CN115022330B - 一种新能源汽车充电预警防护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车充电预警防护系统，涉及电动汽车充电安全防护领域。本发明包括设备接入层、预警防护层、本地服务器层、云端服务器层和安全防护平台；所述设备接入层与预警防护层通过CAN通信；所述预警防护层与所述本地服务器层Lora通信，所述本地服务器与所述云端服务器层通过4G网络通信；所述云端服务器层通过云传输将数据传输给安全防护平台。本发明通过归纳充电网中的充电安全技术问题，深入分析典型事故原因，提出了第三方独立预警系统架构，可有针对性的解决充电安全问题。

Description

一种新能源汽车充电预警防护系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电安全防护领域，更具体的说是涉及一种新能源汽车充电预警防护系统。
背景技术
面对当前世界能源和环境问题，电动汽车作为一种绿色交通工具，在应对城市二氧化碳排放带来的温室效应和改变能源结构等方面具有巨大优势和应用前景。然而电动汽车在飞速增长的同时，自燃事故频发，安全问题成为影响电动汽车发展的绊脚石。电动汽车一旦起火，温度可达到600-1000摄氏度，标配的灭火器根本无法灭火，对电动汽车用户造成一定的人身安全威胁和严重的财产损失。
随着我国电动汽车的大规模快速发展，对充电设施的信息安全防护缺乏专业能力支撑的问题亟待解决。在考虑充电设施信息安全防护等级和整体建设及运营成本的情况下，如何科学地、准确地对计划建设的和运营中的充电设施进行信息安全风险评估，进而有的放矢地实施信息安全防护措施也是充电设施信息安全防护技术研究不容忽视的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种新能源汽车充电预警防护系统，以解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新能源汽车充电预警防护系统，包括设备接入层、预警防护层、本地服务器层、云端服务器层和安全防护平台；所述设备接入层与预警防护层通过CAN通信；所述预警防护层与所述本地服务器层Lora通信，所述本地服务器与所述云端服务器层通过4G网络通信；所述云端服务器层通过云传输将数据传输给安全防护平台。
可选的，所述预警防护层与所述本地服务器层485通信，所述本地服务器与所述云端服务器层通过web网络通信。
可选的，所述预警防护层包括预警装置，所述预警装置进行实时监控预警，若发现异常情况会进行预警，中止充电桩充电行为。
可选的，所述本地服务器层将预警装置传输的数据进行汇聚，并且将数据进行换算转换。
可选的，所述云端服务器层将所述本地服务器层转换汇集整理的数据存储到数据库中，所述数据库中存储的数据按照充电过程分为四个阶段，分别是握手识别阶段、参数配置阶段、充电阶段以及充电结束阶段。
可选的，所述安全防护平台通过云传输存储到云端服务器层，所述安全防护平台分为四部分：地图画面、资产管理、车辆数据查看以及历史数据分析。
可选的，所述本地服务器层用于数据转换，数据汇聚，数据查询和数据监控。
可选的，所述设备接入层用于接入电动汽车以及充电装的设备信息。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种新能源汽车充电预警防护系统，具有以下有益效果：
1、通过归纳充电网中的充电安全技术问题，深入分析典型事故原因，提出了第三方独立预警系统架构，可有针对性的解决充电安全问题。
2、通过自主开发的预警模块，有线/无线多种通信方式，实现了对磷酸铁锂电池、锂电池测量电压、测量电流、输出电流、最高/最低单体温度等27个参数的实时监测和分析，有效提升了充电安全的防护范围。
3、通过建立双层防护模型、充电网实时数据模型、充电历史数据模型和安全决策模型，提出了电动汽车充电安全防护方法，搭建了实时预警仿真系统，实现了电压超差、电流超差，温差和异常值的异常报警并可断电保护，可在着火之前做出预判防止事故的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的系统组成数据传输机制图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种电动汽车充电安全防护预警系统，如图1所示分为设备接入层、预警防护层、本地服务器层（本地存储）、云端服务器层（MySQL数据库）和安全防护平台。设备接入层中包含有电动汽车以及充电桩，电动汽车与充电桩连接充电。
预警防护层包括预警装置、必要的通信设备。充电实时数据通过CAN通信传输到预警装置，这个阶段需要将车桩通信数据进行解析并且把解析的数据通过Lora（无线）或光纤/485（有线）通信介质发送到本地服务器中，根据部署环境的不同，数据传输方式也随之改变，可将Lora通信换成485有线通信或者换成4G通信。预警装置进行实时监控预警，若发现异常情况会进行预警，必要时中止充电桩充电行为，对车桩进行保护。
本地服务器层（本地存储）中将预警装置传输的数据进行汇聚，并且将数据进行换算转换，方便进行充电信息的数据监控、整理以及查询。
