CN116321035B - 一种基于5g短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源汽车充电监控相关技术领域，并公开了一种基于5G短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统，其包括充电站数据通信终端、5G核心网和电力核心网，其中该充电站数据通信终端包括用于监测电力数据的智能电表、用于获得热图像数据的红外监控摄像头以及用于接收各类数据的充电站数据服务器；该5G核心网仅在公网通信的5G基站层面进行切片，与公网之间通过短切片模式连接，并将来自充电站数据通信终端的数据接入电力核心网；该电力核心网分别用于连接至电网调度端和用户端。通过本发明，不仅可将多个电动汽车充电站完整覆盖，提高充电的可靠性和电网调度的实时性，而且还能够实时监控和快速响应充电站的各类电力数据和图像数据。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车充电监控相关技术领域，更具体地，涉及一种基于5G短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统。
背景技术
电动汽车在目前的经济社会中占有越来越重要的角色，针对目前快节奏的生活方式，电动汽车用户对充电速度要求越来越高，随之带来的是充电安全问题，急需引入检测手段进行有效监控。当大量电动汽车不同时间段随意接入充电桩时，在电网侧会引起时调峰调频问题，在电网调度侧急需开辟专用数据通道，收集、传输电动车通过电动桩充放电的各类电气数据并实现有效及时的电网调度，同时为负荷预测积累数据基础。
直流充电桩作为新能源电动汽车充电的一种终端设备，其功能相当于加油站内的加油机，随着直流充电桩功率等级的提升，整个桩体散热量越来越多，加上桩体空间和充电服务位置空间有限，充电桩本身放置在室外环境，受室外气候条件影响比较大，对充电桩的散热有更大难度，最近几年就有几次大功率直流充电桩发生烧毁的问题，其中充电桩系统散热不充分影响内部功率模块电子器件异常工作是也是很重要的一个方面。为了减少故障，提高设备的安全可靠性，保障充电安全可靠和设备的长期稳定使用，必须在直流充电桩使用过程中对直流充电桩及蓄电池进行温度监控。
电网通信领域，与传统PLC电力载波通信相比，5G无线通信具备高带宽、低时延、大连接的显著特征，且支持增强型移动宽带、海量连接和超高可靠低时延三大场景，与面向大量电动汽车充电站的电力通信需求高度契合。如何利用5G公网基站实现电力通信无线化，将成为“双碳目标”下优化城市治理能力和治理体系的最优模式，对于优化利用电能资源、提高电能利用效率具有重要意义。其中，5G切片技术作为5G的关键技术之一，它可将现有物理网络进行业务逻辑分割，形成独立的业务逻辑网络，为具有不同业务要求的行业提供相互隔离、管理功能可协商定制的网络服务。
然而，进一步的研究表明，面对宝贵的5G公网基站资源，如果电网调度侧仅选择从电信运营商单独租用切片网管控制权和物联号段经营权，并将泛在的电力数据通过完整的电信5G网切片一级级传至电力专用数据中心，则会造成整体工程造价过高，且无法让5G公网基站有效发挥公网通信、服务民生的综合作用。因此，必须更为深入地研究分析5G切片的具体环节并确定最佳的切片复用环节，以便提出更能满足实际运用场合及需求的具体解决方案。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种基于5G短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统，其中通过充分考虑与结合新能源汽车充电站及其应用场景的特征分析，针对性引入5G短切片技术来构建数据通信系统，并且进一步对其具体构造组成及其工作机理等方面做出全新设计，相应不仅可以将多个电动汽车充电站完整覆盖，显著提高充电的可靠性和电网调度的实时性，而且还能够实时监控充电站的各类电力数据和图像数据，实现更为快速和准确的响应。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于5G短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，该系统包括彼此信号相连的充电站数据通信终端、5G核心网和电力核心网，其中：
该充电站数据通信终端的数量为多个，它们各自包括智能电表、红外监控摄像头和充电站数据服务器，其中所述智能电表接入对应的直流充电桩，并用于将充电过程中的实时电压、电流、功率等电力数据传输至对应的所述充电站数据服务器；所述红外监控摄像头用于将充电过程中的电动汽车电池、充电桩及充电电缆这些对象的温度分布等热图像数据进行记录，然后传输至对应的所述充电桩数据服务器；
