一種電動汽車智能交流充電樁及其充電方法
2023-04-23 18:57:16 1
一種電動汽車智能交流充電樁及其充電方法
【專利摘要】本發明公開一種電動車智能交流充電樁及其充電方法，所述充電樁包括中央控制模塊，以及與中央控制模塊通過信號線相連的GPS定位信號收發模塊、人機互動模塊、計量模塊、電氣模塊和通信模塊，所述計量模塊的輸入端進一步與保護模塊相連，電網輸入的交流電依次經過保護模塊、計量模塊到達電氣模塊，所述電氣模塊包括電源轉換單元、電池檢測單元、電流感應單元、對接感應單元和充電接頭，本發明所述的充電樁及其充電方法，通過多個模塊實時交互，為用戶給電動汽車充電帶來了極大的便利，為充電樁經營單位對充電樁的管理提供便捷的通道，提高了充電樁的利用率，增強了充電樁的可管理性，降低了管理、使用和維護成本。
【專利說明】—種電動汽車智能交流充電粧及其充電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動車智能交流充電樁及其充電方法，屬於電力【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電動汽車，是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於電動汽車相對於汽油機汽車來說，其對環境影響較小，可以替代不可再生能源汽油的使用，因此，電動汽車前景被廣泛看好，也符合了新型能源戰略要求。
[0003]電動汽車充電樁，是一種固定安裝在電動汽車外、與電網連接，為電動汽車車載充電機提供電源的供電裝置。傳統充電樁包括:樁體、電氣模塊、保護模塊和計量模塊。樁體包括外殼和人機互動界面，根據安裝方式的不同，樁體可以分為落地式樁體和掛臂式樁體兩種。電氣模塊包括充電插座、供電電纜、電源轉接端子排等。計量模塊包括電能表、計費管理系統、讀卡裝置等。每個模塊功能單一而且獨立，頂多就是有一些充電狀態信息輸出到充電樁顯示系統或者用電管理部門的系統中，與用戶的信息交互較少，無法給用戶主動提供充電狀態信息，電池狀態信息，充電樁位置信息，充電樁是否空閒信息，充電開始及結束信息和費用及結算是否成功的信息等。
[0004]此外，在充電數量無法滿足日益增長的電動車數量的情況下，用戶很可能好不容易找點一個充電樁但發現已經有人在充電了，用戶只能原地無休止的等待或者尋找另外的充電樁，而且無法預知能否找到。
[0005]有鑑於此，本發明人對此進行研究，專門開發出一種電動車智能交流充電樁及其充電方法，本案由此產生。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種電動車智能交流充電樁及其充電方法，通過多個模塊實時交互，為用戶給電動汽車充電帶來了極大的便利，為充電樁經營單位對充電樁的管理提供便捷的通道，提高了充電樁的利用率，增強了充電樁的可管理性，降低了管理、使用和維護成本。
[0007]為了實現上述目的，本發明的解決方案是:
一種電動車智能交流充電樁，包括中央控制模塊，以及與中央控制模塊通過信號線相連的GPS定位信號收發模塊、人機互動模塊、計量模塊、電氣模塊和通信模塊，所述計量模塊的輸入端進一步與保護模塊相連，電網輸入的交流電依次經過保護模塊、計量模塊到達電氣模塊，所述電氣模塊包括電源轉換單元、電池檢測單元、電流感應單元、對接感應單元和充電接頭，電源轉換單元將輸入的高壓交流電逆變整流降壓為低壓直流電，然後通過充電接頭為電動汽車的充電電池充電，電池檢測單元和電流感應單元實時監控充電過程中的電流指標和電池狀態，並將上述信息發送給中央控制模塊，對接感應單元用於判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作。
[0008]作為優選，所述中央控制模塊採用微處理器，具有可以採用型號為RK3168的微處理器。中央控制模塊主要是將各模塊發來的信息進行整理，歸類，計算處理和加密，最終將屬於不同信息平臺的數據指定編碼方式，信息格式，校驗方法和目的地址，發送給通信模塊，並將這些信息發送到人機互動模塊的顯視屏顯示。
