CN115663943A - 一种可选充电接口的物联网充电站及充电管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可选充电接口的物联网充电站及充电管理方法，充电站包括充电柜及设置在充电柜内的中控系统、充电器和通讯模块，通讯模块至少包括CAN通讯单元、无线通讯单元和串口讯通单元，中控系统通过所述CAN通讯单元与充电器连接，并通过控制与充电器一一对应的继电器以控制给对应的充电器上电，中控系统通过无线通讯单元与充电站外部的移动终端连接；充电器的数量为多个，充电器的类型参数有多种，根据所述类型参数为待充电的电池包匹配对应的充电器，充电器通过串口通讯单元与电池包的BMS连接。本发明克服了现有充电站无法选择充电接口及无法实现物联网的缺陷，提高电池充电的安全性，便于实时对电池充电状态进行监控。

Description

一种可选充电接口的物联网充电站及充电管理方法

技术领域

本发明涉及充电站控制领域，特别涉及一种可选充电接口的物联网充电站及充电管理方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，当今时代已经发展到三网合一的物联网时代。在真正的物联网系统下，提供良好的安全措施或能够对安全措施进行升级，以保障系统的可用性。物联网概念是在传感网和射频识别发展起来的，其理念是通过网络技术将传感网的信息进行远距离传输和处理。

现在的物联网充电站，不能选择充电接口，整个充电站的接口都是一样的，但现有的电池各式各样，标称电压不同，电池容量不同，电池材质不同(有三元锂电池、磷酸铁锂电池等等)，充电的电压、电流、终止电压不同，而使用统一接口无疑会对某些不适配的电池造成不可逆的损失，这就限制了物联网充电站的实用性。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种可选充电接口的物联网充电站及充电管理方法，全面感知，可靠传递，实现自动智能处理，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种可选充电接口的物联网充电站，包括充电柜及设置在所述充电柜内的中控系统、充电器和通讯模块，所述通讯模块至少包括CAN通讯单元、无线通讯单元和串口讯通单元，所述中控系统通过所述CAN通讯单元与充电器连接，并通过控制与所述充电器一一对应的继电器以控制给对应的充电器上电，所述中控系统通过无线通讯单元与充电站外部的移动终端连接；

所述充电器的数量为多个，充电器的类型参数有多种，根据所述类型参数为待充电的电池包匹配对应的充电器，所述充电器通过串口通讯单元与所述电池包的BMS连接；

所述充电柜外部还设有显示器，所述显示器为触摸屏，响应于在所述触摸屏上的对话框中选择电池的标称电压、容量，以正确连接电池并由所述中控系统确定适配的充电器；

所述中控系统获取BMS发送的电池包信息，判断待充电的电池包与当前连接的充电器是否匹配，若匹配，向移动终端发送支付请求；若不匹配，则请求移动终端确认是否更换连接其他充电器，和/或将分析得到与待充电的电池包匹配的充电器并将其推送至移动终端；

所述充电器被配置为与所述BMS进行握手检测和数据交互，待数据交互协议论证安全无误后，充电器将电池包的数据通过充电站内部的CAN控制器局域网和以太网汇集到所述中控系统，其中，所述电池包的数据包括电池的ID、电池容量、电池的荷电状态SOC、单体电池的并联数、串联数、电池包内部温度、电池的健康状态SOH信息中的一种或多种。

进一步地，每台充电柜配置有多路充电器并允许多路充电器同时进行充电的同时保持和物联网的交互；

所述中控系统与互联网的联系由互联网通讯模块负责，其还被配置为发射移动数据通讯信号，以确保所述充电站在4G覆盖范围内与互联网的联系，所述中控系统定时发出网络诊断管理报文，各个充电柜的多路充电器按照所述报文的格式，依次予以应答，报出自身的优先级别较高的运行状态和优先级别较低的网络管理报文，以在所述中控系统上形成充电站中充电器的动态数据库。

进一步地，所述显示器能够显示充电器的类型参数和/或充电费用和/或当前充电状态。

进一步地，所述充电柜内还设有温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置，所述温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置通过串口通讯单元与中控系统连接，所述中控系统能够根据温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置的检测结果触发报警装置。

