一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統及其方法與流程

2023-06-03 02:12:41 1

本發明屬於電動汽車充電領域，尤其涉及一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統及其方法。

背景技術：

隨著環境汙染的加劇，PM2.5由此成為最熱門詞彙，而汽車尾氣排放無疑是很多大中城市空氣汙染的一個主要原因，因此以電動汽車代替傳統燃油汽車，已經成為汽車產業的發展趨勢。隨著電動汽車的飛速發展，作為電動汽車補充能源服務的充電站的布局越來越廣泛，離散充電設施越來越多，如何解決離散充電設施與監控系統的交互通訊問題顯得尤為突出。

電動汽車充電站離散充電樁，每個充電樁配備一個3G/4G流量卡，將充電樁監控數據通過3G/4G網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將充電樁監控數據轉發到充電樁監控伺服器。

採用上述方案雖然能夠實現充電樁無線數據傳輸，但是仍然存在一些缺點：①每個充電樁對應一個3G/4G流量卡，應用時需要辦理與充電樁數量相同的SIM卡，組網需要SIM卡數量過多；②工信部手機實名制登記的執行，不僅對新入網SIM卡需要提交有效證件進行查驗並登記，而且未實名的SIM用戶儘快去辦理實名制的補登手續，否則將面臨停機風險，SIM卡的實名制登記給現有技術方案增加了認證難度；③在傳輸相同流量數據的情況下，多個低流量額度的SIM卡的流量通訊費總和是單個同等流量額度SIM卡流量通訊費的三倍，現有技術方案應用時無線通訊運行成本還是太高；④不同充電樁之間的剩餘流量不能重新分配，造成充電利用率高的充電樁流量超出額定值增加流量費用，充電利用率不高的充電樁流量剩餘造成流量資源浪費；⑤如果多個充電樁同時向充電樁監控伺服器上傳數據，容易造成信道阻塞。

技術實現要素：

為了解決現有技術的缺點，本發明的第一目的是提供一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統。

本發明的一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統，包括：安裝的位置處於同一條直線上的一個主站充電樁和多個從站充電樁，多個從站充電樁布置於主站充電樁的兩側，任意兩個相鄰充電樁之間無遮擋物體，所述主站充電樁接入移動通信網絡且為多個從站充電樁提供無線AP信號，所有從站充電樁布置於所述無線AP信號的有效傳輸半徑內，每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號；

所述主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經移動通信網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器；

所述主站充電樁還用於通過無線AP信號將所有從站充電樁所需的移動通信網絡流量總額度平均分配至每個從站充電樁，再根據充電監控數據分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；當其中任一從站充電樁的實際使用流量比平均分配移動通信網絡流量小於預設流量值時，統計各個從站電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；最後根據各個從站充電樁的實際充電利用率來重新分配剩餘流量。

進一步地，每個從站充電樁，包括從站充電CPU，其與從站WiFi模塊相連，所述從站充電CPU用於將其接收、處理後的從站充電監控數據經從站WiFi模塊傳送至主站充電樁；

所述主站充電樁，包括主站充電CPU，其與主站無線CPU相連，所述主站充電CPU用於將其接收、處理後的主站充電監控數據直接傳送給主站無線CPU；所述主站無線CPU還分別與4G模塊和主站WiFi模塊相連；

主站無線CPU還用於接收依次經從站WiFi模塊傳送來的從站充電監控數據和主站充電CPU發送來的主站充電監控數據，並將接收到的從站充電監控數據與主站充電監控數據打包一起經4G模塊傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器。

這樣使得不同充電樁之間通過WiFi進行無線通信，不佔用SIM流量，降低了不同充電樁之間通訊流量成本；只需要主站充電樁所使用的一張SIM卡可實現整個充電站充電樁的數據傳輸，避免了多張卡的實名制認證造成的麻煩。

進一步地，所述主站WiFi模塊還與功放模塊相連，用於通過功放模塊增加主站充電樁WiFi信號的發射功率，能夠提高WiFi信號強度。

進一步地，所述主站無線CPU處理程序包括：MAC地址綁定程序模塊，其用於將所有與主站充電樁對應的從站充電樁的MAC地址綁定，禁止非綁定MAC地址的無線設備接入主站充電樁的無線AP信號；