[0009]作為優選，所述GPS定位信號收發模塊包括相連RF射頻晶片、基帶晶片、核心CPU和外圍天線，具體可以採用臺灣環天出品的MT-5365B北鬥GPS雙模導航模塊，該模塊可以提供北鬥和GPS導航系統雙模接收信號。GPS定位信號收發模塊主要作用是將充電樁的位置信號發送給GPS全球定位系統，然後接收GPS定位系統提供的充電樁的經緯度信息，然後將經緯度信息發送給中央控制單元。
[0010]作為優選，所述人機互動模塊包括輸入鍵盤、顯示器和RFID讀寫器/接觸式讀卡器，通過RFID讀寫器或接觸式讀卡器採集用戶的儲值卡或者信用卡信息，通過數字鍵盤採集用戶輸入的充電數量、金額和卡片密碼信息，發送給中央控制單元，將控制單元發送過來的結算信息通過顯示屏顯示。
[0011]作為優選，所述保護模塊主要包括主迴路的輸入保護斷路器和二次迴路的「啟停」控制按鈕、「急停」操作按鈕。主迴路輸入斷路器具有過流保護、過壓保護、欠壓保護、短路保護、漏電保護、防雷保護等功能，確保充電樁安全可靠運行；二次迴路提供「啟停」控制與「急停」操作。保護模塊主要作用是將從電網輸入的交流電傳輸給計量模塊，當出現緊急或意外情況時主動斷電如:遭受雷擊，電池過充，電氣模塊短路等特殊狀況發生時，切斷電源，起到保護設備、車輛和人員安全的目的。
[0012]作為優選，所述計量模塊採用多功能交流電度表，其主要作用是對充電數量進行統計，然後發送給中央控制模塊。
[0013]作為優選，所述通信模塊採用TD-LTE通信模塊，具體採用ZTE中興ME3760-V1和天線。其主要作用是將中央控制模塊處理好並歸類標示不同目的地址的信息通過無線TD-LTE網絡發送給遠端的不同信息處理平臺，同時接收不同信息處理平臺發來的數據:如將充電樁位置信息和充電樁是否被佔用(正在使用)的信息發送給充電樁管理單位、電力GIS和智慧城市統一發布等的信息平臺，將充電量信息發送給電力結算，電量信息採集，電樁管理單位和智慧城市統一發布等平臺。
[0014]一種電動車智能交流充電樁充電方法，包括如下步驟:
O首先，GPS定位信號收發模塊將接收到的充電樁地址信息，以及電池檢測單元、電流感應單元將檢測到的充電信息均發送給充電樁的中央控制模塊，由中央控制模塊將上述信息加密後通過TD-LTE通信模塊與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取充電樁的地址信息，以及充電樁是否正在工作；
2)用戶通過智能終端獲取充電樁的地址和充電信息後到達充電位置，通過人機互動模塊輸入充電信息(如充電量、充電金額等)，人機互動模塊將充電信息發送給中央控制模塊；
3)中央控制模塊根據充電信息控制計量模塊開始進行充電；
4)高壓交流電依次通過保護模塊、計量模塊和電源轉換單元後轉換為低壓直流電，然後通過充電接頭為用戶的電動汽車充電電池充電，在整個充電過程中，計量模塊實時檢測充電電量，並將充電信息反饋給中央控制單元，同時通過人機互動模塊顯示出來，電池檢測單元和電流感應單元實時監控電池狀態和電流指標，並將上述信息也發送給中央控制模塊，感應單元判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作；
5)電動汽車充電電池充電結束後，中央控制模塊將各模塊發來的信息進行整理，歸類，計算處理和加密，並將這些信息發送到人機互動模塊的顯視屏顯示，同時通過通信模塊發送給信息平臺。
[0015]上述電動車智能交流充電樁和充電方法，具有如下幾個優點:
1、通過加裝GPS定位信號收發模塊將接收到的充電樁地址信息發送給充電樁的中央控制模塊，由中央控制模塊將地址信息加密後通過TD-LTE通信模塊與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取充電樁的地址信息，然後用智能終端的導航軟體引導用戶找到最近的充電樁，從而避免用戶需要時找不到充電樁的問題；
2、通過在傳統的電氣模塊中加入電池檢測單元、電流感應單元和對接感應單元，對充電樁是否正在給電動汽車充電和電動車電池狀態進行信息採集，然後發送給中央控制模塊，中央控制模塊對這些信息進行加密後通過TD-LTE通信模塊與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取找到的充電樁是否正在工作，從而避免用戶好不容易找點一個充電樁但發現已經有人在充電了，用戶只能原地無休止的等待或者尋找另外的充電樁的問題；
