CN201340891Y - 用于电动汽车充电机的上位机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电动汽车充电机的上位机系统，包括：用于采集充电数据的工作站，其通过串行通信总线连接到电动汽车充电机中的电源控制系统。本实用新型的上位机系统通过串行通信总线与电源控制系统相连，克服了传统控制系统单元化程度较低、界限不清晰的问题，从而可以远距离对电池状态的进行监测以及远距离对充电过程进行控制。

Description

用于电动汽车充电机的上位机系统

技术领域

本实用新型涉及电气领域，具体而言，涉及一种用于电动汽车充电机的上位机系统。

背景技术

汽车在给人类的生活带来便捷舒适的同时，也消耗了大量的石油资源、排放废气、制造噪音，对自然生态环境和人类自身健康也带来了无法回避的负面影响。目前，随着世界各国对汽车排放控制、能源问题的日益关注，清洁、环保、节能的电动汽车已成为世界汽车工业发展的热点。根据我国的国情，发展电动汽车更是迫在眉睫。电动汽车，顾名思义就是主要以电池为全部或部分动力源的汽车。目前制约电动汽车产业发展主要有两个方面：一是电池本身，二是充电方式。电动汽车充电机作为电池充电的必要手段，其性能好坏和工艺复杂程度直接影响到电池的使用寿命和电动汽车的推广。

传统充电机系统的控制结构是集中控制结构。在实现本实用新型过程中，发明人发现现有充电机控制系统由于采用集中控制结构，不能满足远距离对电池状态的进行监测以及远距离对充电过程进行控制的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电动汽车充电机的上位机系统，以解决现有充电机控制系统不能远距离对电池状态的进行监测的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种用于电动汽车充电机的上位机系统，包括：用于采集充电数据的工作站，其通过串行通信总线连接到电动汽车充电机中的电源控制系统。

可选的，在上述的上位机系统中，每台工作站连接多个电源控制系统。

可选的，在上述的上位机系统中，工作站包括CAN总线接口。

可选的，在上述的上位机系统中，串行通信总线包括CAN总线，工作站通过CAN总线接口连接到CAN总线，电源控制系统连接到CAN总线。

可选的，在上述的上位机系统中，工作站包括人机界面。

可选的，在上述的上位机系统中，还包括：用于管理充电数据的数据服务器，其连接到工作站。

可选的，在上述的上位机系统中，数据服务器为两台互为备份的数据库服务器。

可选的，在上述的上位机系统中，数据服务器通过网络连接到多台工作站。

可选的，在上述的上位机系统中，还包括：用于接收用户的指令以管理充电机的工作的WEB服务器，其连接到数据服务器。

可选的，在上述的上位机系统中，WEB服务器包括以下至少之一：用户管理功能模块、图形功能模块、监控功能模块、报表曲线功能模块。

上述实施例的上位机系统通过串行通信总线与电源控制系统相连，克服了传统控制系统单元化程度较低、界限不清晰的问题，从而可以远距离对电池状态的进行监测以及远距离对充电过程进行控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的控制系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的上位机系统框图；

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的上位机系统结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的控制系统的示意图，包括：

控制面板系统110、电源控制系统120和上位机系统140以及网络系统150，其中，控制面板系统110、电源控制系统120和上位机系统140均连接到网络系统150。

该控制系统通过将各个子系统独立形成分布式系统结构，克服了传统控制系统各个子系统的单元化程度较低、界限不清晰的问题，从而降低了控制系统发生故障的几率。

可选的，在上述的控制系统中，电源控制系统的处理部分是DSP控制板。采用DSP控制板可以满足电源控制系统对于实时性和可靠性的较高要求。

可选的，在上述的控制系统中，电源控制系统包括远程通信部分和人机界面部分。这可以方便维护人员远程地操作电源控制系统。

可选的，在上述的控制系统中，控制面板系统的处理部分是MCU控制板。控制面板系统用于现场控制，其对于信息处理的要求不高，采用MCU控制板成本较低，而且性能满足要求，较适合本实施例。

可选的，在上述的控制系统中，上位机系统的处理部分是计算机主板。采用通用的计算机主板可以满足上位机系统对于远程通信控制的要求，而且降低了成本。

可选的，在上述的控制系统中，网络系统包括：第一串行总线，连接上位机以及电源控制系统；第二串行总线，连接电源控制系统以及控制面板系统。上位机、电源控制系统、控制面板系统之间通过双层总线连接，彼此分工明确，构成真正的分布式现场总线控制系统，提高了通信的可靠性，解决了现有技术中可靠性较低的问题。

