充电服务平台是一种用于为用户提供用电设备充电服务、电能交易服务、无线充电装置用户侧维护服务、无线充电装置供电侧维护服务、无线充电装置用电侧推送及租售安装服务、无线充电装置供电侧租售及安装服务、交通出行与无线充电方案规划服务的物联平台。
所述的无线充电装置供电侧包括边缘物联代理、高频电源模块、电能发射模块3个部分；无线充电装置用电侧包括用电侧的电能电能接收模块、电池的充电管理模块2个部分，其中：在高频电源模块中，输入电能依次经过整流滤波、控制处理、逆变及其驱动电路处理后，通过有线方式与供电侧的电能发射模块相连。供电侧的电能发射模块与用电侧的电能接收模块完成信息交互匹配后，通过非接触的同频电磁耦合实现电能的传输，用电侧的电能接收模块接收的电能经整流滤波处理后，给用电侧的设备供电，同时边缘物联代理对无线充电装置的连接协议进行标准化处理，基于MQTT协议统一将数据回传至平台层。
所述的无线充电装置的信息交互方式：电动交通工具上部署无线充电装置中的用电侧电能接收模块和电池充电管理模块与部署在地面一下或者墙壁中的无线充电装置中的高频电源模块和供电侧电能发射模块，通过电磁感应及无线通信机制，实现电动交通工具与无线充电装置供电侧的信息交互。
所述的供电侧电能发射模块将识别到的用电侧电能接收模块的信息，上传到无线充电服务平台后，通过平台数据库识别用电侧电能接收模块绑定的用户信息。
当需要充电的设备处于到标识区域内时，本发明通过绑定的客户端提示充电确认选项，在客户端上选择充电，充电完成后，可自动保护断电并完成支付结算；如果在充电的过程中，充电设备发生移动，供电侧装置检测到用电侧装置离开标识区域，供电侧装置通过互感耦合关系确认充电设备的上述偏移后，供电侧将启动强制自动保护，停止充电并完成支付结算。
本发明可以为用户提供充电服务优惠信息、交通拥堵信息及出行沿线就近充电服务信息、停车位信息以及上述几种信息的各种优选组合推荐。
本发明通过合理的规划分布无线充电装置，接入物联平台，从而将充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，使得用电设备的充电时间化整为零，而不需要花整块的时间充电，提供一种非常便捷的充电用电方式，从而大力促进电能替代。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：
1.提供了一种非常便捷的充电用电方式，非接触充电无需下车专门操作，无接触电火花，安全方便。
2.采用了一体化封装结构，将部件隐藏式部署与地面以下或者墙壁中，无需额外占地，受环境限制小，易于规模化部署。
3.本发明所构建的物联管理平台，可以实现设备管理、设备认证、密钥配对、边缘计算，线圈识别、用户身份识别等，能够随时随地地以无感方式完成电能交通工具的充电，即停即充、即走及付费，也可以远程完成启停充电的人工确认或者平台根据充电情况自动完成确认操作，使用方便、费用结算迅捷。
4.通过合理的规划，实现了无线充电装置的泛在化部署，将电动交通工具的充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，为用户提供充电、停车服务信息、交通信息及上述几种信息的各种优选组合推荐，为用户节约宝贵的时间和方便的充电服务，从而大力促进电能替代。
附图说明
图1是无线充电服务平台结构图。
图2是用户充电过程流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，面向电动交通工具的充电需求，涉及交通、军事、电力、互联网应用、仓储、居民服务等领域。本发明利用无线电能传输非接触式充电的特性，通过充电服务平台智能分析用户行为轨迹，在城市乡镇各地电动交通工具静止的区域部署无线充电装置供电侧，用电装置上部署用电感应装置，基于无线充电服务平台实现两侧装置信息交互和启停控制，提供即停即充电、即走即付费的充电服务、充电优惠信息、交通拥堵信息及出行沿线就近充电服务推荐。通过本发明构建的充电服务商业模式，将充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，用电设备充电时间化整为零，提供一种便捷充电方式，大力促进电能替代。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。