無線AP信號接入數據設置程序模塊，其用於設置主站充電樁的無線AP信號接入限制數量，數值與從站充電樁數量相同，禁止額外無線設備接入；

無線AP信號的SSID隱藏程序模塊，其用於隱藏主站充電樁的無線AP信號的SSID，避免其他無線設備對主站充電樁的無線AP信號的網絡攻擊。

進一步地，所述從站充電CPU處理程序還包括無線AP信號接入帳號信息生成程序模塊，其用於編碼生成與主站充電樁無線AP信號相匹配的SSID、登錄密碼和IP位址段來接入主站充電樁的無線AP信號。

IP位址段中可用IP數量與從站充電樁數量相同，只有SSID、登錄密碼和IP位址三者正確才能接入AP，這樣保證了系統WiFi信號的安全性。

進一步地，所述主站無線CPU處理程序還包括：流量分配程序模塊，其用於根據充電站的設計需求來計算主站充電樁所需的流量額度，主站充電樁將4G流量平均分配至每個從站充電樁，再根據充電監控數據傳輸時分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；當其中任一從站充電樁的實際使用流量比平均分配4G流量小1M時，統計各個從站電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；根據各個從站充電樁的實際充電利用率來重新分配剩餘流量。

本發明根據充電樁的充電利用率實現流量智能管理分配，避免現有技術方案單樁流量超出造成費用增加和單樁流量剩餘造成資源浪費。

本發明的第二目的是提供一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統的無線數據傳輸方法。

本發明的電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統的無線數據傳輸方法，包括：

步驟1：主站充電樁接入移動通信網絡且為多個從站充電樁提供無線AP信號，每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號；

步驟2：主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經移動通信網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器；

步驟3：主站充電樁通過無線AP信號將所有從站充電樁所需的移動通信網絡流量總額度平均分配至每個從站充電樁，再根據充電監控數據分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；當其中任一從站充電樁的實際使用流量比平均分配移動通信網絡流量小於預設流量值時，統計各個從站電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；最後根據各個從站充電樁的實際充電利用率來重新分配剩餘流量；其中，步驟2和步驟3可互換。

進一步地，在所述步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

將所有與主站充電樁對應的從站充電樁的MAC地址綁定，禁止非綁定MAC地址的無線設備接入主站充電樁的無線AP信號；

設置主站充電樁的無線AP信號接入限制數量，數值與從站充電樁數量相同，禁止額外無線設備接入。

進一步地，在所述步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

隱藏主站充電樁的無線AP信號的SSID，避免其他無線設備對主站充電樁的無線AP信號的網絡攻擊。

進一步地，在所述步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

在從站充電樁內編碼生成與主站充電樁無線AP信號相匹配的SSID、登錄密碼和IP位址段來接入主站充電樁的無線AP信號。

IP位址段中可用IP數量與從站充電樁數量相同，只有SSID、登錄密碼和IP位址三者正確才能接入AP，這樣保證了系統WiFi信號的安全性。

本發明的有益效果為：

(1)本發明的不同充電樁之間通過WiFi進行無線通信，不佔用SIM流量，降低了不同充電樁之間通訊流量成本，只需要主站充電樁使用一張SIM卡可實現整個充電站充電樁的數據傳輸，避免了多張卡的實名制認證造成的麻煩；主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經移動通信網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器，避免了現有技術因多個充電樁同時上傳數據造成信道阻塞情況，保證通訊質量。

(2)本發明根據充電樁的充電利用率實現流量智能管理分配，避免現有技術方案單樁流量超出造成費用增加和單樁流量剩餘造成資源浪費。

(3)本發明的IP位址段中可用IP數量與從站充電樁數量相同，只有SSID、登錄密碼和IP位址三者正確才能接入AP信號，這樣保證了系統WiFi信號的安全性。

附圖說明

圖1是本發明一種實現電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統結構示意圖。

圖2是本發明從站充電樁通訊原理圖。

圖3是本發明主站充電樁通訊原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：

本發明的移動通信網絡為3G網絡或4G網絡，下面以4G網絡為例來詳細說明：

本發明的一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統，如圖1所示，本發明的一種電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統，包括：安裝的位置處於同一條直線上的一個主站充電樁和多個從站充電樁，多個從站充電樁布置於主站充電樁的兩側，任意兩個相鄰充電樁之間無遮擋物體，所述主站充電樁接入移動通信網絡且為多個從站充電樁提供無線AP信號，所有從站充電樁布置於所述無線AP信號的有效傳輸半徑內，每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號；

所述主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經移動通信網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器；

