一種基于物聯網的充電樁系統及其控制方法與流程

本發明涉及車輛充電系統，具體涉及一種基于物聯網的充電樁系統及其控制方法。

背景技術：

電動車輛（ev）需要周期性的再充電，這是通過將ev連接至充電器完成的，該充電器從供電線路接收其功率。ev充電器的功率消耗特性是這樣的，當ev最初充電時，ev充電器汲取大量的功率；相反，當無ev連接至該充電器時，或當有ev連接但它具有“幾乎已滿的”電荷或“已滿”的電荷時，該充電器需要非常少的功率或不需要功率。

在所有情況下，充電器汲取功率的時間與為ev充電的時間的比例小于100%，且在一些情況下，可能非常低，僅為百分之幾。盡管當ev充電已滿時充電器可以自動地關掉ev充電，但供電線路和其他具體位置的基礎設置是額定的以支持大致固定量的功率，這樣就使得充電器沒有被充分利用，更加不利于用戶的充電體驗，如果想要更多的充電器，則必須以額外的成本和延時增建額外的電器基礎設施，大大增加額外的成本，影響ev的認可和順利進入市場。

同時，在ev普及的過程中，插電式混合動力車輛也需要再充電，以利用與所建立基礎設置關聯的更低的能量成本，隨著新能源汽車尤其是純電動汽車在全球范圍內尤其是在中國迅速推廣普及，電動汽車由于廠家、標準、電池管理系統也各色各異，充電站（樁）數量少、分布不合理、用戶對電池包充電差異性的擔憂等問題，成為制約電動汽車日常使用便利性和進一步普及的最大瓶頸。

申請號為201480025893.3、申請日為2014.05.13、申請人為特斯拉汽車公司公開了一篇專利名稱為基于位置的充電控制系統的進入中國的pct專利申請，該專利提供了一種根據對位置敏感的充電指令集自動地對電動車輛的蓄電池組進行充電的方法，根據汽車所在不同的位置設置不同的充電指令集，充電指令集包含預設充電計劃和預設充電水平限制，不同的充電計劃和不同的充電水平限制被預設用于不同的充電站和位置，用戶根據車輛的位置選擇充電指令集內優選的充電站和充電計劃，該充電方法通過電動汽車根據位置選擇充電站的方式，雖然在一定程度上提高了電動汽車和充電站的適用性問題，有效避免電動汽車對電網的負載造成不穩定的風險，并且使得充電系統滿足與方便性有關的消費者期望和電動車輛相關聯的潛在節能，但是該充電方法中的充電接口并不能匹配出與電動汽車電池包相適應的充電信息，并且當充電用戶較多時，電動汽車與充電樁之間的相互匹配也存在著很多障礙，一方面造成了電力資源的浪費，另一方面在充電繁忙期間，適用充電樁位置很難找到，若全部采用最大輸出功率充電樁，一方面造成大量電力資源的浪費，另一方面也使得充電樁、充電站的成本過高，影響用戶的體驗，從而影響電動汽車的普及應用。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提出一種基于物聯網的充電樁系統及其控制方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于物聯網的充電樁系統，包括充電站控制中心，用于接收充電請求信息并完成與電動汽車匹配請求充電后充電樁的功率調配；通信模塊，用于實現電動汽車與充電樁、充電站控制中心的通信連接；充電樁，所述充電樁被配置為在充電站控制中心作用下給電動汽車進行充電，還包括電池包信息存儲裝置，所述的電池包信息存儲裝置為云存儲裝置，用于存儲電動汽車的電池包信息和對應電池包信息相適應的預設充電計劃和預設充電水平限制，所述電動汽車與充電站控制中心通信連接后，充電站控制中心匹配出電動汽車適用的充電端口，并完成電動汽車與充電樁的配對，生成的配對信息引導電動汽車至充電樁的充電位置。

所述的充電樁包括輸入電源、控制單元、人機交互單元、充電樁通信單元、輸出電壓、電流監控單元、充電端口，充電樁通過充電樁通信單元與充電站控制中心通信連接，充電站控制中心通過電壓、電流監控單元對充電樁的各個充電端口的輸出功率實時監控，其中，電動汽車的電池信息無法與充電站控制中心的電池包信息存儲裝置匹配時，根據預設指令選擇默認的充電計劃和充電水平限制或者通過人機交互單元輸入相應的充電計劃和充電水平限制對電動汽車的蓄電池組進行充電。

