CN217048321U - 一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT的绿色能源充电桩控制系统，涉及电动车充电系统领域，包括智能充电桩、物联网平台、服务器平台、客户端，所述智能充电桩包括主控制器、电力参数测量系统、整流器、逆变器、蓄电池、人机交互系统。所述所述客户端包括IOS客户端和Android客户端，所述服务器平台包括私有服务器和公有服务器，私有服务器用于管理充电桩的电力数据，公有服务器用于处理充电桩和客户端的信息交互以及和私有服务器的数据交互;所述物联网平台通过NB‑IoT无线通信模块与服务器进行MQTT长连接以实现稳定的实时双向通信，本发明有效解决了绿色能源供电不稳以及电能质量差的问题，并为用户提供了多种充电方式选择，同时采用双服务器存储数据以及传输层应用了PKI技术，提高了数据的安全性。

Description

一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统

技术领域

本实用新型属于电动车充电系统领域，特别涉及一种基于NB-IoT物联网的绿色能源充电桩系统。

背景技术

随着日益污染严重的环境，世界各个国家都制订了严格的排放法规，并且不少国家的能源战略都有一个明显的政策导向——鼓励发展电动汽车。新能源汽车发展现阶段最突出的问题就是续航能力不足，充电设施标准不统一，充电桩等基础设施的建设相对滞后，因此，充电桩等配套设施的建设就显得尤为重要。

在众多的可再生能源中，风能和太阳能的利用技术是目前最有发展前景的新能源技术。但由于风能和太阳能存在着地理、气候条件差异较大的特点，单独利用太阳能或者风能无法保证持续的能量输出，而风能与光能互补混合发电系统和电网相互配合供电就很好地解决了这一难题，彼此互补，提高了可再生能源的利用率。

目前，部分电网、风力发电机组、光伏电池方阵规模庞大，通讯基站容量会有不足的情况，电池续航也会存在问题，再者个别设立在郊区的工厂、校区都比较偏远，信号覆盖强度也会有问题，可能导致电力参数无法传输。

NB-loT拥有更强、更广的信号覆盖，真正能实现郊区等偏远地区数据正常传输，而且NB-loT能容纳通讯基站用户容量是GPRS的10倍；同时NB-loT拥有超低功耗，正常通信和待机电流是mA和uA级别，模块待机时间可长达十年，超过八年都无需更换电池，减少工人工作量。

电动自行车充电过程中，经常出现“遗忘”的情况，长时间充电导致的电瓶过充而损伤电瓶，也容易造成重大安全事故。而且在充电过程中，如果缺乏现场监督，存在被他人窃电的可能性，而市面上很少有实时监测充电状态的充电装置。

发明内容

本实用新型的目的：针对以上的问题以及现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供了一种基于物联网技术的绿色能源充电桩系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制管理系统，主要包括智能充电桩、物联网平台、服务器平台、客户端。

所述智能充电桩，用于接收来自手机用户Android、IOS系统的充电请求，并对电动车提供充电服务，智能充电桩包括主控制器、电力参数测量系统、整流器、逆变器、蓄电池、人机交互系统。

所述主控制器负责数据采集和输出控制指令，分别与所述电力参数测量系统、NB-IoT无线通信模块、人机交互系统连接，所述主控制器接收电力参数测量系统、与NB-IoT 无线通信模块通信、在外部显示模块呈现发来的数据，并对各个模块发送经过计算后的下一步控制指令。

所述智能充电桩主要由风力发电组、光伏电池方阵组成的风能与光能互补混合发电系统进行供电，所述的电力参数测量系统用于实时测量风能与光能互补混合发电系统供电的电力参数，并通过485通信方式将数据传输给主控制器，当混合发电系统供电不足或者供电质量不佳时将切换到由电网进行供电，在合理运用绿色能源的前提之下，保证了智能充电桩的正常供电运行，同时为了充分利用绿色能源，将多余的电能用大容量的蓄电池存储起来以作备用。

所述整流器、逆变器将对用户用电种类进行合理调配，当用户充电类型为直流电时，由整流器将发电系统发出来的电进行整流变为直流电；当用户充电类型为交流电时，由逆变器将发电系统发出来的电进行逆变变为交流电。

所述充电桩电力输出线路上配有电能计量模块，用于实时监测智能充电桩的充电状态以及输出的功率，并将数据传输给主控制器，充电费用按该模块所测的实际输出功率为标准。

所述人机交互系统由插座、通道选择按键、数字显示屏和语音播报扬声器组成；所述的数字显示屏和语音播报扬声器通过SPI数据传输方式与主控制器进行数据传输，所述通道选择按键用于用户在接好充电连接线后，告知主控制器已选择的通道；所述数字显示屏，用于显示充电状态及剩余充电时间等参数；所述语音播报扬声器，用于在用户使用手机终端进行充电时，通过语音提示下一步操作以及充电故障时发出报警。

