一種基於可見光通信技術的充電樁及其充電控制方法與流程

2023-06-05 11:09:36

本發明涉及電力通信技術領域，具體地，涉及一種基於可見光通信技術的充電樁及其充電控制方法。

背景技術：

我國新能源汽車產業處於蓬勃發展期，電動汽車保有量快速提升，以北京為例，電動汽車牌照中籤率已降至40％。但電動汽車行業的發展受限於電池產業，目前絕大多數電動汽車續航能力都不超過300公裡，這就對充電設施的建設提出了更高的要求，需要鋪設面更廣，更易於充電。

目前充電樁大多數為國家電網公司統建或社會資金建設的充電樁，大多以場站形式建設，也有部分基於網際網路的充電樁，解決了人員值守及發卡的問題，但對現場環境有一定要求，網絡環境必須要非常好，這就導致一些地下停車場無法安裝充電樁，但停車場卻是汽車停放時間最長的地方。

現有的充電樁和充電控制方法可能存在以下技術問題：採用刷卡支付的充電樁，費用採用刷卡計費和結費，費用使用過程不透明，需要人工值守，在無人狀態下，無法獲知充電樁狀態，運營維護成本高；採用二維碼方式結費的充電樁，用戶通過掃描二維碼支付，和刷卡支付的充電樁存在著同樣的問題，費用使用不透明，充電樁的運營狀態不清，需要人工維護；採用無線網絡連接的充電樁，對於安裝環境存在一定要求，必須保證網絡覆蓋範圍內才可，對於地下車庫或網絡覆蓋不佳的地方，無法應用，限制了充電樁的產品推廣；無法給電動汽車用戶提供網絡服務，或者帶寬有限，無法用於充電用戶娛樂設施，用戶使用不便，容易造成洩密。而且在有遮擋的地方，無法提供gps或北鬥導航服務，用戶尋找充電樁較為困難。

技術實現要素：

為了解決現有技術中電動汽車充電樁的通信方式效率低、運營成本高 的技術問題，本發明提出了一種基於可見光通信技術的充電樁及其充電控制方法。

本發明的一種基於可見光通信技術的充電樁，包括：

主控單元、智能電錶、光接收模塊、光發送模塊，外部供電電源通過所述智能電錶與外部電動汽車相連；

所述智能電錶與所述主控單元進行通信；

所述主控單元依次通過所述光接收模塊、光轉換網關與外部雲端伺服器進行通信；

所述主控單元依次通過所述光發送模塊、光轉換網關與外部雲端伺服器進行通信。

優選的，還包括：保護電路，外部供電電源依次通過所述智能電錶、所述保護電路與外部電動汽車相連。

優選的，還包括：無線通信模塊，電動汽車用戶通過所述無線通信模塊連接網際網路；所述主控單元通過所述無線通信模塊與電動汽車用戶進行通信。

優選的，所述無線通信模塊為wi-fi通信模塊。

優選的，當所述充電樁為交流充電樁時，所述智能電錶為交流智能電錶，所述外部供電電源依次通過所述交流智能電錶、所述保護電路與外部電動汽車的車載充電機相連；

當所述充電樁為直流充電樁時，所述智能電錶為直流智能電錶，所述充電樁還包括：直流充電機，所述外部供電電源依次通過所述直流充電機、所述直流智能電錶、所述保護電路與外部電動汽車的電池組相連。

優選的，所述光轉換網關設置在所述充電樁所在場地內的led路燈上。

本發明的基於可見光通信技術的充電樁，採用可見光進行充電過程中的通信，並實現數據上傳，能夠滿足充電樁充電過程中的通信控制和信息傳輸需求。本發明將高速可見的光通信數據通過wi-fi與用戶共享，增強了娛樂及通信功能。而且採用可見光通信系統實現定位功能，充電樁位置信息可隨分布點自行校正，實現了充電樁定位及車輛導航的需求。

