專利名稱：電動汽車物聯網充電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車物聯網充電系統，屬于電動汽車充電技術領域。
背景技術：
電動汽車尤其是純電動汽車要想走進尋常百姓家，必須借助便捷的充電網絡。目 前，世界各國也正在積極制定電動汽車獎勵和推廣政策，幫助電動汽車早日實現商業化運
口 ο我國正在掀起充電站建設熱潮，如何合理規劃和建設面向大眾的充電網絡，成為 人們關注的熱點問題。我國已經成為世界上汽車保有量增長最快的國家。2010年初，汽車銷售量首次超 過美國成為世界第一。從汽車產業作為我國經濟的支柱產業，以及我國與發達國家的汽車 保有量的差距來看，預計今后一段時期，我國汽車保有量仍將保持持續的增長。目前我國 85%的汽油被汽車消耗，而我國作為石油資源相對貧乏的國家，2009年石油對外依存度已 經超過50%，已經嚴重威脅到我國能源安全。大力發展新能源汽車已成為我國應對氣候變 化和推動節能減排的一項重要措施，以電動汽車為代表的新能源汽車將會成為未來的發展 趨勢和方向。2008年國家財政部、科技部在全國推行“十城千輛”節能和新能源計劃，國家 財政部預計將投入2000億元用于推廣和使用新能源汽車。隨著我國純電動汽車研發力度 的加大，純電動汽車的電池、電機等技術難關被一一攻克，純電動汽車技術已經趨于成熟。電動汽車要想取代傳統的燃油汽車必須解決能源供給問題。電動汽車的動力來源 于車載電池，如果沒有布局合理、設施完善的充電網絡，就會大大降低電動汽車使用的便利 性，嚴重削弱電動汽車的市場競爭力，制約電動汽車的推廣和發展。目前，美國、法國、德國、英國、加拿大等國家都已建成了各自的電動汽車充電設 施，主要以充電樁為主。我國電動汽車充電站試點大多局限于電動公交汽車或內部集團用車，因此我國還 沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務網絡。充電設施的建設方案應充分考慮電動汽車的種類以及其行駛要求。按照傳統的思 路，公交車、市政環衛車輛行駛線路固定，可以利用已有的停車場建設充電站，采用以快換 為主結合快充的方式，保證車輛的正常行駛和工作。而政府公務車、企業商用車、示范園區 用車等運行區域比較固定集中，則可以在政府集中辦公場所或企業集聚附近區域、博覽會 中心區域建設電動汽車充電站，采用以慢充為主，結合快充或快換的方式。但是對于向出租 車、私家車等，由于運行線路和區域不確定，應該在機場、火車站、酒店、醫院、購物中心、超 市等公共停車場或者小區停車位中建大量充電樁，采用快充或者慢充的方式給車輛進行充 H1^ ο電動汽車商業化運營需要多種力量支持，根據運營過程中主體參與者不同，目前 電動汽車充電站的商業化運營模式主要有政府主導型、充電系統關聯企業主導型、社會企 業主導型和電動車輛用戶主導型四種。
由于國內電動汽車及充電站商業運營還處于發展初期探索階段，因此，具體采用 哪種運營方式，必須考慮電動汽車的發展程度以及不同電動汽車的運營特點。然而，以色列 Better Place公司開創性的提出了象運營手機一樣來運營電動汽車充電業務，以一個全新 的思路提出了電動汽車充電技術和運營模式的新方向。然而，如何從技術角度實現和支撐 這樣新的運營方式，一直是其全面落實的障礙。
發明內容