所述的充電站控制中心與各個充電樁之間設置有供電線路斷路器，所述供電線路斷路器用以限制供電期間與充電系統相連接的電動汽車所汲取的總功率，在充電樁上設置功率分配模塊，使得充電樁上的充電端口都能滿足電動汽車的充電請求，任何給定的充電樁或所有充電樁不超過供電線路斷路器的限制，所述充電樁通過充電樁通信單元與充電站控制中心連接，充電站控制中心實時獲得各個充電樁充電接口的由ev汲取的充電電流、充電電壓、所消耗的充電功率、以及當前電網的負載狀態。

在充電樁和電動汽車之間設置有位置感應牽引裝置，所述電動汽車在通信模塊作用下與充電樁配對后，在位置感應牽引裝置作用下將電動汽車引導至充電區域。

所述的功率分配模塊被配置為調整充電樁上充電接口的輸出電壓、輸出電流，功率分配模塊還包括優先次序確定器，所述的優先次序確定器基于充電站控制中心接收到的充電汽車的請求信息分配給充電樁適充電接口的優先次序排列，所述的優先次序排列后的請求充電的電動汽車滿足充電樁適充接口的輸出電壓、輸出電流以及ev充電所消耗的功率不超過充電樁的充電功率和充電站控制中心的供電線路斷路器限制的功率。

一種基于物聯網的充電樁系統的控制方法：

步驟1、電動汽車請求充電；

步驟2、電動汽車請求充電的信號通過通信模塊傳輸至充電站控制中心；

步驟3、充電站控制中心通過通信模塊獲取電動汽車電池信息；

步驟4、充電站控制中心將獲取的電動汽車電池信息與充電站控制中心的電池包信息存儲裝置進行匹配；

步驟5、若匹配成功，則充電站控制中心將與電動汽車相匹配的充電樁與電動汽車配對；

步驟6、若匹配不成功，通過手動控制實現電動汽車與充電樁之間的配對；

步驟7、通過配對信息指引電動汽車至充電樁充電位置，電動汽車與充電樁配合無誤后開始充電。

優選的，在步驟7中，當電動汽車與充電樁的適充接口配對完成后，電動汽車與充電樁之間通過位置感應牽引裝置生成導引信息，所述的導引信息包括人體感官信息、無線信號傳輸信息、磁場感應信息中的一種或多種。

進一步的，在步驟5中，當充電站控制中心有新的充電請求時，充電站控制中心通過充電樁上的功率分配模塊首先判斷再用充電樁是否有充電接口滿足請求充電的電動汽車的電池需求，若有滿足的，則充電站控制中心優先選擇再用充電樁給電動汽車充電，若沒有滿足的，則通過啟動一個未再用的充電樁開始對電動汽車進行充電，其中，充電站控制中心通過供電線路斷路器、以及充電樁上設置的功率分配模塊、優先次序確定器實現對請求充電電動汽車的充電功率、充電次序的調節與配置。

更優選的，在步驟6中，若發出充電請求的電動汽車的電池信息與充電站控制中心的電池包信息存儲裝置不匹配時，充電站控制中心選擇未再用的充電樁充電接口與電動汽車進行配對，配對后的引導信息導引電動汽車至充電樁的充電位置，用戶通過人機交互單元選擇相應的充電計劃和充電水平限制，在充電站控制中心默認的時間內，用戶沒有選擇相應的充電計劃，則充電站控制中心根據預設選擇默認的充電計劃和充電水平限制，然后充電樁與電動汽車配合無誤后開始充電。

再進一步的，所述的充電站控制中心還具有預約功能，電動汽車電量小于預設閾值時，電動汽車自動啟動請求充電功能，充電站控制中心根據車輛的位置信息、速度、方向優先選擇相應的充電站進行匹配，其中定位步驟以及所述位置識別步驟在所述匹配步驟之前執行，用戶能夠選擇接受或者拒絕，若用戶拒絕電動汽車請求充電匹配的充電站，則用戶能夠選擇在適用范圍內的充電站并與其充電站控制中心匹配，當電動車輛到達預充電范圍內位置后，開始進入步驟3，待電動汽車與充電樁配合無誤后開始充電。