本发明提供的基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，设有无线充电服务平台(含充电客户端)，其是一种用于为用户提供用电设备充电服务、电能交易服务、无线充电装置用户侧维护服务、无线充电装置供电侧维护服务、无线充电装置用电侧推送及租售安装服务、无线充电装置供电侧租售及安装服务、交通出行与无线充电方案规划服务的物联平台。
所述无线充电服务平台，如图1所示，包括感知层、网络层、平台层和应用层，其中：感知层实现各类不同无线充电装置的异构适配、接入；网络层实现无线充电网络的多种类型的网络(公网、私网)广域覆盖；平台层实现设备、资产和实物信息的共享交互；应用层实现用户的接入和费用结算。
所述无线充电装置，具体包括高频电源模块、供电侧的电能发射模块、用电侧的电能接收模块及电池的充电管理模块四个部分，其中：高频电源模块采用整流器、稳压模块、控制模块、逆变器及其驱动模块、保护及滤波模块组成，将三相工频交流电转换为频率、功率均可控的高频交流电源，为供电侧的电能发射模块供电，其通过预制屏蔽线缆与供电侧的电能发射模块的线圈相连；用电侧的电能接收模块和电池的充电管理模块安装在电动交通工具上，此两模块与部署在地面以下或者墙壁中的高频电源模块和供电侧的电能发射模块，通过电磁感应及无线通信机制，实现电动交通工具用电侧与无线充电装置供电侧的信息交互。
供电侧的电能发射模块将识别到的用电侧电能接收模块的信息，上传到无线充电服务平台后，通过平台数据库识别用电侧电能接收模块已经绑定的用户信息。
需要充电的设备处于到标识区域内，通过绑定的客户端提示充电确认选项，在客户端上选择充电，充电完成后，可自动保护断电并完成支付结算；如果在充电的过程中，充电设备发生移动，供电侧装置检测到用电侧装置离开标识区域，供电侧装置通过互感耦合关系确认充电设备的上述偏移后，供电侧将启动强制自动保护，停止充电并完成支付结算。
无线充电服务平台对感知层的各类设备物联信息，通过流式处理、规则引擎、人工智能及机器学习物联平台组件，经数据中台进行数据分析、处理及存储，为用户提供充电和停车服务等优惠信息、交通拥堵信息及出行沿线就近充电服务信息、停车位信息以及上述几种信息的各种优选组合推荐。通过合理的规划分布各类无线充电装置，接入物联平台，从而将电动交通工具的充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，使得用电设备的充电时间化整为零，而不需要花整块的时间充电，提供一种非常便捷的充电用电方式，从而大力促进电能替代。
本发明提供的基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，其工作过程如下：
为电动汽车加装无线充电装置的用电侧的电能接收模块和电池的充电管理模块，依托大数据分析，智选餐厅、商超、宾馆等用户消费区域附近的路边停车位，布设无线充电装置的供电侧的电能发射模块，并就近集中部署高频电源模块，使得停车位具备无线充电功能，并将无线充电装置信息接入无线充电服务平台。用户通过客户端在无线充电服务平台中注册并关联无线充电装置用电侧的信息。电动汽车用户通过无线充电服务平台中客户端查找出行信息和充电信息，按照用户自身需求确定目的地，驶入具备无线充电功能的车位后，无线充电装置供电侧检测到用电侧装置信息并发送至本发明所述网络的无线充电服务平台，平台将相关信息发送至车辆用电侧信息绑定的客户端，并在客户端显示是否充电提示确认，用户确认充电则无线充电装置供电侧启动充电，并以磁感应的方式实现电能由无线充电装置供电侧向用电侧的传输，当充电完成后，自动保护断电并完成支付结算，如果在充电的过程中，充电设备发生移动，供电侧装置检测到用电侧装置离开标识区域，供电侧装置通过互感耦合关系确认充电设备的上述偏移后，供电侧将启动强制自动保护，停止充电并完成支付结算。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的条件下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围有所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于无线电能传输技术的分布式智能充电服务网络，其特征在于，主要由含充电客户端的无线充电服务平台，以及无线充电装置供电侧、无线充电装置用电侧感应装置组成，其中：无线充电装置供电侧使用互联网通道，通过MQTT协议实现信息回传至无线充电服务平台，充电客户端与无线充电装置用电侧感应装置进行绑定或扫描二维码，无线充电装置用电侧通过关联的充电客户端实现与平台的信息交互，无线充电装置供电侧基于采集的包括供电侧的电压、电流特征量的变化，实现输入功率、标称频率的调节，与无线充电装置用电侧感应装置通信采用无线通信方式进行交互匹配，交换双方基本信息。