本發明的目的是提供一種電動汽車物聯網充電系統，以解決電動汽車的大規模充 電業務如何向電網提供靈活、安全、有效的儲能和供電服務，以及充電業務如何更加快捷便 利的向用戶提供不間斷動力服務的問題。為實現上述目的，本發明的電動汽車物聯網充電系統包括汽車物聯網，其中每臺電動汽車包括車載管理芯片和車載移動終端，所述車載管 理芯片用于記錄電動汽車各自的特性，所述車載移動終端用于電動汽車行駛數據的采集、 無線信息交互及客戶端軟件的運行；電池物聯網，其中每一塊電池都包括電池管理芯片，該芯片用于記錄其自身的品 牌、類型、容量、使用壽命和充放電次數特性信息；充電設施網絡，充電設施包括充電樁、換電站和集中充電站，且每種充電設施包括 充電設施芯片，用于記錄充電設施的容量、位置、狀態特性信息，以及與電池管理芯片進行 數據的交互；監控中心，包括監控子站和監控主站，監控子站用于匯總監控區域內所有充電設 施芯片、車載管理芯片傳遞的汽車信息，所述監控主站用于接收、存儲監控子站上傳的數 據，并根據上傳的數據監控和規劃整個系統的充電設施充放電的操作，調配電池在各充電 站之間的分配；所述汽車物聯網、電池物聯網、充電設施網絡分別通過各車載管理芯片、電池管理 芯片、充電設施芯片與監控中心通訊連接。進一步的，所述汽車物聯網中的車載管理芯片嵌入車輛電池管理系統中，所述車 載管理芯片含有車輛的唯一識別碼VEHICLE_ID。進一步的，所述車載管理芯片包括VEHICLE_ID驗證模塊、汽車特性記錄模塊和安 全準入驗證模塊。進一步的，所述車載管理芯片用于記錄車輛各自不同的特性，如汽車的耗電量、載 重量、總行駛里程數。進一步的，所述車載移動終端包括分別通過接口與車載管理芯片、電池管理芯片 通訊連接的車輛信息輸出及電池信息輸入模塊、VEHICLE_ID及車輛特性模塊，以及車輛行 駛數據采集模塊、GPS定位模塊、充電設施狀況描述模塊和VEHICLE_ID驗證模塊，上述功能 模塊均與主控程序模塊相連。進一步的，所述電池管理芯片包括BATTERY_ID驗證模塊、車輛數據記錄模塊、 充電記錄模塊和電池數據記錄模塊，該電池數據記錄模塊與所述車輛數據記錄模塊、 BATTERY_ID驗證模塊雙向通訊連接，所述充電記錄模塊與BATTERY_ID驗證模塊通訊連接。進一步的，所述充電設施芯片具有唯一的標識碼MACHINE_ID。
進一步的，所述監控子站還用于與行駛在該區域內的電動汽車實時通信、處理行 駛數據，向電動汽車發送所需信息。進一步的，所述監控主站的運行管理功能包括智能充電單元、電池調度單元，智能 充電單元用于監控和規劃整個系統的充電設施充放電的操作；電池調度單元根據所收集地 理信息系統GIS的信息監控所有電池在各充電站之間的分布和流動狀態，根據汽車的流量 和向電網反向售電的規劃，調配電池在各充電站之間的分配。進一步的，所述監控主站還包括計費結算功能單元，該單元用于根據銷售合同實 時進行與汽車用戶之間的計費和結算；根據需要與電網公司進行電量解算；同時，由于充 電站內大量的電池組可以作為儲能裝置和分布式電源向電網反送電能，該單元也要同時處 理向電網公司反向售電的結算。本發明的電動汽車物聯網充電系統以物聯網技術為基礎，通過汽車、電池以及充 電設施之間架起的信息交互渠道構建起了面向電動汽車業務的物聯網，通過將物聯網信息 整合傳遞給監控系統進行綜合管理運營，并實現與電網的技術整合和信息交互。在實施中， 通過成立一個專職的物聯網運營公司，面向用戶提供標準電池的更換服務，用戶不需對充 電時間的等待，也不需要自己購買電池。通過汽車、電池以及充電機之間交換的數據信息， 可以進行各種必須的計費結算和管理功能。同時，因為在電池的充電時間和地點上實現了 與汽車動力服務的解耦，可以更加靈活的有序安排電池的充放電運行(智能充電管理)，以 滿足電網的特定需求。此外，也可以支持用戶通過被遠程控制的分布式充電樁進行自主充 電，只要相應的信息得到記錄和交互，用戶即可享受最大限度的自由和服務。在本發明中， 無論是汽車、電池、充電機還是電網的信息，因為物聯網的平臺實現了全面的采集和共享， 使得為客戶提供更加復雜和高級的服務成為可能。