进一步地，所述触摸屏用于供用户输入充电器的选择结果及充电时间，所述中控系统根据用户的输入信息，通过所述显示器向用户反馈充电费用信息及相关的收款码。

进一步地，所述中控系统判断所述移动终端是否完成支付，若是，则控制被选择的充电器所对应的继电器闭合，以开启对电池包的充电。

进一步地，在充电过程中，所述中控系统通过CAN通讯局域网定时收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份。

进一步地，响应于移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述中控系统获取与该移动终端对应的电池包身份信息，并根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并发送至所述移动终端。

另一方面，本发明提供了一种基于上述的物联网充电站的充电管理方法，包括：

选择与待充电的电池包相匹配的充电器，并将其与电池包连接；

充电器通过串口通讯单元获取电池包的BMS发送的电池包信息；

充电器通过CAN通讯单元将所述电池包信息发送至中控系统；

中控系统判断当前连接的充电器与电池包是否匹配，若匹配，则根据该充电器反馈充电费用和支付方式，若不匹配，则反馈提醒信息或推送匹配的充电器信息；

直至充电器与连接的电池包匹配，或者用户确认当前连接方式，则判断是否完成支付充电费用，若是，控制所述充电器对应的继电器闭合，以开启对所述电池包的充电。

进一步地，在开启对所述电池包的充电之后还包括：

中控系统通过CAN通讯局域网定时收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份；

接收移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述查询请求包括请求查询的电池包身份信息；

所述中控系统根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并将其发送至移动终端。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)充电站配备不同的充电器，为用户选择与电池包相匹配的充电器提供可能；

2)通过交互触摸屏可以实现充电器的选择；

3)通过移动终端可以实现充电器的选择及充电状态数据的查询；

4)根据充电时间和充电器的类型而制定充电费用，利用移动终端支付充电费用，合理便捷；

5)充电桩根据与待充电的电池包的BMS交互，以对用户选择的充电器进行核查，避免不适配的充电器对电池充电的情况，提高电池充电的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的可选充电接口的物联网充电站的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本发明的一个实施例中，提供了一种可选充电接口的物联网充电站，参见图1，所述物联网充电站包括充电柜及设置在所述充电柜内的中控系统、充电器和通讯模块，所述通讯模块至少包括CAN通讯单元、无线通讯单元(比如无线发射天线、接收天线)和串口讯通单元，所述中控系统通过所述CAN通讯单元与充电器连接，并通过控制与所述充电器一一对应的继电器以控制给对应的充电器上电，所述中控系统通过无线通讯单元与充电站外部的移动终端连接；

所述充电器的数量为多个，充电器的类型参数有多种，根据所述类型参数为待充电的电池包匹配对应的充电器，所述充电器通过串口通讯单元与所述电池包的BMS(电池管理系统，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)连接。

所述充电柜外部还设有显示器，所述显示器为触摸屏，响应于在所述触摸屏上的对话框中选择电池的标称电压、容量，以正确连接电池并由所述中控系统确定适配的充电器；所述中控系统获取BMS发送的电池包信息，判断待充电的电池包与当前连接的充电器是否匹配，若匹配，向移动终端发送支付请求；若不匹配，则请求移动终端确认是否更换连接其他充电器，将分析得到与待充电的电池包匹配的充电器并将其推送至移动终端；

所述充电器被配置为与所述BMS进行握手检测和数据交互，待数据交互协议论证安全无误后，充电器将电池包的数据通过充电站内部的CAN控制器局域网和以太网汇集到所述中控系统，其中，所述电池包的数据包括电池的ID、电池容量、电池的荷电状态SOC、单体电池的并联数、串联数、电池包内部温度、电池的健康状态SOH信息中的一种或多种。