进一步的，所述数字显示屏实时显示数字二维码，用户可直接扫码充电，所述插座设有多种类型的充电插口，以适应不同的电动车充电接口。

进一步的，当绿色能源供电系统出现供电剩余时，所述主控制系统会发送指令让蓄电池将多余的电量储存起来，用于下次的电量消耗输出，保证了能源的高效利用，避免能源浪费。

所述物联网通信采用NB-loT替代市场上常使用的WIFI或GPRS/3G/4G等无线通信方式，这能有效的降低系统的功耗，提高数据传输的稳定性，改善系统的待机耗能情况；

进一步的，NB-loT作为远程通讯方式，可以在低功耗的情况下实现双向通讯，可以满足主控制器与私有物联网服务器对于用户和充电桩之间的数据进行实时双向的传输；

进一步的，所述无线通讯NB-loT模块使用的是轻量级的MQTT通信协议，其较低的通信开销使得充电桩即使在网络较差的地方亦可完成正常的数据信息交互。

所述服务器平台本产品涉及了一种物联网中的数据处理系统以及第三方云服务器和私有物联网云服务器对接的方法和系统，所述物联网中包括设备端及应用端；所述数据处理系统包括：私有云服务器及公有云服务器；所述公有云服务器，将注册于同一个所述私有云服务器的所述设备端的数据信息发送给同一个所述私有云服务器；所述私有云服务器，用于将接收到的数据信息发送给与自身关联的所述应用端。本发明的数据处理系统，可以提高云服务器的数据信息处理能力，并提高数据信息的安全性。

进一步的，第三方云服务器接收对物联网设备的访问请求，查找获得物联网设备的网络控制模块的协议解析地址并将访问请求转发至私有物联网云服务器；私有物联网云服务器包括身份认证模块以及指令解析模块，身份认证模块用于验证第三方云服务器的身份，由指令解析模块内置有针对网络控制模块的协议文件，根据协议文件将访问请求解析为网络控制模块可识别的控制指令。本发明实现了第三方云服务器和私有物联网云服务器的相互对接。

进一步的，这种第三方云服务器执行的与私有物联网云服务器对接的方法，其特征包括以下步骤：接收终端对物联网设备的访问请求，所述访问请求包含物联网设备的设备 ID和型号信息；根据所述设备ID或所述型号信息查找获得物联网设备的网络控制模块的协议解析地址；向所述协议解析地址指向的私有物联网云服务器发送身份认证请求；接收来自于所述私有物联网云服务器的认证码，将所述认证码附加在所述访问请求上；将附加有认证码的访问请求转发至所述私有物联网云服务器；以及，接收私有物联网云服务器发回的执行结果；将所述执行结果通知所述终端。

所述客户端对于此新能源智能充电桩而言，本产品与客户端是以一个公共物联网服务器为桥梁相互连接的，当客户端将要对此设备进行使用时，通过对新能源智能充电桩进行扫码操作，并输入自己所要的充电方式、充电时长等数据，即可从智能充电桩显示屏中获得此时用户设备的充电状态、用户所需缴纳费用等数据。

进一步的公共云服务器在经过客户端设备的信息输入中获得用户数据信息，并将此信息发送给私有物联网服务器，私有物联网服务器将不断地向本产品充电桩的主控制器发送实时数据，并获得最新用户数据，又将其发送至设备端同一来源的公共云服务器中，以便达到快速回馈客户最新的客户端设备运行状态等参数。这就是本产品所述的服务器之间的数据交互模式。

本实用新型的有益效果是：

缓解目前能源紧缺的问题，合理高效的利用可再生能源能源，同时为用户提供稳定且高质量的电能；

充电桩的实时数据通过NB-loT模块发送给私有物联网平台用于实时监控，省去工作人员到现场查看和记录的工作量，且能够即时发现充电过程的异常现象。

附图说明

图1是本实用新型绿色能源充电桩的流程示意图。

图2是本实用新型智能充电桩的内部运作流程示意图。

图3是本实用新型云服务器信息传递流程示意图。

图4是本实用新型主控制系统各模块功能结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方法对本发明方案作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制管理系统，可对电动车，包括电动汽车，电动自行车等进行充电，包括智能充电桩、物联网平台、服务器平台、客户端。

所述智能充电桩包括主控制器、电力参数测量系统、整流器、逆变器、蓄电池、人机交互系统。

所述主控制器负责数据采集和输出控制指令，分别与所述电力参数测量系统、NBIoT 无线通信模块、人机交互系统连接，同时不断接收来自服务器的控制指令，并把充电桩的实时数据发送给服务器。

智能充电桩由风力发电组、光伏电池方阵组成的风能与光能互补混合发电系统进行供电，所述电力参数测量系统用于测量风光互补混合发电系统供电是否满足用电需求，当混合发电系统供电不足或者可再生能源输入的电质量不好时将由主控制器发送指令切换到电网进行供电，在合理运用可再生能源的基础之上，保证了智能充电桩的高效、高质量、稳定的供电源。