圖1是本發明實施例的物聯網架構示意圖；圖2是本發明實施例的輔助運營系統構成示意圖；圖3是本發明實施例的智能充電管理示意圖；圖4是本發明實施例的車載管理芯片功能框圖；圖5是本發明實施例的車載移動終端功能框圖；圖6是本發明實施例的標準電池管理芯片功能框圖；圖7是本發明實施例的智能充電管理層次圖；圖8是本發明實施例的監控系統與系統架構。
具體實施例方式本發明以物聯網技術為基礎，通過汽車物聯網、電池物聯網和充電設施網絡構建 的物聯網絡及其內部的電能和信息流動，為新的運營模式提供了一種全面的技術框架方案 作為支撐，以實現對汽車用戶靈活便捷的動力服務，以及對電網安全有效的儲能和供電服 務，即解決了電池造價以及動力服務快速便捷等汽車用戶側的障礙，也解決了充電設施和 電池的集中控制管理等電網側的障礙。從廣義上講，實現物體與物體之間的信息交互的技術都可以稱之為物聯網。無論互聯網還是物聯網，其本質都是提供了信息交互的渠道和平臺。而物聯網的這種信息交互 已經不僅僅停留在計算機之間，而是任何相關的實際物體。在電動汽車充電業務中，通過汽 車、電池以及充電設施之間架起的信息交互渠道構建起了面向電動汽車業務的物聯網，通 過將物聯網信息整合傳遞給監控系統進行綜合管理運營，并實現與電網的技術整合和信息 交互。通過成立一個專職的物聯網運營公司，面向用戶提供標準電池的更換服務，用戶不需 對充電時間的等待，也不需要自己購買電池。通過汽車、電池以及充電機之間交換的數據信 息，可以進行各種必須的計費結算和管理功能。同時，因為在電池的充電時間和地點上實現 了與汽車動力服務的解耦，可以更加靈活的有序安排電池的充放電運行(智能充電管理)， 以滿足電網的特定需求。此外，也可以支持用戶通過被遠程控制的分布式充電樁進行自主 充電，只要相應的信息得到記錄和交互，用戶即可享受最大限度的自由和服務。在這一方案 中，起決定性作用的是信息，無論是汽車、電池、充電機還是電網的信息，因為物聯網的平臺 實現了全面的采集和共享。也是因為對信息的全面掌握，使得更加復雜和高級的經營管理 方式成為可能。物聯網架構本發明實施例的系統采取三級架構，可以看成是三層不同的網絡縱向結合而成 汽車物聯網、電池物聯網、充電設施網絡。三層網絡結構如圖1所示，每一層網絡內的實體都具有自身唯一的電子標簽芯片 以標識身份，并記錄其特性信息。汽車物聯網中汽車通過內嵌的車載管理芯片具有唯一的識別碼VEHICLE_ID，并記 錄汽車各自不同的特性，如汽車的耗電量、載重量、總行駛里程數等。用于結算的汽車行駛 路程等信息，根據用戶選擇，可以通過電池芯片中轉上傳給監控中心，也可以通過實時遠程 無線通信傳遞，形成一個信息交互的網絡。該網絡架構，如果進一步開發利用，可以承載智 能交通管理等更多高級應用。電池物聯網中，每一塊電池通過電池管理芯片具有唯一的標識碼BATTERY_ID，用 于記錄電池自身的品牌、類型、容量、使用壽命和充放電次數等特性信息。這些信息用來為 每一塊電池建立其技術檔案，以便進行全生命周期的資產管理，也用于在使用過程中判斷 其是否因用戶的不當使用造成了損壞。充電設施網絡中，無論是充電站中的充電設施還是充電樁，都具有唯一的標識碼 MACHINE_ID，并記錄其容量、位置、狀態等特性信息。此外，由于充電設施也是電網資產的一 部分，所以由圖可見，充電設施網絡可以看做是未來智能電網的一部分。所有充電設施都具 有與電池管理芯片交互數據的能力，這樣無論是車輛行駛的信息還是電池使用的信息，都 可以通過充電設施上傳給監控后臺。此外，由于所有充電設施與監控系統具有雙向通信能 力，充電設施的運行完全處于監控后臺的控制之下，這也為實現智能充電管理建立了有效 的架構體系。由圖1所示，上、中、下三層中，層與層之間的實體也可以發生關聯，如圖中虛線所 示，但是這種關聯是動態和變化的。例如，一輛汽車使用了一塊電池，它們之間發生了關聯， 但是這種關聯是暫時性的，等到汽車更換電池后，就發生了另一個新的關聯。