每台充电柜配置有多路充电器并允许多路充电器同时进行充电的同时保持和物联网的交互；所述中控系统与互联网的联系由互联网通讯模块负责，其还被配置为发射移动数据通讯信号，以确保所述充电站在4G覆盖范围内与互联网的联系，所述中控系统定时发出网络诊断管理报文，各个充电柜的多路充电器按照所述报文的格式，依次予以应答，报出自身的优先级别较高的运行状态和优先级别较低的网络管理报文，以在所述中控系统上形成充电站中充电器的动态数据库。

其中，物联网充电站由N台智能充电柜和后台数据处理平台构成，物联网充电站的主要控制设备是中控系统，中控系统控制板安装在充电柜内部，在本发明的一个可选实施例中，每台充电柜有12路充电器，一个充电柜一次可以允许12台充电器同时进行充电，并保持和物联网的交互，具体如下：每一路充电器有CAN网络接口和RS485接口，与充电站内的充电器保持有线网络联系，每台充电器和中控系统的继电器板，有一个专用的远程控制供电插座，接受中控系统的指令，控制配电板相应的继电器，控制供电插座的通断，中控系统的配电系统有电表、漏电保护开关、接触器和各种保护电路，确保充电站安全合理运行，多个充电器对应的继电器优选集成为继电器板。所述中控系统中的通讯主板印制板上设有CAN接口，10M/100/以太网接口，无线网络模块接口，和RS232，RS485接口，128*64LCD接口，以满足各种通讯单元的连接。

中控系统和互联网的联系由互联网通讯模块负责，通讯模块安装在互联网通讯发射天线装置内。挂在充电站开阔敞亮的地方，通讯模块主板有CAN局域网接口，以及RS485接口，和中控系统保持有线网络联系，同时发射4G信号，和互联网后台进行联系。在中控系统，无线发射天线，通过通讯模块接口，向互联网云端发射4G信号，只要在4G网络覆盖的范围，就可保证充电站与互联网的可靠联系。充电站中控系统就是充电站控制器局域网网络的主人，负责CAN控制器局域网的管理，每1000毫秒发出一次网络诊断管理报文，这CAN网络上的所有充电器，包括12台和其他充电柜的充电器，按照CAN报文的格式，依次予以应答，报出自身的优先级别较高的运行状态，故障情况等，以及优先级别较低的网络管理报文，在中控系统上形成充电站充电器的动态数据库。

CAN控制器局域网通讯，基于报文格式，而不是基于网络地址，短帧结构，实时性好，抗干扰能力强，物联网充电站内的充电器，采用CAN总线连接，组成CAN控制器局域网。CAN通讯的标识符越小，优先级越高。我们可以根据各种信号的优先权的高低，设计不同的标识符，决定传输的先后。

为了向用户显示信息和实现用户与中控系统之间的交互，所述充电柜外部还设有用于显示充电器的类型参数和/或充电费用和/或当前充电状态的显示器(比如13寸液晶显示器)，具体显示的信息和交互的方式在下面详述。

在本发明的一个优选实施例中，所述充电柜内还设有温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置，所述温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置通过串口通讯单元与中控系统连接，所述中控系统能够根据温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置的检测结果触发报警装置。在充电过程中，无论电池本身的故障，还是充电器的故障，例如过热，短路、过流或输入电路异常，柜体烟雾等等，立即触发、激活现场的救援保护、发出声、光报警和数据，杜绝现在因为充电引发的火灾事故频发的现状，以便充电站监控人员实时查看整个充电站的安全运行情况。做出合理的处理方案。

物联网充电站是建立在大数据的基础上的，充电流程如下：

当用户到达充电站的指定区域，按照充电站的提示，扫二维码NFC标签，激活充电系统以后，显示器(触摸屏)上首先出现选择对话框，由用户选择，电池的标称电压、电池的容量、电池的材质等，上述信息在电池BMS中可以进一步核实)正确连接电池以后，由中控系统核实确定对应的充电器，启动相应的继电器动作，开始给电池充电，即所述中控系统获取BMS发送的电池包信息，判断待充电的电池包与当前连接的充电器是否匹配，若匹配，向移动终端发送支付请求；若不匹配，则请求移动终端确认是否更换连接其他充电器，和/或分析得到与待充电的电池包匹配的充电器并将其推送至移动终端。充电器将通过RS485，与电池的BMS进行握手检测和数据交互。待数据交互协议论证安全无误后，充电器将电池包的数据(电池的ID、电池容量、电池的荷电状态SOC、单体电池的并联数、串联数、电池包内部温度、电池的健康状态SOH等信息)通过充电站内部的CAN控制器局域网和以太网汇集到充电站的中控系统。