3、通過電氣模塊、中央控制單元和通信模塊，在充電開始後用戶能夠離開充電現場而通過APP接收即時的充電狀態，電池狀態，預計的充電時間、數量、金額數據及是否完成充電的提醒信息，用戶可以在這點時間內安排自己的活動，充完電後用戶可以通過APP在線或在充電樁現場刷卡付款來實現充電的結算；
4、將充電樁的硬體狀態，工作狀態，電量情況，地址位置等信息通過TD-LTE通信模塊實時上傳到管理運營方的信息平臺，從而提高了充電樁的利用率，增強了充電樁的可管理性，降低了管理、使用和維護成本，。而實現這些都是通過無線TD-LTE通信方式實現的，不需要重新布置通信線路，更是節約了大量人力物力和時間成本。
[0016]以下結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實施例的電動車智能交流充電樁模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種電動車智能交流充電樁，包括中央控制模塊1，以及與中央控制模塊I通過信號線相連的GPS定位信號收發模塊2、人機互動模塊3、計量模塊4、電氣模塊5和通信模塊6，所述計量模塊4的輸入端進一步與保護模塊7相連，電網輸入的交流電依次經過保護模塊7、計量模塊4到達電氣模塊5，所述電氣模塊5包括電源轉換單元51、電池檢測單元52、電流感應單元53、對接感應單元54和充電接頭55，電源轉換單元51將輸入的高壓交流電逆變整流降壓為64V或32V等低壓直流電，然後通過充電接頭55為電動汽車的充電電池8充電，電池檢測單元52和電流感應單元53實時監控充電電池8充電過程中的電流指標和電池狀態，並將上述信息發送給中央控制模塊1，對接感應單元54用於判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作。通過在傳統的電氣模塊5中加入電池檢測單元52、電流感應單元53和對接感應單元54，對充電樁是否正在給電動汽車充電和電動車充電電池8狀態進行信息採集，然後發送給中央控制模塊1，中央控制模塊I對這些信息進行加密後通過通信模塊6與遠端的信息平臺10連接，使用戶能夠通過信息平臺10發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取找到的充電樁是否正在工作，從而避免用戶好不容易找點一個充電樁但發現已經有人在充電了，用戶只能原地無休止的等待或者尋找另外的充電樁的問題；
所述中央控制模塊I包括採用微處理器，具有可以採用型號為RK3168的微處理器。主要是將各模塊發來的信息進行整理，歸類，計算處理和加密，最終將屬於不同信息平臺的數據指定編碼方式，信息格式，校驗方法和目的地址，發送給通信模塊6，並將這些信息發送到人機互動模塊3的顯示屏顯示。
[0019]所述GPS定位信號收發模塊2包括RF射頻晶片、基帶晶片、核心CPU和外圍天線，具體可以採用臺灣環天出品的MT-5365B北鬥GPS雙模導航模塊，該模塊可以提供北鬥和GPS導航系統雙模接收信號。GPS定位信號收發模塊2主要作用是將充電樁的位置信號發送給GPS全球定位系統，然後接收GPS定位系統提供的充電樁的經緯度信息，然後將經緯度信息發送給中央控制單元。
[0020]所述人機互動模塊3包括輸入鍵盤、顯示屏和RFID讀寫器，RFID讀寫器也可以採用接觸式讀卡器，通過RFID讀寫器或接觸式讀卡器採集用戶的儲值卡或者信用卡信息，通過數字鍵盤採集用戶輸入的充電數量、金額和卡片密碼信息，發送給中央控制模塊1，將中央控制模塊I發送過來的結算信息通過顯示屏顯示。
[0021]所述保護模塊7主要包括主迴路的輸入保護斷路器和二次迴路的「啟停」控制按鈕、「急停」操作按鈕。主迴路輸入斷路器具有過流保護、過壓保護、欠壓保護、短路保護、漏電保護、防雷保護等功能，確保充電樁安全可靠運行；二次迴路提供「啟停」控制與「急停」操作。保護模塊7主要作用是將從是電網輸入的交流電傳輸給計量模塊4，當出現緊急或意外情況時主動斷電如:遭受雷擊，電池過充，電氣模塊5短路等特殊狀況發生時，切斷電源，起到保護設備、車輛和人員安全的目的。