一塊電池也可 以在不同的充電設施進行充放電操作，它們之間也發生了關聯，這種關聯也是動態和暫時 的，隨著電池進一步流通，這個關聯就消失了。每一次發生這樣的關聯，就伴隨著電能和信息的雙向流動，如圖1中空心箭頭表示電能流動的方向，黑實體箭頭表示信息流動的方向。這種物聯網架構的設計，確保了三層網絡實體之間的解耦，也確保了它們可以自 由關聯，通過對信息的交互和記錄，又使得它們之間的這種自由交互可以完全在運行和計 費結算中完整的體現出來。尤其是實現了車輛與電池的完全解耦，并保證了它們之間任意 組合的自由。這樣，運營公司可以只關注于電池的管理和信息回收，而不受車輛位置等因素 的制約。不管用戶以何種方式歸還電池就可以進行計費結算，而不一定要把車輛開入充電 站；即使用戶使用充電樁自主充電，由于充電樁可以采集電池信息和雙向通信，也不影響按 照里程數進行計費結算的功能。而且，這種解耦和信息傳遞方式，使得用戶采用其它動力源 行駛的里程不會被錯誤記進物聯網運營公司的賬單。輔助運營系統為了實現上述物聯網架構的運營，相應的設計了其運營系統的結構，如圖2所示， 整個系統可以大致劃分為電網交互層、運營公司內部應用層、用戶交互層三個層次圖中所有商務功能的連接用細箭頭表示，所有技術功能的連接用粗箭頭表示。由 圖可知，電網交互層對應物聯網運營公司與電網公司的信息交互，相應的功能和信息均為 技術的，也就意味著電網公司只接受與電網運行相關的技術信息，而不過問商務信息；用 戶交互層對應物聯網運營公司與用戶的交互，相應的接口信息均為商務的，說明用戶只與 物聯網公司發生商務往來，而不參與技術問題。這樣設計的目的是要達到以下兩點設計原 則a.電網公司與營銷業務的解耦，不要把商務問題交給電網公司解決；b.用戶與技術方案的解耦，不要把技術問題遺留給用戶。這樣，實質性的商務和技術實現功能都集中在內部應用層，由物聯網運營公司內 部實現和把握，達到其商業運作的獨立性以及技術實現的完整性。對于電網來說，物聯網運 營公司成為一個獨立的與其它電力用戶無差別的用戶；對于用戶來說，為其提供最為簡便 快捷的服務，可在多種服務中靈活選擇而不需要關心任何技術問題，也不需要過于復雜的 使用方式，技術的實現也不需要用戶特殊的配合。物聯網運營公司所有的業務范圍用矩形框圈出。系統流程1)如圖2所示，用戶通過銷售終端與物聯網運營公司達成SUUServiceLevel Agreement)服務協議，包括購買行駛里程數，有選擇性的選取所需的高級汽車服務選項，合 同內容被記錄于銷售終端，合同信息通過互聯網上傳到監控中心。由于不同類型的汽車載 重量和耗電量不同，在購買同樣里程數的合同時，其價格應有所差異。2)用戶在達成銷售合同后，獲得車載管理芯片以及車載移動終端，該芯片含有車 輛的唯一識別碼VEHICLE_ID，該芯片嵌入車載電池管理系統后，成為外界識別電動汽車身 份及其特性(如耗電量、載重量等)的唯一接口，也是監控中心與汽車通信識別汽車地理位 置的標志。3)車載移動終端是通用設備，與車載芯片結合使用，車載芯片實現對汽車的身份 識別和自身特性的記錄，而移動終端負責汽車行駛數據的采集、無線信息交互以及本地客 戶端軟件的運行。4)與每一個識別碼VEHICLE_ID對應建立一個賬號，用戶在賬戶內預存一定量的
8采購資金，在合同執行過程中進行結算。5)物聯網運營公司負責在運營區域建設眾多充電設施，包括充電樁、換電站和集 中充電站。用戶憑識別碼VEHICLE_ID以及合同在充電站獲取電池，并將電池安裝在電動汽 車上與車載電池管理系統對接。6)每一塊標準電池都含有唯一的電池管理芯片，作為電池的唯一識別標志 BATTERY_ID,并與車載移動終端通信，驗證身份以及權限，并交互用戶、電量、時間以及行駛