当用户选择充电方式为交流或者直流时，发电系统给智能充电桩供电后，经整流器或逆变器将发电系统发出的电根据用户选择进行相应的整流或逆变后对充电车辆进行充电，其次用户可在客户端或者显示器界面选择快充、恒压充电、慢充等多种方式，这有效适应了用户不同环境的不同需求，提高了电动车电池的使用寿命。

当风光互补混合发电系统供大于需时，多余的电量经整流器整流后储存于大容量的蓄电池，待下次能源不足时优先使用蓄电池供电，另外蓄电池的电也可经过逆变器转换成交流电供给充电桩，这样可以避免能源浪费。

当用户使用手机终端进行充电时，先在手机寻找附近可用的充电桩，选择好之后设置充电方式和充电时长等必要参数，该参数由物联网连接平台发送给公有服务器，公有服务器又将这些参数按发送到私有服务器，私有服务器通过PKI技术和MQTT协议将数据加密传送给指定充电桩连接的NB-IoT无线通信模块，NB-IoT模块将指令数据按照一定自定义协议解析后传给主控制器，主控制器将这些数据存储于内部flash中，同时不断从flash中取出所需的控制指令并下发到相应的控制模块或分系统中完成对整个充电系统充电协调控制。

NB-IoT模块与私有的物联网连接平台对接后，不断接收来自主控制器的数据包，并将主控制器所发的数据通过一定的加密技术发送到私有服务器平台，私有服务器平台在接收到用户请求后将将充电状态、充电费用等信息先发送到公有服务器平台，之后该平台再将数据反馈给客户端。

所述物联网连接平台包含公有物联网服务器和私有物联网服务器，公有物联网服务器用于接收来自客户端的数据，并将来自客户端的数据请求信息发送给私有服务器，私有物联网服务器充当一个数据分隔作用，保证充电桩的数据有很好的保密性，维护运营公司的隐私安全，在系统正常运行之下，也用户数据的安全性。

此外，还在NB-IoT模块与平台建立的MQTT连接上定义了基于RSA算法的数据加密通道，保障信息传递安全。

MQTT是专门为低带宽、不稳定网络以及计算和处理能力受限的设备而设计，协议采用小型传输，耗电量小，能大大降低网络流量，最小化数据包并有效分配与传输，很适移动系统上面的应用。

充电桩用户平台提供可视化的图形界面，对用户显示一定范围内全部可用的充电桩，用户可选择充电方式和充电时长，通过物联网连接平台和服务器平台将充电指令发送至主控制器。主控制器通知充电管理模块开启充电，待充满电或用户主动终止充电后停止充电，提醒用户缴纳所花费用。而已可构建用户账户，用户可对账户进行充值，查询历史充值记录及充电记录，本平台还可通过邀请新用户获得奖励。

Claims (6)

1.一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，包括智能充电桩、物联网平台、服务器平台、客户端，其特征在于，所述智能充电桩包括主控制器、电力参数测量系统、整流器、逆变器、蓄电池、人机交互系统：所述客户端用于用户的账号注册和登录，并选择电动车充电的方式以及相关的充电参数设置，可实时查看充电状态、充电费用、以及提供附近充电点查询；所述服务器平台包括私有服务器和公有服务器；所述物联网平台通过NB-IoT无线通信模块与服务器进行MQTT长连接以实现稳定的实时双向通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，其特征在于：所述智能充电桩主要由风力发电组、光伏电池方阵组成的风光互补混合发电系统进行供电，所述的电力参数测量系统用于实时测量风光互补混合发电系统供电的电力参数，当混合发电系统供电不足或者供电质量不佳时将切换到由电网进行供电，在合理运用绿色能源的前提之下，保证了智能充电桩的正常供电运行，同时为了绿色能源的充分利用，用大容量的蓄电池将多余的电存储起来备用。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，其特征在于：所述整流器、逆变器将对电动车所需的充电方式进行合理调配，当电动车的充电需要直流充电时，由整流器将发电系统所供的交流电进行整流转为直流电；当电动车的充电需要交流充电时，由逆变器将发电系统发出来的电进行逆变转为交流电，提高了充电桩的可适用性。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，其特征在于包括若干个充电桩、公共云服务器和私有云服务器终端，其中充电桩通过无线或有线的方式与服务器终端连接；用户在使用过程中，通过云服务器的数据传输交互能够快速得知设备的状态，并且操作更简便；此产品与传统充电桩接入主站的方式相比：节点数量几乎没有限制，通过服务器端大数据可实现充电桩智能化，用户体验好，充电终端维护简单快捷。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，其特征在于：所述物联网平台通过采用NB-IoT通讯模块作为中间通信桥梁，传输充电桩和物联网服务器之间的通信数据，并采用PKI技术对通信数据的传输进行保护，旨在保证数据的安全传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT绿色能源充电桩控制系统，其特征在于：所述物联网平台通过MQTT协议将NB-IoT通讯模块与私有物联网服务器通信，实现数据的完整传输和实时通信。

Images