该5G核心网仅在公网通信的5G基站层面进行切片，与公网之间通过短切片模式连接且不占用公网UPF和承载网资源，并用于将多个所述充电站数据通信终端通过公网5G基站进行连接，由此共同将数据传输至充电站数据总服务器然后接入所述电力核心网；
该电力核心网用于接收来自所述充电站数据总服务器的各类数据，然后分别独立可控地连接至电网调度端和用户端。
进一步优选地，所述智能电表优选通过光纤连接至所述充电站数据服务器，所述红外监控摄像头优选通过NB-Lot窄带宽物联网连接至所述充电站数据服务器。
进一步优选地，所述充电站数据总服务器的数据优选通过VPN专网接入所述电力核心网，并且使用VPDN虚拟私有拨号网技术，协议使用L2TP隧道协议。
进一步优选地，所述充电站数据总服务器将数据传输到所述电网调度端后，电网侧对优选执行VPN拨入认证，并将电力调度指令下达到服务器然后传递至充电桩，以此方式实现对大规模充电站接入电网的功率调控。
进一步优选地，所述充电站数据总服务器将数据传输到所述用户端后，用户优选通过VPN连接web远程查看和管理充电桩，并进行数据查看、上传、管理等操作。
进一步优选地，上述数据之间的传输环节优选为实时和双向设计，以此方式，电网和用户可远程访问充电站的电气数据和热图像数据，并基于这些数据进行远程操作。
按照本发明的另一方面，还提供了相应的新能源汽车充电站数据通信方法。
进一步优选地，上述数据通信方法用于实现多个电动汽车充电站的完整覆盖。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
有益效果：
(1)本发明通过引入5G短切片技术，并进一步对整个数据通信系统的组成模块及工作机理重新进行了设计，相应将多个电动汽车充电站完整覆盖，数据实时连接，显著提高了充电的可靠性和电网调度的实时性；
(2)本发明的系统取代了传统的电动汽车充电监控方法，有效利用5G共用基站带宽，利用5G无线通信高带宽、低时延、大连接的显著特征，适用于支持增强型移动宽带、海量连接和超高可靠低时延三大场景，可实时监控充电站电力数据和图像数据，快速响应；
(3)本发明的系统还允许相关工作人员远程监控系统通过VPN与中央监控系统连接，远程用户也可以通过VPN连接登录进行数据查看以及充电桩管理等功能，因而尤其适用于大规模充电站接入电网等应用场合。
附图说明
图1是用于示范性说明本发明的新能源汽车充电站数据通信系统的整体构造示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
图1是用于示范性说明本发明的新能源汽车充电站数据通信系统的整体构造示意图。如图1所示，该新能源汽车充电站数据通信系统包括彼此信号相连的充电站数据通信终端、5G核心网和电力核心网，下面将对其逐一进行具体解释和说明。
对于充电站数据通信终端而言，它们的数量为多个，并各自包括智能电表、红外监控摄像头和充电站数据服务器，其中所述智能电表接入对应的直流充电桩，并用于将充电过程中的实时电压、电流、功率等电力数据传输至对应的所述充电站数据服务器；所述红外监控摄像头用于将充电过程中的电动汽车电池、充电桩及充电电缆这些对象的温度分布等热图像数据进行记录，然后传输至对应的所述充电桩数据服务器。
更具体地，智能电表分别接入对应的充电桩，并将充电实时电压、电流、功率等电力数据譬如通过光纤传入充电站数据服务器；红外监控摄像头对准充电中的电动汽车和工作中的充电桩，充电桩在给电动汽车充电时，充电桩、电缆、电动汽车电池由于电阻损耗产生热量，使得本身温度上升；红外监控摄像头则将充电桩、电缆、电动汽车电池的温度分布情况记录下来，并优选可通过NB-Lot窄带宽物联网将信号无线传输至充电站数据服务器。
对于5G核心网而言，它被设计为仅在公网通信的5G基站层面进行切片，与公网之间通过短切片模式连接且不占用公网UPF和承载网资源，并用于将多个所述充电站数据通信终端通过公网5G基站进行连接，由此共同将数据传输至充电站数据总服务器然后接入所述电力核心网。
更具体地，按照本发明的一个优选实施例，充电站数据总服务器的数据可通过VPN专网接入电力核心网，并使用VPDN虚拟私有拨号网技术，协议使用L2TP隧道协议。
此外，对于电力核心网而言，它用于接收来自所述充电站数据总服务器的各类数据，然后分别独立可控地连接至电网调度端和用户端。