本發明的有益效果如下：本發明通過在充電站控制中心設置電池包信息存儲裝置，實現對電動汽車電池信息的匹配，從而獲得適用的充電計劃和充電水平限制等充電指令，有效避免了電動汽車充電對電網負載造成不穩定的影響，提高消費者對電動車輛行駛里程、性能、可靠性以及電動車輛的蓄電池對充電相關聯的時間、成本和方便性的期望，電動汽車與充電樁配對后的配對信息指引電動車至充電樁的充電區域，提高在充電繁忙期間，充電樁與電動汽車匹配之間的方便性和快捷性，保證電動汽車在推廣普及過程中的適用性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一種基于物聯網的充電樁系統控制方法的流程圖；

圖2為本發明一種基于物聯網的充電樁系統控制方法所述的電動汽車與充電樁相匹配的一種流程圖；

圖3為本發明一種基于物聯網的充電樁系統控制方法所述的電動汽車的電池信息與充電站控制中心電池包信息匹配的流程圖；

圖4為本發明一種基于物聯網的充電樁系統控制方法所述的電動汽車與充電站控制中心預約匹配的流程圖；

圖5為本發明一種基于物聯網的充電樁系統控制方法所述的電動汽車與充電樁完成配對的控制流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1，如圖1所示，本發明公開了一種基于物聯網的充電樁系統，包括充電站控制中心，所述的充電站控制中心用于接收電動汽車發出的請求充電信息，并通過通信模塊實現電動汽車與充電站控制中心的通信連接，充電站控制中心還包括電池包信息存儲裝置，所述的電池包信息存儲裝置為云存儲裝置，用于存儲電動汽車的電池包信息和對應電池包信息相適應的預設充電計劃和預設充電水平限制，充電站控制中心與電動汽車建立通信鏈接后，充電站控制中心可以獲得電動汽車的電池信息，充電站控制中心將或得的電動汽車的電池信息與充電站控制中心的電池包信息存儲裝置進行匹配，匹配成功后選出對應的預設充電計劃和預設充電水平限制作為充電指令，充電站控制中心將充電指令通過通信模塊傳輸至充電樁，充電樁的充電接口在充電站控制中心的作用下與請求充電的電動汽車進行配對，配對后生成的配對信息引導電動汽車至充電樁的充電位置。

優選的，所述的充電樁包括輸入電源，所述的輸入電源被配置為對充電樁系統的充電樁進行供電，所述的供電電源包括電網電源、備用電源、自發電源等多種電源輸入方式，在充電樁上設置控制單元，所述的控制單元用以實現充電樁對電動汽車充電電壓、電流和功率等充電指令的調節與配置，充電樁上還設置有人機交換單元，所述的人機交換單元用以實現電動汽車與充電樁之間實現連接的人為控制，充電樁上設置的充電樁通信單元用以實現充電樁與充電站控制中心實現的通信連接，使得充電站控制中心和充電站之間實現數據傳輸，在充電樁上還設置有輸出電壓、電流監控單元，用以實時監控充電樁的各個充電端口的和充電樁總的輸出功率，并將監控數據通過通信模塊實時與充電站控制中心進行反饋。

本發明的工作原理如下：當電動汽車請求充電時，電動汽車發出的請求充電信息通過通信模塊傳輸至充電站控制中心，充電站控制中心與電動汽車建立通信連接后，充電站控制中心通過通信模塊獲得電動汽車的電池信息，然后充電站控制中心將獲得的電動汽車的電池信息與充電站控制中心設置的電池包信息存儲裝置進行匹配，若充電站控制中心的電池包信息存儲裝置與電動汽車的電池信息匹配成功，則控制中心將電池包信息存儲裝置中的充電指令通過通信模塊傳輸至適用的充電樁，使電動汽車與適用的充電樁進行配對；若匹配不成功，可以通過手動控制實現電動汽車與充電樁之間的配對，這里的手動控制可以為通過電動汽車終端實現手動控制配對，也可以是通過充電樁實現手動控制配對；電動汽車與充電樁配對后生成配對信息，配對信息指引電動汽車至充電樁充電位置，電動汽車與充電樁的充電接口配合無誤后開始充電。

優選的，充電站控制中心獲得電動汽車的電池信息可以是通過通信識別模塊，例如識別電池的型號、電池的電壓輸出等級、輔助電源的電壓輸出等級等等；也可以是通過電動汽車的反饋模塊，例如將電動汽車的電池信息包括電池適充電指令做出一個eeprom（電子抹除式可復寫只讀存儲器）數據包，所述的eeprom數據包包括但不限于電壓、充電狀態soc、健康狀態soh、功能狀態sof、使用壽命、工況、出廠信息、保存運輸歷史等。