可选的，在上述的网络系统中，第一串行总线是CAN总线，第二串行总线是RS-485总线。

目前现有的电动汽车充电机的网络系统，主要有RS-232、RS-485或其FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)调制解调传输方式等。RS-485采用平衡驱动及差分接收方式来驱动总线，实现工业网络的物理层连接，具有信号的抗干扰能力较强、结构简单、成本较低等优点，这种通信方式被广泛应用在仪表仪器、智能传感器、煤矿安全监控系统等领域。但RS-485总线存在自适应能力和自保护能力较弱等缺点。

在现场总线领域，CAN总线以其卓越的性能而在工业控制领域得到了广泛的应用。CAN总线是最早被ISO制定为国际标准的现场总线，相比于RS-485等串行网络系统，CAN总线具有较好的差错控制能力，可靠性高，高速率长距离的传输特性，完善的规范和协议等优点。另外，CAN总线是多主对等系统，传输采用非破坏总线仲裁技术，具有实时性强、通信硬件接口简单、通信介质选择灵活等特点，成为一种最有竞争力的现场总线之一，广泛应用于汽车、楼宇自动化和工业控制领域。

可选的，在上述的控制系统中，还包括：电池监控系统130，连接网络系统150。通过采用电池监控系统对蓄电池充电过程进行监控，可以及时掌握蓄电池的各项状态信息，在异常状态出现时及时发出报警信号或断开电路，防止意外事故的发生，实现了在充电过程中对蓄电池的有效监控。

可选的，在上述的控制系统中，电池监控系统的处理部分是MCU控制板。电池监控系统对于信息处理的要求不高，采用MCU控制板成本较低，而且性能满足要求，较适合本实施例。

可选的，在上述的控制系统中，电池监控系统连接到网络系统中的RS-485总线。采用RS-485总线进行通信使得信号的抗干扰能力较强，简化了系统的结构，降低了成本。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述实施例的控制系统实现了如下技术效果：

1、在使用了分布式控制系统以后，电源控制、电池监控、控制面板系统等子系统相互独立，通过通信协议进行各个子系统间的命令和数据交流，可以大大提高整个电源系统的灵活性。

2、使用分布式系统，并使用通信协议进行子系统间的控制，可以经受充电过程中的极大干扰考验。

3、由于使用了分布式控制系统，开放性大大提高。便于系统硬件的扩展和系统功能的增加，同时还提供了外界的调用接口。

4、在采用全过程数字处理后，有助于各种智能算法引入充电机系统，大大提高充电机系统的智能化水平。

5、采用实时多任务操作系统可以把充电过程的任务分解成多个进程，每个进程负责管理和实现一项功能，由操作系统统一调度，分配资源，协调各个任务的运行。某一个环节出问题不会导致整个系统的崩溃。而且系统中还可以有一个监控进程，将各个进程的运行情况报告给用户。采用多任务运行方式，某个进程出问题不会影响其它进程的运行，并且出问题的进程还可以通过其它进程予以修复，从而在软件的架构和设计上加以了保证。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的上位机系统框图，包括：用于采集充电数据的工作站1210，其通过串行通信总线1220连接到充电机中的电源控制系统1230。

该上位机系统通过串行通信总线与电源控制系统相连，克服了传统控制系统单元化程度较低、界限不清晰的问题，从而可以远距离对电池状态的进行监测以及远距离对充电过程进行控制。

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的上位机系统结构框图。

优选地，每台工作站连接多个充电机中的电源控制系统，使得每台工作站可以同时对多个充电机中的电源控制系统进行监测和控制，方便管理，同时降低了成本。如图13所示，每台工作站连接15个单元(即电源控制系统)。

整个充电机网络包括多个电源控制系统(充电单元)，每个电源控制系统含数台充电机。每台工作站监控数个电源控制系统，可监控多辆车的电池充电情况。整个上位机系统，可以由多台用作监控计算机的工作站组成。

优选地，工作站包括CAN总线接口，CAN总线接口提供工作站与CAN总线的接口功能。这样，工作站可以连接到CAN总线。

优选地，串行通信总线包括CAN总线，工作站通过CAN总线接口连接到CAN总线，电源控制系统连接到CAN总线。由于工作站与电源控制系统的距离较远，采用CAN总线可以满足通信对实时性和可靠性的要求。

优选地，工作站包括人机界面，人机界面提供了显示和键盘功能，用于实现数据收集、查询等工作，工作人员可以根据显示的监测状态数据输入命令，对充电过程进行控制，并通过人机界面对上位机系统的日常运行进行维护。