本發明的一種基於可見光通信技術的充電樁的充電控制方法，包括：

主控單元根據接收到的充電預約信息，啟動無線通信模塊的網絡共享服務；

所述主控單元在充電預約時間檢測到電動汽車與充電樁連接成功時，或依次通過光接收模塊、光轉換網關接收到用戶通過網絡共享服務向雲端伺服器發送的充電開始命令時，啟動充電流程為所述電動汽車進行充電；

所述主控單元通過光發送模塊將電動汽車充電狀態信息發送到光轉換網關，以用於所述光轉換網關將接收到的充電狀態信息轉換為光信號並發送到雲端伺服器。

優選的，在所述主控單元根據接收到的充電預約信息，啟動無線通信模塊的網絡共享服務之前，還包括：

雲端伺服器接收用戶通過網際網路發起的充電預約信息，並將所述充電預約信息發送到光轉換網關；

所述光轉換網關將所述充電預約信息轉換為光信號，並通過所述光接收模塊發送到所述主控單元。

優選的，所述主控單元還將用戶通過所述無線通信模塊聯網後的通信信息發送到所述光發送模塊；

所述光發送模塊將所述通信信息發送到光轉換網關，以用於所述光轉換網關將接收到的通信信息轉換為光信號發送到雲端伺服器。

優選的，所述主控單元啟動充電流程後，根據預設的充電模式為所述電動汽車進行充電，所述預設的充電模式包括以下任意一種：按照金額充電、按照電量充電、按照時間充電及充滿為止。

優選的，當電動汽車充電結束和/或用戶連接所述網絡共享服務超時時，停止所述網絡共享服務。

本發明的基於可見光通信技術的充電樁的充電控制方法，採用可見光進行充電過程中的通信，並實現數據上傳，能夠滿足充電樁充電過程中的通信控制和信息傳輸需求。本發明將高速可見的光通信數據通過wi-fi與用戶共享，增強了娛樂及通信功能。而且採用可見光通信系統實現定位功能，充電樁位置信息可隨分布點自行校正，實現了充電樁定位及車輛導航的需求。

本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為本發明實施例中基於可見光通信技術的交流充電樁的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中基於可見光通信技術的直流充電樁的結構示意圖；

圖3為本發明實施例中充電樁提供定位導航服務的示意圖；

圖4為本發明實施例中基於可見光通信技術的充電樁的充電控制方法的流程圖；

圖5為本發明實施例中基於可見光通信技術的充電樁的工作過程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護範圍並不受具體實施方式的限制。

為了解決現有技術中電動汽車充電樁的通信方式效率低、運營成本高的技術問題，本發明提出了一種基於可見光通信技術的充電樁及其充電控制方法。本發明的基於可見光通信技術的充電樁可以是交流充電樁或直流充電樁，以下對本發明的充電樁及其充電控制方法作出詳細說明。

實施例一

如圖1所示，為本發明的基於可見光通信技術的交流充電樁的結構示意圖，包括：主控單元、交流智能電錶、保護電路、光接收模塊、光發送模塊、無線通信模塊，外部供電電源依次通過所述交流智能電錶、所述保護電路與外部電動汽車的車載充電機相連；所述交流智能電錶與所述主控單元進行通信；所述主控單元依次通過所述光接收模塊、光轉換網關與外部雲端伺服器進行通信；所述主控單元依次通過所述光發送模塊、光轉換網關與外部 雲端伺服器進行通信。電動汽車用戶通過所述無線通信模塊連接網際網路；所述主控單元通過所述無線通信模塊與電動汽車用戶進行通信。優選的，無線通信模塊為wi-fi通信模塊。

如圖2所示，為本發明的基於可見光通信技術的直流充電樁的結構示意圖，包括：主控單元、直流智能電錶、保護電路、光接收模塊、光發送模塊、直流充電機、無線通信模塊，所述外部供電電源依次通過所述直流充電機、所述直流智能電錶、所述保護電路與外部電動汽車的電池組相連。所述直流智能電錶與所述主控單元進行通信；所述主控單元依次通過所述光接收模塊、光轉換網關與外部雲端伺服器進行通信；所述主控單元依次通過所述光發送模塊、光轉換網關與外部雲端伺服器進行通信。電動汽車用戶通過所述無線通信模塊連接網際網路；所述主控單元通過所述無線通信模塊與電動汽車用戶進行通信。優選的，無線通信模塊為wi-fi通信模塊。