2.根据权利要求1所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，无线充电服务平台包括感知层、网络层、平台层和应用层，其中：感知层通过边缘物联代理与无线充电装置相连，边缘物联代理承担着典型物联网架构中的物联网网关角色，对感知层终端设备的RS485、ZigBee等有线、无线连接协议进行标准化处理，对平台层通过MQTT协议统一进行数据回传。
3.根据权利要求2所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，感知层由内置通信装置、边缘物联代理、MQTT协议的无线充电装置，实现各类不同无线充电装置的异构适配、接入；网络层由公网、私网两种方式构建通道，实现无线充电网络的多种类型的网络广域覆盖；平台层基于数据中台及物联中心，实现设备、资产和实物信息的共享交互；应用层充电客户端，基于实现用户的接入和费用结算。
4.根据权利要求2所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，无线充电服务平台是一种用于为用户提供用电设备充电服务、电能交易服务、无线充电装置用户侧维护服务、无线充电装置供电侧维护服务、无线充电装置用电侧推送及租售安装服务、无线充电装置供电侧租售及安装服务、交通出行与无线充电方案规划服务的物联平台。
5.根据权利要求4所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，无线充电装置供电侧包括边缘物联代理、高频电源模块、电能发射模块3个部分；无线充电装置用电侧包括用电侧的电能电能接收模块、电池的充电管理模块2个部分，其中：在高频电源模块中，输入电能依次经过整流滤波、控制处理、逆变及其驱动电路处理后，通过有线方式与供电侧的电能发射模块相连。供电侧的电能发射模块与用电侧的电能接收模块完成信息交互匹配后，通过非接触的同频电磁耦合实现电能的传输，用电侧的电能接收模块接收的电能经整流滤波处理后，给用电侧的设备供电，同时边缘物联代理对无线充电装置的连接协议进行标准化处理，基于MQTT协议统一将数据回传至平台层。
6.根据权利要求5所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，无线充电装置的信息交互方式：电动交通工具上部署无线充电装置中的用电侧电能接收模块和电池充电管理模块与部署在地面一下或者墙壁中的无线充电装置中的高频电源模块和供电侧电能发射模块，通过电磁感应及无线通信机制，实现电动交通工具与无线充电装置供电侧的信息交互。
7.根据权利要求5所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，供电侧电能发射模块将识别到的用电侧电能接收模块的信息，上传到无线充电服务平台后，通过平台数据库识别用电侧电能接收模块绑定的用户信息。
8.根据权利要求1所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，需要充电的设备处于到标识区域内，通过绑定的客户端提示充电确认选项，在客户端上选择充电，充电完成后，可自动保护断电并完成支付结算；如果在充电的过程中，充电设备发生移动，供电侧装置检测到用电侧装置离开标识区域，供电侧装置通过互感耦合关系确认充电设备的上述偏移后，供电侧将启动强制自动保护，停止充电并完成支付结算。
9.根据权利要求1所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，为用户提供充电服务优惠信息、交通拥堵信息及出行沿线就近充电服务信息、停车位信息以及上述几种信息的各种优选组合推荐。
10.根据权利要求1所述的分布式智能充电服务网络，其特征在于，通过合理的规划分布无线充电装置，接入物联平台，从而将充电过程完全融入用户已有的行为轨迹，使得用电设备的充电时间化整为零，而不需要花整块的时间充电，提供一种非常便捷的充电用电方式，从而大力促进电能替代。
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