优选地，上位机系统还包括：用于管理所述充电数据的数据服务器，其连接到工作站，用于存储整个上位机系统的原始数据、分析数据和系统运行数据等，可以提供数据服务及其他应用服务，并负责与其他系统交换信息。

优选地，数据服务器为两台互为备份的数据库服务器，以防其中一台服务器崩溃时不会丢失数据，这可以保证数据的冗余可靠。

优选地，数据服务器通过网络连接到多台工作站，使得数据服务器可以存储多台工作站的数据信息，方便管理，同时降低了成本。

优选地，上位机系统还包括：用于接收用户的指令以管理所述充电机的工作的WEB服务器，其连接到所述数据服务器，以便用户通过WEB服务器对数据信息进行查询、分析。

优选地，WEB服务器包括以下至少之一：用户管理功能模块、图形功能模块、监控功能模块、报表曲线功能模块。这可以为用户提供多种管理功能。

工作站通过局域网互连，与外部系统的接口具有网络安全措施。采用CAN网络通信，并对链路层及应用层进行规定。数据链路层帧格式如下表表1所示：

表1

PDU：12个字节；

字节1：P、R、DP(只取字节后5位，前3位根据CAN的IC不同会自动补足)；

字节2：PF；

字节3：PS；

字节4：SA；

字节5至12：DATA(数据域)。

工作站操作系统和数据库管理系统等采用技术成熟的主流软件。应用软件满足系统功能要求，保证其开放性能，满足系统应用、维护及不断优化、升级的需要；并提供详细的系统应用、维护、接口等技术文档。

操作系统支持多线程、多进程工作方式，具备高并发处理能力。数据库管理系统选用大型关系型分布式数据库，对外提供标准的数据库调用接口，具有较高的容错能力和恢复能力，提供较强的安全机制。

系统功能主要包括：用户管理功能、图形功能、监控功能、报表曲线功能。其中监控功能主要包括：①数据采集功能：主要采集充电过程数据及配电系统数据；②远程控制功能：包括充电机停机功能、读写充电机运行模式功能、充电机紧急停机功能、低压配电开关遥控功能。

系统应用程序采用分层结构，提供友好的操作界面。应用软件系统选用结构化设计和面向对象设计的方法，以保证系统的稳定性、可修改性和可重用性。

上述实施例中上位机系统的主要功能有：

(1)监控所有充电机的运行数据、故障报警信号，以及所有充电电池组的单体电池电压、温度、充电容量等数据；

(2)提供充电机远程控制功能：设置运行参数、开关机、紧急停机、修改电池管理系统参数等

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、在使用了充电站上位机系统以后，充电机控制、电池监控、充电机系统检测等子系统相互独立，通过通信协议进行各个子系统间的命令和数据交流，可以大大提高整个电源系统的灵活性。

2、由于使用了基于计算机控制的上位机系统，软件开放性大大提高，便于充电系统软件的扩展和系统功能的增加，同时还提供了外界的调用接口，有利于充电站的灵活的系统扩展。

3、监控主站操作系统和数据库管理系统等采用技术成熟的主流软件。应用软件满足系统功能要求，保证其开放性能，满足系统应用、维护及不断优化、升级的需要；并提供详细的系统应用、维护、接口等技术文档，有利于用户进行功能等方面的扩展。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车充电机的上位机系统，其特征在于，包括：

用于采集充电数据的工作站，其通过串行通信总线连接到所述电动汽车充电机中的电源控制系统。

2.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，每台所述工作站连接多个所述电源控制系统。

3.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，所述工作站包括CAN总线接口。

4.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，所述串行通信总线包括CAN总线，所述工作站通过所述CAN总线接口连接到CAN总线，所述电源控制系统连接到所述CAN总线。

5.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，所述工作站包括人机界面。

6.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，还包括：

用于管理所述充电数据的数据服务器，其连接到所述工作站。

7.根据权利要求6所述的上位机系统，其特征在于，所述数据服务器为两台互为备份的数据库服务器。

8.根据权利要求6所述的上位机系统，其特征在于，所述数据服务器通过网络连接到多台所述工作站。

9.根据权利要求1所述的上位机系统，其特征在于，还包括：

用于接收用户的指令以管理所述充电机的工作的WEB服务器，其连接到所述数据服务器。

10.根据权利要求9所述的上位机系统，其特征在于，所述WEB服务器包括以下至少之一：用户管理功能模块、图形功能模块、监控功能模块、报表曲线功能模块。

Images