所述主站充電樁還用於通過無線AP信號將所有從站充電樁所需的移動通信網絡流量總額度平均分配至每個從站充電樁，再根據充電監控數據分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；當其中任一從站充電樁的實際使用流量比平均分配移動通信網絡流量小於預設流量值時，統計各個從站電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；最後根據各個從站充電樁的實際充電利用率來重新分配剩餘流量。

從站充電樁通訊原理圖如圖2所示，從站充電CPU和從站控制模塊實現從站樁就地數據採集、控制、顯示等充電功能，從站WiFi模塊作為無線Station，通過連接主站充電樁的無線AP信號實現充電監控數據的傳輸功能。

其中，充電監控數據包括充電樁的工作狀態、告警信號、故障信號、電壓、電流和電量數據。

從站充電CPU，其處理與從站充電相關的數據，將從站控制模塊採集的開關量輸入信號、模擬量輸入信號發給從站充電CPU，從站充電CPU執行相關的程序進行處理並將處理結果發送給從站控制模塊。

從站控制模塊作用主要是採集的開關量輸入信號、模擬量輸入信號、電錶RS485通訊信號，將採集的數據發送給從站充電CPU並根據其處理結果驅動相應電氣元件。

從站控制模塊由開關量輸入檢測電路、模擬量輸入檢測電路、RS485通訊電路和開關量輸出電路構成。

主站充電樁通訊原理圖如圖3所示，主站充電樁，包括主站充電CPU，其與主站無線CPU相連，所述主站充電CPU用於將其接收、處理後的主站充電監控數據直接傳送給主站無線CPU；所述主站無線CPU還分別與4G模塊和主站WiFi模塊相連；

主站無線CPU還用於接收依次經從站WiFi模塊傳送來的從站充電監控數據和主站充電CPU發送來的主站充電監控數據，並將接收到的從站充電監控數據與主站充電監控數據打包一起經4G模塊傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器。

主站充電CPU，其處理與主站充電相關的數據，將主站控制模塊採集的開關量輸入信號、模擬量輸入信號發給主站充電CPU，主站充電CPU執行相關的程序進行處理並將處理結果發送給主站控制模塊。

主站控制模塊作用主要是採集的開關量輸入信號、模擬量輸入信號、電錶RS485通訊信號，將採集的數據發送給主站充電CPU並根據其處理結果驅動相應電氣元件。

主站控制模塊由開關量輸入檢測電路、模擬量輸入檢測電路、RS485通訊電路和開關量輸出電路構成。

主站充電樁主要實現兩種功能：

①充電監控功能，充電CPU和控制模塊實現主站樁就地數據採集、控制、顯示等充電功能；

②實現4G網絡共享功能，主站無線CPU、4G模塊和WiFi模塊將SIM卡撥號連網，WiFi模塊設置為無線AP，從站充電樁通過連接這個無線AP實現共享SIM卡的4G網絡數據傳輸。

本發明的電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統的數據傳輸過程：

多個從站充電樁的充電CPU將本樁的充電監控數據通過從站WiFi傳輸到主站充電樁的主站無線CPU，主站充電樁的主站充電CPU將本樁的充電監控數據直接傳送給主站無線CPU，主站無線CPU再將所有主樁和從樁的所有監控數據打包通過4G網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器通過乙太網將充電樁監控數據轉發到充電樁監控伺服器。主樁和從樁以及各個從樁之間通過WiFi進行無線通信，不佔有4G SIM卡流量。

為保證電動汽車充電樁無線數據傳輸系統中WiFi信號的抗幹擾能力，採取下列相關措施：

①充電站建設方面，在充電站設計時，將所有充電樁安裝固定位置處於同一條直線上，主站充電樁安裝在中間位置，任意兩個相鄰充電樁之間無任何遮擋物體，避免WiFi信號因貫穿物體造成的環境損耗，保證AP信號的有效傳輸半徑內覆蓋所有從站充電樁；

②增加發射功率，主站充電樁WiFi信號發射通過功放模塊增加其發射功率，提高WiFi信號強度；

③選用定製增益天線，提高主樁發射天線增益和從樁接收天線的增益，增大WiFi信號的有效傳輸距離。

其中，本發明的主站無線CPU處理程序包括：MAC地址綁定程序模塊，其用於將所有與主站充電樁對應從站充電樁的MAC地址綁定，禁止非綁定MAC地址的無線設備接入主站充電樁的無線AP信號；