云端服务器层（MySQL数据库）将本地服务器层（本地存储）转换汇集整理的数据进行存储，便于云平台的数据分析、防护模型建立和历史数据分析等。此数据库中存储的数据按照充电过程分为四个阶段，分别是握手识别阶段、参数配置阶段、充电阶段以及充电结束阶段。
安全防护平台通过云传输存储到MySQL数据库。此平台划分为四大部分：地图画面（可实现预警位置导航定位）、资产管理（车、桩、充电枪）、车辆数据查看以及历史数据分析。由于数据库内具有海量的电动汽车安全信息，需要将海量数据进行分类、归纳、历史对比，以此实现重要数据的可视化、大数据分析和充电安全预警等功能。
基于本实施例的系统、分布式、数字化、智能化技术构建了充电安全防护平台，深入融合嵌入式、云存储、云计算、大数据和人工智能技术，支撑电动汽车安全防护平台开发。平台具备的关键技术：
1）满足多种场景下的预警装置互通互联关键技术。所开发预警装置具备无线（4G/5G和Lora）、有线（485/光纤）多种通讯方式，满足居民区、商业区和工业区多场景需求和充电数据的实时数据交互和评估。
2）基于GB/27930自主开发的车桩通信协议。基于标准要求，定义通信机制，按照充电开始、充电配置、充电过程和充电结束分别获取到桩输出电压、输出电流、车需求电压以及需求电流、动力蓄电池类型、车型、车辆总电量、车辆SOC（充电状态）、是否告警、电池最高温度、电池最低温度、已充电量、充电模式以及输出功率等27个参数。
3）具备本地/远程的多种部署方式。在本地部署方面将协议与可视化平台实现了融合，在远程可通过远程访问方式，在本地部署协议，远程实现云存储。
系统包括电动汽车、充电桩、预警装置、Lora发送端、Lora接收端及云平台。
系统数据的流向（以Lora组网方案为例）如图2所示。该系统电动汽车与充电桩实现互联，所开发装置通过解析车桩实时通信（16进制），由Lora送到本地服务器，再经明文解析送到云平台并存储，采用大数据及人工智能技术实现实时监控和预警。所开发系统主要包括硬件部分和软件部分。
硬件部分是电动汽车充电安全预警装置中必不可缺的一部分，需要充分考虑抗干扰性、可靠性以及低功耗，使得装置在不同的工作环境中都可以运行，不受到信号干扰，与此同时需要降低装置的运行功率（单板子功率0.72W）。
硬件电路由以下部分组成：STM32F405单片机最小系统电路、485通信电路、状态显示电路、CAN通信电路、4G通信电路、下载电路以及电源电路，实现了对车电压需求（单位为V）；车电压测量值（电动汽车充电时，所测得的电压值，单位V）；充电机输出电压（单位V）；车电流需求（单位A）；车电流测量值（其单位A）；充电机输出电流（单位A）；最高单体电压（单位V）；最高单体温度（单位℃）和最低单体温度（单位℃）等27个参数的解析和实时监测。
软件设计由四部分组成：系统初始化、车桩充电数据采集、车桩通信协议解析以及LORA无线通信。其中初始化部分包含有定时器初始化、时钟初始化、串口初始化以及CAN初始化；数据采集部分包括CAN通信、接收数据和缓存数据；协议解析部分含有解析数据、分析数据和预警判别，数据通信部分包括LORA通信和传输数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种新能源汽车充电预警防护系统，其特征在于，包括设备接入层、预警防护层、本地服务器层、云端服务器层和安全防护平台；所述设备接入层与预警防护层通过CAN通信；所述预警防护层与所述本地服务器层Lora通信，所述本地服务器与所述云端服务器层通过4G网络通信；所述云端服务器层通过云传输将数据传输给安全防护平台；
所述预警防护层与所述本地服务器层485通信，所述本地服务器与所述云端服务器层通过web网络通信；
所述预警防护层包括预警装置，所述预警装置进行实时监控预警，若发现异常情况会进行预警，中止充电桩充电行为；
所述本地服务器层将预警装置传输的数据进行汇聚，并且将数据进行换算转换；
所述云端服务器层将所述本地服务器层转换汇集整理的数据存储到数据库中，所述数据库中存储的数据按照充电过程分为四个阶段，分别是握手识别阶段、参数配置阶段、充电阶段以及充电结束阶段；
所述安全防护平台通过云传输存储到云端服务器层，所述安全防护平台分为四部分：地图画面、资产管理、车辆数据查看以及历史数据分析；
所述本地服务器层用于数据转换，数据汇聚，数据查询和数据监控；
所述设备接入层用于接入电动汽车以及充电装的设备信息；
所述新能源汽车充电预警防护系统包括系统初始化、车桩充电数据采集、车桩通信协议解析以及LORA无线通信；
初始化部分包含有定时器初始化、时钟初始化、串口初始化以及CAN初始化；
数据采集部分包括CAN通信、接收数据和缓存数据；
所述车桩通信协议解析用于解析数据、分析数据和预警判别，其中，车桩通信协议用于表示基于标准要求，定义通信机制，按照充电开始、充电配置、充电过程和充电结束分别获取到桩输出电压、输出电流、车需求电压以及需求电流、动力蓄电池类型、车型、车辆总电量、车辆SOC、是否告警、电池最高温度、电池最低温度、已充电量、充电模式以及输出功率的参数；
数据通信部分包括LORA通信和传输数据。
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