路程等信息。7)在行駛過程中，車載移動終端通過移動通信網絡與監控中心通信，監控中心向 移動終端傳遞必要的實時信息。移動終端結合實時信息以及提前下載的網絡信息，在本地 進行客戶服務的運算。根據用戶需求，也可提供路線規劃、充電規劃、換電規劃、電量告警、 余額告警、充電站查詢等高級汽車服務功能。除此之外，根據用戶選擇，電池和汽車的運行 數據可以暫時存儲在移動終端或芯片上，也可以實時發送回監控中心。8)用戶行駛一定距離后，可在另一個換電站憑合同歸還并更換電池，換電站的電 池經物流調度統一在集中充電站充電。無論哪里的充電裝置都含有電子標簽，作為唯一識 別MACHINE_ID，并可以同監控中心進行雙向通信。當電池進行充電時，其存儲的汽車和電池 的運行及行駛記錄被讀入，并通過互聯網上傳給該區域的監控子站。9)用戶也可以在公共或私人充電樁(由運營公司按客戶要求在私人家庭或企業 安裝)充電。充電樁與監控中心具有雙向通信能力和唯一的MACHINE_ID，并且具有讀取電 池芯片所記錄數據的功能。這樣，即使用戶利用充電樁自主充電，其使用電池和車輛行駛的 信息也可以被系統獲取，并根據MACHINE_ID記錄其為電池充電的歷史數據，這樣無論用戶 采取換電還是充電的方式，都不影響統一的結算。10)監控子站負責某一指定區域內所有充電設施、銷售終端以及傳遞的汽車行駛 信息匯總，經處理后的數據被繼續上傳給監控主站，存入海量存儲數據庫，以供更多高級應 用使用。子站也負責與行駛在該區域內的汽車實時通信、處理行駛數據，向汽車發送必要信 息，提供高級汽車服務。11)監控主站的銷售合同管理單元，根據車載電池管理系統的芯片VEHICLE_ID， 分析匯總持有該芯片的車輛在所有的行駛記錄和電池使用記錄，以檢查合同的完成情況。12)監控主站的購電合同管理單元，根據需要與電網公司進行電量結算；同時，由 于充電站內大量的電池組可以作為儲能裝置和分布式電源向電網反送電能，該單元也要同 時處理向電網公司反向售電的結算。13)監控主站的智能充電單元監控和規劃整個系統的充電設施充放電的操作，在 考慮電網需求和汽車動力服務以及網絡約束等條件下，既要滿足電網在削峰填谷或負荷管 理等方面的需求，也要滿足用戶對于汽車動力服務的需求。如圖3所示。14)監控主站的電池調控單元根據所收集地理信息系統(Geographicinformation system，簡稱GIS)的信息監控所有電池在各充電站之間的分布和流動狀況，根據汽車的流 量和向電網反向售電的規劃，調配電池在各充電站之間的分配。15)監控中心主站的子站協調管理系統要識別和管理不同區域的子站，當電池接 入不同的子站區域，要協調管理其數據的存儲和使用。如果某一子站由于故障退出運行，也 可以將其管理區域轉交給其它子站負責，以此保證其靈活性。此外，其它所有涉及跨區域的服務和信息共享，都要有該單元協調管理。16)銷售合同與購電合同的信息經匯總處理后提供給現金結算單元，根據合同內 容和執行結果向銀行進行現金結算。17)主站監控單元收集所有與電網運行相關的參數，通過專用通信接口與電網交 互數據。18)主站匯總所有由子站采集上傳的用戶同意開放的GIS信息，包括車輛和電池 等不同設備，將這些信息匯總后得到所有相關實體的地理分布，作為其它高級應用的依據。19)對于用戶在路途中意外斷電或電池故障等造成的無動力狀況提供應急救援， 由主站實行應急救援指揮；活在交通事故等其它意外事故時，協助與交通和醫療救援部門 溝通，提供救援。20)根據用戶選擇，提供附加的道路交通信息服務，主站負責所有道路交通信息的 采集、維護以及發布。21)物聯網公司所掌握的所有信息，在適當的條件下可以與其它有需求的部門 (例如交通管理部門)交互，主站可以預先保留一個標準的交互接口。本發明的具體實施方式