优选地，所述显示器具有触摸屏，所述触摸屏用于供用户输入充电器的选择结果及充电时间，所述中控系统根据用户的输入信息，通过所述显示器向用户反馈充电费用信息及相关的收款码。在启动充电流程以前，充电站首先，通过充电站屏幕上显示的收费标准，解决网络结算的收费方法，等网络结算、收费的事务性工作处理完毕以后，充电站启动正式充电流程，给电池充电。

然后，所述中控系统判断所述移动终端是否完成支付，若是，则控制被选择的充电器所对应的继电器闭合，以开启对电池包的充电。中控系统通过4G网络或以太网接收到数据中心反馈的数据，再通过充电站内部的CAN控制器局域网，下发各路充电器的充电指令。中控系统发出网络配置、诊断的指令，每一个充电器都必须回答中控系统网络诊断的请求，响应中控系统关于配置的请求，中控系统了解每一个充电器的标称电压，容量，材质(三元锂电池还是磷酸铁锂电池，这些，电池的BMS都应该有，用户自己输入的，中控系统作为参考，进一步确认后开通，确保电池包的安全。)等关键参数，在中控系统形成简易的配置表，这样，中控系统就掌握每一个充电器的相关参数，了解相应的继电器，给指定的充电器上电，正式开始充电流程。实现可以选择充电接口，克服现有许多充电站不能选择充电接口的弊端。

更优选地，在充电过程中，所述中控系统通过CAN通讯局域网定时(比如每隔1000毫秒)收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份，中控系统将整个电池包的信息打包，通过4G网络或以太网传输到后台数据中心，数据中心根据充电站中控系统发来的信息，掌握电池包的容量、材质是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，最高电压和容许的最大电流等技术参数。基于上述数据记录和备份，响应于移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述中控系统获取与该移动终端对应的电池包身份信息，并根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并发送至所述移动终端。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种基于上述实施例所述的物联网充电站的充电管理方法，包括以下流程：

选择与待充电的电池包相匹配的充电器，并将其与电池包连接；

充电器通过串口通讯单元获取电池包的BMS发送的电池包信息；

充电器通过CAN通讯单元将所述电池包信息发送至中控系统；

中控系统判断当前连接的充电器与电池包是否匹配，若匹配，则根据该充电器反馈充电费用和支付方式，若不匹配，则反馈提醒信息或推送匹配的充电器信息；

直至充电器与连接的电池包匹配，或者用户确认当前连接方式，则判断是否完成支付充电费用，若是，控制所述充电器对应的继电器闭合，以开启对所述电池包的充电。

进一步地，在开启对所述电池包的充电之后还包括：

中控系统通过CAN通讯局域网定时收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份；

接收移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述查询请求包括请求查询的电池包身份信息；

所述中控系统根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并将其发送至移动终端。

本发明克服了现有充电站无法选择充电接口及无法实现物联网的缺陷，便于实时对电池充电状态进行监控，在移动终端的手机上，就能对充电站进行控制，在手机上能看到充电状态和充电的主要参数，确保充电的安全，防止充电过程参数不合理，对电池寿命产生伤害，提高电池充电的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可选充电接口的物联网充电站，其特征在于，包括充电柜及设置在所述充电柜内的中控系统、充电器和通讯模块，所述通讯模块至少包括CAN通讯单元、无线通讯单元和串口讯通单元，所述中控系统通过所述CAN通讯单元与充电器连接，并通过控制与所述充电器一一对应的继电器以控制给对应的充电器上电，所述中控系统通过无线通讯单元与充电站外部的移动终端连接；