[0022]所述計量模塊4包括採用多功能交流電度表，其主要作用是對充電數量進行統計，然後發送給中央控制模塊。
[0023]所述通信模塊6採用TD-LTE通信模塊，具體採用ZTE中興ME3760-V1和天線。其主要作用是將中央控制模塊I處理好並歸類標示不同目的地址的信息通過無線TD-LTE網絡發送給遠端的不同信息信息平臺10，同時接收不同信息信息平臺10發來的數據:如將充電樁位置信息和充電樁是否被佔用(正在使用)的信息發送給充電樁管理單位、電力GIS和智慧城市統一發布等的信息平臺10，將充電量信息發送給電力結算，電量信息採集，電樁管理單位和智慧城市統一發布等平臺。ZTE中興ME3760是一款Mini PC1-E接口的 LTE 模塊，支持 LTE TDD band38 (2.6GHz)，band39 (1.9GHz)，band40 (2.3GHz);LTE FDD band7 (2.6GHz),向下兼容 TD-SCDMA A 頻段(2.1GHz)和 F 頻段(1.9GHz)以及GSM900MHz, GSM1800MHz.支持最大100M/50Mbps的理論上下行數據傳輸速率。
[0024]一種電動車智能交流充電樁充電方法，包括如下步驟:
O首先，GPS定位信號收發模塊2將接收到的充電樁地址信息發送給充電樁的中央控制模塊1，由中央控制模塊I將地址信息加密後通過TD-LTE通信模塊6與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取充電樁的地址信息；同時，電池檢測單元、電流感應單元，對充電樁是否正在給電動汽車充電和電動車電池狀態進行信息採集，然後發送給中央控制模塊，中央控制模塊對這些信息進行加密後通過TD-LTE通信模塊與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取找到的充電樁是否正在工作；
2)用戶通過智能終端獲取充電樁的地址和充電信息後到達充電位置，通過人機互動模塊3輸入充電信息(如充電量、充電金額等)，人機互動模塊3將充電信息發送給中央控制模塊I ;
3)中央控制模I塊根據充電信息控制計量模塊4開始進行充電；
4)高壓交流電依次通過保護模塊7、計量模塊4和電源轉換單元51後轉換為低壓直流電，然後通過充電接頭55為用戶的電動汽車充電電池充電，在整個充電過程中，計量模塊4實時檢測充電電量，並將充電信息反饋給中央控制單元1，同時通過人機互動模塊3顯示出來，電池檢測單元52和電流感應單元53實時監控電池狀態和電流指標，並將上述信息也發送給中央控制模塊1，中央控制模塊I將接收的充電信息通過通信模塊6發送給信息平臺10，感應單元判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作；通過電氣模塊5、中央控制單元I和通信模塊6，在充電開始後用戶能夠離開充電現場，並通過APP接收即時的充電狀態，電池狀態，預計的充電時間、數量、金額數據及是否完成充電的提醒信息，用戶可以在這點時間內安排自己的活動，充完電後用戶可以通過APP在線或在充電樁現場刷卡付款來實現充電的結算；
5)電動汽車充電電池充電結束後，中央控制模塊將各模塊發來的信息進行整理，歸類，計算處理和加密，並將這些信息發送到人機互動模塊的顯視屏顯示，同時通過通信模塊發送給信息平臺。
[0025]上述實施例和圖式並非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬【技術領域】的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利範疇。
【權利要求】