可以分解為不同的軟硬件裝置，其詳細結構和功能分別敘 述如下一 .車載管理芯片以及移動終端車載管理芯片，作為用戶取得銷售合同的憑證，同時也是系統識別車輛身份的標 志VEHICLE_ID和接口(與移動電話的SIM卡以及對應的電話號碼相似)。用戶將該芯片 植入車載電池管理系統，作為外界識別的接口，同時采集汽車的如耗電量、載重量等特性信 息。車載管理芯片如圖4所示，包括VEHICLE_ID驗證模塊、汽車特性記錄模塊和安全準入 驗證模塊。VEHICLE_ID驗證VEHICLE_ID作為識別車輛身份的唯一標識，在車載管理芯片或 車載移動終端與外界進行任何通信操作之前都必須驗證和記錄用戶身份。汽車特性記錄記載汽車自身的一些特性數據，如耗電量或載重量等。汽車的特 性信息在用戶注冊時會同時記入服務器數據庫。為防止惡意欺詐，比如注冊登記為小型車 輛，但是將車載芯片安裝在重型車輛上使用(同樣的里程數，載重量和耗電量不同，價格應 該不同)，芯片接入車輛后會進行相應的安全驗證，以確保車輛實際狀況與系統登記并用來 結算的信息一致。安全準入驗證驗證載入芯片的汽車是否為登記等級的車輛，汽車特性是否符 合；移動終端對車輛行駛信息進行統計記錄，并從車載芯片獲取車輛身份以及車輛特 性信息。將必要的信息寫入電池管理芯片。此外，它具備語音提示和圖形顯示功能，利用 GPS和3G移動通信技術與監控中心交互信息，實現高級汽車服務項目。車載移動終端的功能框圖如圖5所示，車載移動終端包括車輛信息輸出及電池信 息輸入模塊、VEHICLE_ID及車輛特性模塊，車輛行駛數據采集模塊、GPS定位模塊、充電設 施狀況描述模塊、VEHICLE_ID驗證模塊、地理信息存儲模塊、帳戶信息模塊和語音提示及圖 形顯示模塊，且上述功能模塊均與主控程序模塊相連，車載管理芯片通過VEHICLE_ID及車 輛特性模塊將車輛信息連入車載移動終端，車輛信息輸出及電池信息輸入模塊通過電池芯片接口與電池管理芯片通訊。車載移動終端的主要功能描述如下VEHICLE_ID驗證每一臺移動終端與使用該設備的用戶VEHICLE_ID綁定，在與監 控中心無線通信之前必須驗證身份和權限。GPS定位通過GPS定位技術確定汽車所在的位置；地理信息存儲道路信息以及充電站分部信息存儲；地理信息在不斷變化之中， 所以提供地理信息下載升級功能，校驗當前版本是否為最新版本并提示；車輛行駛數據采集采集車輛行駛里程等信息；賬戶信息通過與監控中心無線通信獲取用戶當前賬戶余額；充電設施狀況描述指定充電站內設備可用狀況、電池供應狀況、擁擠狀況；VEHICLE_ID及車輛特性通過與車載管理芯片，獲取車輛VEHICLE_ID以及車輛特 性信息；主控程序獲取以上所有信息后，在本地進行服務項目要求的分析，獲得分析結 果；語音提示及圖形顯示分析結果以語音和圖形的方式呈現給用戶；車輛信息輸出及電池信息輸入將車輛身份、行駛里程等信息寫入電池管理芯片， 由電池管理芯片轉回監控中心，供結算使用。這樣可以實現結算與車輛的解耦，運營公司只 需要收回電池就可以獲得結算的足夠信息，而不必關心車輛在哪里；一塊電池離開換電站 后，即使被不同車輛使用，也不影響結算；將電池信息輸入，可以監控自主充電時電池電量 狀態以及行駛時電池剩余電量。該移動通信終端的設計原則應該是在保證功能的前提下，盡量減少無線通信的負 擔以及用戶個人隱私的透露。高級服務所需的分析計算全部在本地車載終端進行，監控中 心服務器只是向所有終端發送其所需的標準格式的實時信息，而不需要在沒有取得用戶同 意下由汽車向服務器發送汽車的特殊信息。二.標準電池管理芯片標準電池管理芯片內嵌于標準化電池，實現電池BATTERY_ID的識別、電池充放 電、運行數據和用戶使用信息的記錄、與充電設施的通信。其基本功能框圖如圖6所示。