所述充电器的数量为多个，充电器的类型参数有多种，根据所述类型参数为待充电的电池包匹配对应的充电器，所述充电器通过串口通讯单元与所述电池包的BMS连接；

所述充电柜外部还设有显示器，所述显示器为触摸屏，响应于在所述触摸屏上的对话框中选择电池的标称电压、容量，以正确连接电池并由所述中控系统确定适配的充电器；

所述中控系统获取BMS发送的电池包信息，判断待充电的电池包与当前连接的充电器是否匹配，若匹配，向移动终端发送支付请求；若不匹配，则请求移动终端确认是否更换连接其他充电器，和/或将分析得到与待充电的电池包匹配的充电器并将其推送至移动终端；

所述充电器被配置为与所述BMS进行握手检测和数据交互，待数据交互协议论证安全无误后，充电器将电池包的数据通过充电站内部的CAN控制器局域网和以太网汇集到所述中控系统，其中，所述电池包的数据包括电池的ID、电池容量、电池的荷电状态SOC、单体电池的并联数、串联数、电池包内部温度、电池的健康状态SOH信息中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的物联网充电站，其特征在于，每台充电柜配置有多路充电器并允许多路充电器同时进行充电的同时保持和物联网的交互；

所述中控系统与互联网的联系由互联网通讯模块负责，其还被配置为发射移动数据通讯信号，以确保所述充电站在4G覆盖范围内与互联网的联系，所述中控系统定时发出网络诊断管理报文，各个充电柜的多路充电器按照所述报文的格式，依次予以应答，报出自身的优先级别较高的运行状态和优先级别较低的网络管理报文，以在所述中控系统上形成充电站中充电器的动态数据库。

3.根据权利要求1所述的物联网充电站，其特征在于，所述显示器能够显示充电器的类型参数和/或充电费用和/或当前充电状态。

4.根据权利要求1所述的物联网充电站，其特征在于，所述充电柜内还设有温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置，所述温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置通过串口通讯单元与中控系统连接，所述中控系统能够根据温度传感器、湿度传感器和/或烟雾检测装置的检测结果触发报警装置。

5.根据权利要求3所述的物联网充电站，其特征在于，所述触摸屏用于供用户输入充电器的选择结果及充电时间，所述中控系统根据用户的输入信息，通过所述显示器向用户反馈充电费用信息及相关的收款码。

6.根据权利要求3所述的物联网充电站，其特征在于，所述中控系统判断所述移动终端是否完成支付，若是，则控制被选择的充电器所对应的继电器闭合，以开启对电池包的充电。

7.根据权利要求1所述的物联网充电站，其特征在于，在充电过程中，所述中控系统通过CAN通讯局域网定时收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份。

8.根据权利要求7所述的物联网充电站，其特征在于，响应于移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述中控系统获取与该移动终端对应的电池包身份信息，并根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并发送至所述移动终端。

9.一种基于权利要求1所述的物联网充电站的充电管理方法，其特征在于，包括：

选择与待充电的电池包相匹配的充电器，并将其与电池包连接；

充电器通过串口通讯单元获取电池包的BMS发送的电池包信息；

充电器通过CAN通讯单元将所述电池包信息发送至中控系统；

中控系统判断当前连接的充电器与电池包是否匹配，若匹配，则根据该充电器反馈充电费用和支付方式，若不匹配，则反馈提醒信息或推送匹配的充电器信息；

直至充电器与连接的电池包匹配，或者用户确认当前连接方式，则判断是否完成支付充电费用，若是，控制所述充电器对应的继电器闭合，以开启对所述电池包的充电。

10.根据权利要求9所述的充电管理方法，其特征在于，在开启对所述电池包的充电之后还包括：

中控系统通过CAN通讯局域网定时收集当前处于充电状态的各个电池包的充电数据，并将充电数据提交至云端服务器数据中心进行数据记录和备份；

接收移动终端对电池包充电数据的查询请求，所述查询请求包括请求查询的电池包身份信息；

所述中控系统根据所述电池包身份信息向云端服务器数据中心调取对应的电池包充电数据，并将其发送至移动终端。

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