1.一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:包括中央控制模塊，以及與中央控制模塊通過信號線相連的GPS定位信號收發模塊、人機互動模塊、計量模塊、電氣模塊和通信模塊，所述計量模塊的輸入端進一步與保護模塊相連，電網輸入的交流電依次經過保護模塊、計量模塊到達電氣模塊，所述電氣模塊包括電源轉換單元、電池檢測單元、電流感應單元、對接感應單元和充電接頭，電源轉換單元將輸入的高壓交流電逆變整流降壓為低壓直流電，然後通過充電接頭為電動汽車的充電電池充電，電池檢測單元和電流感應單元實時監控充電過程中的電池狀態和電流指標，並將上述信息發送給中央控制模塊，對接感應單元用於判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作。
2.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述中央控制模塊採用微處理器。
3.如權利要求2所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述中央控制模塊採用型號為RK3168的微處理器。
4.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述GPS定位信號收發模塊包括相連的RF射頻晶片、基帶晶片、核心CPU和外圍天線，具體採用臺灣環天出品的MT-5365B北鬥GPS雙模導航模塊。
5.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述人機互動模塊包括輸入鍵盤、顯示器和RFID讀寫器/接觸式讀卡器，通過RFID讀寫器或接觸式讀卡器採集用戶的儲值卡或者信用卡信息，通過數字鍵盤採集用戶輸入的充電數量、金額和卡片密碼信息，發送給中央控制單元，將中央控制單元發送過來的結算信息通過顯示屏顯示。
6.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述保護模塊主要包括主迴路的輸入保護斷路器和二次迴路的「啟停」控制按鈕、「急停」操作按鈕。
7.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述計量模塊採用多功能交流電度表。
8.如權利要求1所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述通信模塊採用TD-LTE通信模塊。
9.如權利要求8所述的一種電動車智能交流充電樁，其特徵在於:所述通信模塊具體採用ZTE中興ME3760-V1和天線。
10.一種電動車智能交流充電樁充電方法，包括如下步驟: O首先，GPS定位信號收發模塊將接收到的充電樁地址信息，以及電池檢測單元、電流感應單元將檢測到的充電信息均發送給充電樁的中央控制模塊，由中央控制模塊將上述信息加密後通過TD-LTE通信模塊與遠端的信息平臺連接，使用戶能夠通過信息平臺發布的APP軟體用個人固定或移動的智能終端獲取充電樁的地址信息，以及充電樁是否正在工作； 2)用戶通過智能終端獲取充電樁的地址和充電信息後到達充電位置，通過人機互動模塊輸入充電信息，人機互動模塊將充電信息發送給中央控制模塊； 3)中央控制模塊根據充電信息控制計量模塊開始進行充電； 4)高壓交流電依次通過保護模塊、計量模塊和電源轉換單元後轉換為低壓直流電，然後通過充電接頭為用戶的電動汽車充電電池充電，在整個充電過程中，計量模塊實時檢測充電電量，並將充電信息反饋給中央控制單元，同時通過人機互動模塊顯示出來，電池檢測單元和電流感應單元實時監控電池狀態和電流指標，並將上述信息也發送給中央控制模塊，感應單元判斷充電接頭是否正被佔用或者是否正在工作； 5)電動汽車充電電池充電結束後，中央控制模塊將各模塊發來的信息進行整理，歸類，計算處理和加密，並將這些信息發送到人機互動模塊的顯視屏顯示，同時通過通信模塊發送給信息平臺。
【文檔編號】G07F15/00GK104393656SQ201410759710
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】麻立群, 許峰, 汪李忠, 許江穎, 王均健, 舒葉輝, 蔡書青 申請人:國家電網公司, 國網浙江臨安市供電公司, 國網浙江省電力公司杭州供電公司