本發明的交流充電樁和直流充電樁在充電開始後採用的充電流程為現有技術，在此不再贅述。因此，以下僅對本發明充電樁的充電控制過程進行說明：

如圖1、圖2所示，本發明以充電樁的主控單元為核心，通過主控單元實現通信數據的接收和發送處理，同時實現充電控制。在圖1所示的交流充電樁中，主控單元通過引導程序(主控單元與電動汽車之間通信採用的握手協議)開始給電動汽車充電。在圖2所示的直流充電樁中，主控單元通過can總線與電動汽車的電池組進行通信，控制充電電流，為電動汽車提供直流快速充電。在圖1和圖2所示的兩種充電樁的充電控制過程中，主控單元通過光模塊(包括光接收模塊和光發送模塊)、光轉換網關與雲端伺服器對接，實現信息的傳輸和充電過程的實時控制。

本發明充電樁的充電控制過程為：雲端伺服器通過網際網路連接至光轉換網關，通過光轉換網關將網際網路數據(用戶發起的充電預約信息、充電開始命令等)轉化為光信號數據並通過光接收模塊發送到主控單元，利用光的開斷實現二進位數據的發送；同理，主控單元利用光發送模塊將底層數據(電動汽車充電狀態信息：電壓、電流等，以及用戶聯網後的通信信息)發送到光轉換模塊並轉化為光信號數據，再發送到雲端伺服器，通過開斷實現二進位數據的發送。

本發明的充電樁通過光通信實現數據傳輸，同時通過wi-fi通信模塊，架設wi-fi熱點，為電動汽車用戶提供網絡連接服務：一方面用戶可以通過app客戶端查看充電過程的詳細信息，另一方面用戶可利用該網絡，在等待充電的過程中進行上網娛樂活動。

本發明基於可見光通信技術的充電樁，首先需要在無行動網路覆蓋的地方，例如停車場等地布置光轉換網關，光轉換網關可與充電樁建樁場地的led路燈相結合，既可用於照明，也可以用於通信。每個光轉換網關的經緯度信息在雲端伺服器裡進行記錄，當充電樁布置在場地內後，充電樁與光轉換網關進行通信，雲端伺服器即可通過光轉換網關定位到充電樁所在經緯度信息。

當充電樁位置發生變化後，充電樁重新與光轉換網關建立通信，此時充電樁的經緯度信息被認為是最近的光轉換網關的經緯度信息，通過光轉換網關重新上報充電樁的經緯度信息至雲端伺服器，實現充電樁位置信息的自行校正。用戶在行動網路覆蓋的區域，可以通過2g、3g或4g網絡連接雲端伺服器，獲取充電樁的位置信息，並進行導航服務。當用戶進入無gprs覆蓋的區域時，可連接充電樁的wi-fi通信模塊發射的共享網絡，通過充電樁的光模塊(包括光接收模塊和光發送模塊)和外部的光轉換網關實現與雲端伺服器的數據通信，在app客戶端上使用導航服務，即如圖3所示。

本發明的基於可見光通信技術的充電樁，採用可見光通信技術進行充電過程中的充電控制和數據通信，並實現數據上傳，能夠滿足充電樁充電過程中的通信控制和信息傳輸需求。本發明將高速可見的光通信數據通過wi-fi網絡與用戶共享，增強了娛樂及通信功能。而且採用可見光通信系統能夠為用戶提供定位功能，充電樁位置信息可隨分布點自行校正，實現了充電樁定位及車輛導航的需求。