進一步的，所述充電樁和電動汽車之間設置有位置感應牽引裝置，所述的位置感應牽引裝置被配置為當電動汽車在通信模塊作用下與充電樁配對后，將電動汽車引導至配對后充電樁的充電區域，該設置避免充電樁與電動汽車位置關系找尋不便，尤其是在充電繁忙期間對用戶充電帶來的不適性。

本發明通過在充電站控制中心設置電池包信息存儲裝置，實現對電動汽車電池信息的匹配，從而獲得適用的充電計劃和充電水平限制等充電指令，有效避免了電動汽車充電對電網負載造成不穩定的影響，提高消費者對電動車輛行駛里程、性能、可靠性以及電動車輛的蓄電池對充電相關聯的時間、成本和方便性的期望，電動汽車與充電樁配對后的配對信息指引電動車至充電樁的充電區域，提高在充電繁忙期間，充電樁與電動汽車匹配之間的方便性和快捷性，保證電動汽車在推廣普及過程中的適用性。

實施例2，所述的充電站控制中心與各個充電樁之間設置有供電線路斷路器，所述供電線路斷路器用以限制供電期間與充電系統相連接的電動汽車所汲取的總功率，保證負載電動汽車充電電網的穩定性，在充電樁上設置功率分配模塊，使得充電樁上的充電端口都能滿足電動汽車的充電請求，任何給定的充電樁的功率和/或所有再用充電樁的總功率不超過供電線路斷路器的限制，所述充電樁通過充電樁通信單元與充電站控制中心連接，充電站控制中心實時獲得各個充電樁充電接口的由ev汲取的充電電流、充電電壓、所消耗的充電功率、以及當前電網的負載狀態，其他結構同實施例1，該設置有效避免電動汽車充電堆電網負載造成的不穩定影響，另一方面也保證了充電樁以及電力資源的高效使用，從而有效避免了充電樁的閑置和電力資源的浪費，達到降低成本的目的，在充電樁以及電動汽車在普及推廣過程中帶來更好的利益效應。

在本實施例中的充電樁在充電過程中，如附圖2所示，當充電站控制中心有新的充電請求時，充電站控制中心獲得電動汽車的電池信息后，在不超過供電線路斷路器限制供電期間與充電系統相連接的電動汽車所汲取的總功率的前提下，充電站控制中心通過通信模塊實時獲得充電樁上充電接口的充電信息，并通過充電樁上的功率分配模塊首先判斷再用充電樁是否有充電接口滿足請求充電的電動汽車的電池需求，若有滿足的，則充電站控制中心優先選擇再用充電樁給電動汽車充電，若沒有滿足的，則通過啟動一個未再用的充電樁開始對電動汽車進行充電，在充電實施過程中，充電站控制中心通過供電線路斷路器、以及充電樁上設置的功率分配模塊來實現對請求充電的電動汽車的充電功率的調節與配置，該設置公開了一種具體的充電站控制中心調節充電樁對電動汽車充電的電力輸入方式，實現充電樁高效利用，節能減耗的目的。

優選的，所述的功率分配模塊還包括優先次序確定器，所述的優先次序確定器基于充電站控制中心接收到的充電汽車的請求信息分配給充電樁適充電接口的優先次序排列，所述的優先次序排列后的請求充電的電動汽車滿足充電樁適充接口的輸出電壓、輸出電流以及ev充電所消耗的功率不超過充電樁的充電功率和充電站控制中心的供電線路斷路器限制的功率，該設置實現充電站控制中心對請求充電的電動汽車充電次序的調節與配置，避免請求充電的電動汽車較多時秩序混亂的問題，提高充電樁充電的高效利用。

進一步的，如圖3所示，當電動汽車發出請求充電的信息后，在適用范圍內的充電站接收到請求充電的信息，充電站控制中心將接收到請求充電的電動汽車的電池信息與充電站控制中心的電池包信息存儲裝置無法匹配時，充電站控制中心選擇未使用的充電樁與電動汽車進行配對，使用未再用的充電樁作為電動汽車的適充電源，保證電動汽車的充電需求，在該設置中，充電站控制中心的電池包信息存儲裝置需要進行實時更新，保證電池包信息存儲裝置中的電池包信息能盡可能包含所有電池種類信息，并對應的設置出預設充電計劃和預設充電水平限制，當電池包信息存儲裝置中的電池包信息不包含請求充電的電池包信息時，則充電站控制中心選擇與之近似的電池包信息的預設充電計劃和預設充電水平限制作為默認的充電指令給電動汽車進行充電，若充電站控制中心無法檢測出請求充電的電動汽車的電池信息時，則充電站控制中心將常用的充電指令作為默認的充電指令給電動汽車進行充電。