更具体地，充电站数据总服务器一方面可将数据传输到电网调度端，电网侧对进行VPN拨入认证，并将电力调度指令下达到服务器，通过服务器传递至充电桩，从而实现对大规模充电站接入电网的功率调控。另一方面，电动汽车用户可以通过VPN连接web远程查看和管理充电桩，并进行数据查看、上传、管理等操作。
下面将具体解释按照本发明的新能源汽车充电站数据通信系统的使用过程。
充电桩接入智能电表，将充电的实时电压、电流、功率等电力数据通过光纤传入充电站数据服务器；红外监控摄像头对准充电中的电动汽车和工作中的充电桩，将充电桩、电缆、电动汽车电池的温度分布等热图像数据情况记录下来，通过NB-Lot窄带宽物联网将信号无线传输至充电站数据服务器。多个充电站的数据服务器通过5G短切片模式进行无线连接，汇集至充电站数据总服务器，在总服务器将数据接入电力核心网，一方面连接至电网调度端，一方面接入用户端。
此外，以上数据的传输环节均优选是实时、双向的，一方面，电网和用户可以远程访问充电站的电气数据和热图像数据，一方面，电网和用户可以根据监测出的数据进行远程操作，比如调整输出功率，改变充放电状态等。
综上，本发明通过引入5G短切片技术，并进一步对整个数据通信系统的组成模块及工作机理重新进行了设计，相应不仅将多个电动汽车充电站完整覆盖，数据实时连接，显著提高了充电的可靠性和电网调度的实时性，而且还能够实时监控充电站的各类电力数据和图像数据，并实现快速响应，因而尤其适用于大规模充电站接入电网等应用场合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于5G短切片技术的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，该系统包括彼此信号相连的充电站数据通信终端、5G核心网和电力核心网，其中：
该充电站数据通信终端的数量为多个，它们各自包括智能电表、红外监控摄像头和充电站数据服务器，其中所述智能电表接入对应的直流充电桩，并用于将充电过程中的实时电压、电流、功率这些电力数据传输至对应的所述充电站数据服务器；所述红外监控摄像头用于将充电过程中的电动汽车电池、充电桩及充电电缆这些对象的温度分布热图像数据进行记录，然后传输至对应的所述充电桩数据服务器；
该5G核心网仅在公网通信的5G基站层面进行切片，与公网之间通过短切片模式连接且不占用公网UPF和承载网资源，并用于将多个所述充电站数据通信终端通过公网5G基站进行连接，由此共同将数据汇集传输至充电站数据总服务器，然后接入所述电力核心网；
该电力核心网用于接收来自所述充电站数据总服务器的各类数据，然后分别独立可控地连接至电网调度端和用户端。
2.如权利要求1所述的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，所述智能电表通过光纤连接至所述充电站数据服务器，所述红外监控摄像头通过NB-Lot窄带宽物联网连接至所述充电站数据服务器。
3.如权利要求1或2所述的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，所述充电站数据总服务器的数据通过VPN专网接入所述电力核心网，并且使用VPDN虚拟私有拨号网技术，协议使用L2TP隧道协议。
4.如权利要求3所述的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，所述充电站数据总服务器将数据传输到所述电网调度端后，电网侧执行VPN拨入认证，并将电力调度指令下达到服务器然后传递至充电桩，以此方式实现对大规模充电站接入电网的功率调控。
5.人权利要求4所述的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，所述充电站数据总服务器将数据传输到所述用户端后，用户通过VPN连接web远程查看和管理充电桩，并进行数据查看、上传、管理这些操作。
6.如权利要求5所述的新能源汽车充电站数据通信系统，其特征在于，上述数据之间的传输环节为实时和双向设计，以此方式，电网和用户可远程访问充电站的电气数据和热图像数据，并基于这些数据进行远程操作。
7.一种新能源汽车充电站数据通信方法，其特征在于，其采用如权利要求1-6任意一项所述的系统来实现。
8.如权利要求7所述的新能源汽车充电站数据通信方法，其特征在于，上述数据通信方法用于实现多个电动汽车充电站的完整覆盖。
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| GR01 | Patent grant | ||
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