無線AP信號接入數據設置程序模塊，其用於設置主站充電樁的無線AP信號接入限制數量，數值與從站充電樁數量相同，禁止額外無線設備接入；

無線AP信號的SSID隱藏程序模塊，其用於隱藏主站充電樁的無線AP信號的SSID，避免其他無線設備對主站充電樁的無線AP信號的網絡攻擊。

進一步地，從站充電CPU處理程序還包括無線AP信號接入帳號信息生成程序模塊，其用於編碼生成與主站充電樁無線AP信號相匹配的SSID、登錄密碼和IP位址段來接入主站充電樁的無線AP信號。

因此，為保證系統WiFi信號的安全性，採取下列相關措施：

①充電樁出廠之前調試，主站充電樁綁定對應從站充電樁的MAC地址，非綁定MAC地址的無線設備禁止接入主樁AP；

②設置AP接入限制數量，數值與從站充電樁數量相同，禁止額外無線設備接入；

③隱藏無線AP的SSID，避免被智慧型手機等無線設備搜到AP的SSID引起網絡攻擊；

④在主站充電樁的主站無線CPU的存儲單元中和從站充電樁的從站充電CPU的存儲單元中編寫相同的登錄帳號信息生成程序，在預設間隔時間(比如：每月的1日)按特殊編碼生成無線AP的SSID、登錄密碼和IP位址段，IP位址段中可用IP數量與從站充電樁數量相同，只有SSID、登錄密碼和IP位址三者正確才能接入AP。

例如SDRZWPK1610010CDZ，登錄帳號信息生成程序根據上述編碼生成AP信息如下：

SSID：lnint-new1608；

密碼：yinhedasha@901；

IP：192.168.1.26～192.168.1.86；

如果現場個別樁不能登錄時，只需重新輸入上述編碼即可，而不是手動輸入AP的SSID和密碼，避免登錄信息因人為因素造成洩密。

智能流量分配、管理方案：

①根據充電站的設計需求來計算主站充電樁所需的流量額度，在預設間隔時間(比如：每月的1日)給每一個充電樁平均分配4G流量；

②充電監控數據傳輸時分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；

③當其中任何一個從站充電樁的實際使用流量比平均分配4G流量小1M時，統計各個從站充電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；

④根據各個從站充電樁的實際充電利用率重新分配剩餘流量；

⑤如果再次出現③中所述情況，重複③、④。

本發明的電動汽車離散充電樁無線數據傳輸系統的無線數據傳輸方法，包括：

步驟1：主站充電樁接入移動通信網絡且為多個從站充電樁提供無線AP信號，每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號；

進一步地，在步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

將所有與主站充電樁對應從站充電樁的MAC地址相綁定，禁止非綁定MAC地址的無線設備接入主站充電樁的無線AP信號；

設置主站充電樁的無線AP信號接入限制數量，數值與從站充電樁數量相同，禁止額外無線設備接入。

進一步地，在步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

隱藏主站充電樁的無線AP信號的SSID，避免其他無線設備對主站充電樁的無線AP信號的網絡攻擊。

進一步地，在步驟1中每個從站充電樁作為Station接入所述無線AP信號之前，還包括：

在從站充電樁內編碼生成與主站充電樁無線AP信號相匹配的SSID、登錄密碼和IP位址段來接入主站充電樁的無線AP信號。

IP位址段中可用IP數量與從站充電樁數量相同，只有SSID、登錄密碼和IP位址三者正確才能接入AP，這樣保證了系統WiFi信號的安全性。

步驟2：主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經4G網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器。

步驟3：主站充電樁通過無線AP信號將所有從站充電樁所需的移動通信網絡流量總額度平均分配至每個從站充電樁，再根據充電監控數據分別計算各個從站充電樁的實際使用流量；當其中任一從站充電樁的實際使用流量比平均分配4G網絡流量小於預設流量值時，統計各個從站電樁的已使用流量，計算出剩餘流量；最後根據各個從站充電樁的實際充電利用率來重新分配剩餘流量；

其中，步驟2和步驟3可互換。

本發明的不同充電樁之間通過WiFi進行無線通信，不佔用SIM流量，降低了不同充電樁之間通訊流量成本，只需要主站充電樁使用一張SIM卡可實現整個充電站充電樁的數據傳輸，避免了多張卡的實名制認證造成的麻煩；主站充電樁將主站充電樁自身的主站充電監控數據以及通過無線AP信號接收從站充電樁傳送來的從站充電監控數據打包一起經4G網絡傳送到數據中心伺服器，數據中心伺服器將打包的數據解析後轉發到充電樁監控伺服器，避免了現有技術因多個充電樁同時上傳數據造成信道阻塞情況，保證通訊質量。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。