實施例二

如圖4所示，對本發明的基於可見光通信技術的充電樁的充電控制方法進行詳細說明，包括：

步驟s401：雲端伺服器接收用戶通過網際網路發起的充電預約信息，並將所述充電預約信息發送到光轉換網關；

步驟s402：所述光轉換網關將所述充電預約信息轉換為光信號，並通過所述光接收模塊發送到所述主控單元。

步驟s403：主控單元根據接收到的充電預約信息，啟動無線通信模塊的網絡共享服務；

步驟s401-s403的步驟具體的為：用戶通過網際網路(可以連接無線通信模塊提供的網絡服務或者使用自身的行動網路)訪問雲端伺服器進行充電預約，雲端伺服器接收到用戶的充電預約信息後，將充電預約信息發送到光轉換網關，光轉換網關將充電預約信息轉換成光信號並通過充電樁的光接收模塊發送到主控單元，主控單元接收充電預約信息，完成充電預約。充電樁被預約後，啟動wi-fi網絡共享服務，為用戶提供wi-fi網絡服務，當用戶連接wi-fi網絡超時後，停止wi-fi共享服務，對於非預約客戶不提供wi-fi網絡服務，避免網絡資源浪費。

步驟s404：所述主控單元在充電預約時間檢測到電動汽車與充電樁連接成功時，或依次通過光接收模塊、光轉換網關接收到用戶通過網絡共享服務向雲端伺服器發送的充電開始命令時，啟動充電流程為所述電動汽車進行充電；

充電樁充電流程啟動，完全依賴前端可見光通信信道。用戶到充電樁現場進行充電，充電樁的主控單元到預約時間時，檢測到電動汽車與充電樁連接成功時，啟動充電流程為電動汽車充電；或者用戶主動通過wi-fi網絡向雲端伺服器發起充電開始命令，雲端伺服器將充電開始命令發送到光轉換網關，光轉換網關將充電開始命令轉換為光信號並通過光接收模塊發送到主控單元，主控單元啟動充電流程為電動汽車充電。

本發明中，主控單元啟動充電流程後，根據預設的充電模式為所述電動汽車進行充電，所述預設的充電模式包括以下任意一種：按照金額充電、按照電量充電、按照時間充電及充滿為止。用戶可隨時通過手動模式結束充電或等待相應充電方式結束後停止充電。當停止充電後，充電樁自動停止wi-fi網絡共享服務。在充電過程中，用戶可以手動結算充電金額或者通過充電樁自動結算充電金額。

步驟s405：所述主控單元通過光發送模塊將電動汽車充電狀態信息發送到光轉換網關，以用於所述光轉換網關將接收到的充電狀態信息轉換為光信號並發送到雲端伺服器。

所述主控單元還將用戶通過所述無線通信模塊聯網後的通信信息發送到 所述光發送模塊，所述光發送模塊將所述通信信息發送到光轉換網關，光轉換網關將接收到的通信信息轉換為光信號並發送到雲端伺服器。

用戶在充電樁現場進行充電的同時，充電樁可以為用戶提供wi-fi網絡服務。充電樁的主控單元通過wi-fi通信模塊獲取用戶的通信信息，並將用戶的通信信息發送至光發送模塊，光發送模塊再將通信信息發送到光轉換網關，光轉換網關將通信信息轉化成光信號發送到雲端伺服器。

本發明的基於可見光通信技術的充電樁的充電控制方法，採用可見光通信技術進行充電過程中的充電控制和數據通信，並實現數據上傳，能夠滿足充電樁充電過程中的通信控制和信息傳輸需求。本發明將高速可見的光通信數據通過wi-fi網絡與用戶共享，增強了娛樂及通信功能。而且採用可見光通信系統能夠為用戶提供定位功能，充電樁位置信息可隨分布點自行校正，實現了充電樁定位及車輛導航的需求。

本發明能有多種不同形式的具體實施方式，上面以圖1-圖5為例結合附圖對本發明的技術方案作舉例說明，這並不意味著本發明所應用的具體實例只能局限在特定的流程或實施例結構中，本領域的普通技術人員應當了解，上文所提供的具體實施方案只是多種優選用法中的一些示例，任何體現本發明權利要求的實施方式均應在本發明技術方案所要求保護的範圍之內。

最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。