更進一步的，在充電樁與電動汽車配對過程中，用戶也可以根據人機交互單元選擇相應的充電計劃和充電水平限制，該設置主要滿足用戶的主觀能動性的控制方式，使得用戶可以根據自己的需要進行充電計劃調節，若在充電站控制中心默認的時間內，用戶沒有進行相應的充電計劃選擇，則充電站控制中心根據預設選擇默認的充電計劃和充電水平限制作為給電動汽車充電的充電指令，一般充電站控制中心默認的時間為30s~3min，優選2min，該設置進一步提高用戶在給電動汽車充電時的便捷性和可靠性，減少用戶的主動操作，滿足用戶對充電電池的可行駛里程、性能以及對充電相關聯的時間、成本和方便性等相關性能的期望。

實施例3，如圖4~5所示，本發明所述的充電樁系統及其控制方法還具有預約功能，通過充電站控制中心進行實現，當電動汽車在正常行駛或者正常停放時，用戶通過車載控制系統可以自主選擇是否進行充電預約，若用戶選擇開啟預約功能，則電動汽車啟動請求充電的功能，充電站控制中心根據車輛的位置信息、速度和方向優先選擇相應的充電站進行匹配，其中，電動汽車的定位步驟和位置識別步驟在所示匹配步驟之前執行，車載控制系統將最優匹配的充電站進行顯示，用戶可以選擇接受或者拒絕，若用戶拒絕電動汽車請求充電匹配的充電站，則用戶可以自主選擇在適用范圍內合適的充電站并與其充電站控制中心進行匹配，匹配完成后，電動汽車需要在充電站控制中心默認的時間內到達預充電位置的范圍內，充電站控制中心默認的預約等候時間為20min~2h，優選30min，當電動汽車到達預充電范圍內位置后，充電站控制中心通過通信模塊獲得電動汽車的電池信息，并根據電動汽車的電池信息選用對應的充電樁以及充電計劃指令，充電樁與電動汽車配對成功后，生成的指引信息引導電動汽車運動至充電樁的充電位置，待電動汽車與充電樁配合無誤后，啟動充電指令，在選用的充電指令作用下，充電樁開始對電動汽車進行充電，該設置提供一種充電系統的預約功能，用戶可以根據自己的需要自主的選擇充電站作為相匹配的充電站，也可以由車載控制系統選用的充電站作為相匹配的充電站，使得用戶在充電之前就能夠知道充電站充電樁的使用情況，避免用戶在充電繁忙期間找不到適用的充電樁，從而使得用戶白跑一趟，預充電范圍和預約功能等待時間的設置，避免用戶預約后在長時間內未到達指定位置充電，引起充電樁長時間被閑置的問題。

進一步的，所述電動汽車的車載控制系統上還包括有電動汽車電池電量小于預設閾值時，電動汽車自動請求充電的功能，該閾值在出廠時由廠商設置，用戶可以根據自己的需要進行更改調節，該設置避免電動汽車在行進過程中，由于電量不足而無法到達充電站進行充電的問題，進一步保證電動汽車充電的方便性。

在上述所有的實施例中，本發明所述的基于物聯網的充電樁系統及其控制方法中關于電動汽車與充電樁的適充接口配對完成后，電動汽車與充電樁之間生成的引導信息包括但不限于人體感官信息、無線信號傳輸信息、磁場感應信息中的一種或多種，其中，所述的人體感官信息包括但不限于顯示牌顯示、語音播報等人體可以通過眼睛觀看、耳朵聽到的指示信息；所述的無線信號傳輸信息包括但不限于地圖導航信息、藍牙配對指引信息；所述的磁場感應信息包括但不限于根據無線線圈發射裝置次磁場強度的信號進行電動汽車與充電樁之間的匹配，所述的引導信息被配置為將電動汽車指引至與電動汽車配對充電樁的充電區域，該設置實現電動汽車與配對充電樁之間實現快速充電連接的目的，避免了電動汽車在充電繁忙期間由于無秩序配對給用戶充電帶來的不便，進一步提高電動汽車在普及推廣過程中充電的便捷性。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，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范圍之內。