電 池管理芯片也即是電子標簽芯片，包括BATTERY_ID驗證模塊、車輛數據記錄模塊、充電記 錄模塊和電池數據記錄模塊，該電池數據記錄模塊與車輛數據記錄模塊、BATTERY_ID驗證 模塊雙向通訊連接，述充電記錄模塊與BATTERY_ID驗證模塊通訊連接。BATTERY_ID驗證每一臺電池的內嵌芯片都要分配唯一的BATTERY_ID，在電池接 入充電設施后，首先要進行電池BATTERY_ID身份的識別，一方面便于對數據的處理，一方 面控制其權限。對于無法通過驗證的電池，不允許充電操作。另一方面，當電池接入汽車， 如果不能通過對汽車用戶的驗證，電池拒絕向汽車輸出電能。車輛數據記錄從車載移動終端獲取使用電池的車輛身份以及車輛行駛里程等信 肩、ο電池數據記錄電池的充放電和運行數據，以及用戶使用信息被采集并存儲下來， 例如其充放電狀態、電量水平、運行時間、使用壽命等。充電記錄當用戶利用充電樁進行自主充電時，要記錄充電地點和電量，以及用戶
信息，以供結算使用。
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要特別說明電池芯片存儲汽車信息的目的，如果用戶出于個人隱私的顧慮不愿開 通無線通信實時傳遞信息，而用戶在歸還電池時并不一定會將汽車開入充電站，或只是攜 帶電池來歸還，那么汽車在使用這塊電池期間的所有信息就只有依靠電池芯片來傳遞。此 外，汽車所形式的里程，要區分其動力來源，通過電池傳遞結算數據，也就保證了只有在運 營公司電池的動力下的里程才用來結算，其它動力(比如私人電池)形式的路程不在結算 之內。三.充電設施全系統充電設施包括分布在公共區域或私人區域的充電樁或小型充電場所、換電 站以及大型集中充電站。充電樁分布于公共區域、企業或按用戶要求安裝在用戶家庭私人區域，供用戶進 行自主充電使用。所有充電樁同樣具有電子標簽，并可以讀取電池芯片記錄的信息。當用戶 在充電樁對車載電池進行自主充電時，充電樁會通過與電池芯片的通信記錄用戶身份、充 電時間、地點、電量。這些信息被上傳到監控中心，結合指定用戶的合同信息進行結算。所 有充電樁需要具有與電池芯片交互數據的能力，也需要有與監控中心雙向通信的能力。監 控中心可以通過遠程通信控制和管理充電操作，以便進行全面優化，相見“智能充電管理”。換電站根據公路交通網絡的結構進行合理分布，覆蓋一定的范圍。換電站只對用 戶提供更換電池服務，而不必就地進行充電操作。這樣，換電站的選址和建設可以不必過多 考慮充電操作的約束，而更加關注于如何更好的向用戶提供服務。大型集中充電站將換電站更換下來的電池集中進行充電管理，這一方面減少換 電站選址建設的束縛，也更加便于面向電網的充放電操作，因為這樣的充電站更加集中、容 量更大、建設和運行更具有針對性，對電網服務的效果也越明顯。充電站與換電站之間通過 物流調配來調節電池的流通和循環。所有充換電設施都應該具有電子標簽、與電池管理芯片的信息交互能力以及與監 控中心的雙向通信能力。智能充電管理全系統的充電操作需要進行統一的規劃和管理，合理的充電規劃 管理可以大大降低充電業務對電網的沖擊，降低電網運行和投資的成本。智能充電管理需 要從兩個不同的角度看待充電操作，一是從電網的角度看電網期望電池充電何時、何地、如 何進行，有何特定需求；另一個是從汽車用戶的角度看，電池的充電應該滿足哪些條件，在 兩方面的各種約束條件下，尋求最優化的充電方案。從功能的角度看，智能充電管理的相關 因素可以從三個不同的層次來看待，如圖7所示。四.監控中心整個系統的軟件框架可以概括為三個平臺信息集成平臺、業務運行平臺、綜合監 視平臺。這三個平臺總體由車載終端、銷售終端、充電設施終端以及監控主站和監控子站 聯合構成。信息集成平臺由車載終端、銷售終端、充電設施終端以及監控子站和監控主站的 電網信息單元以及海量數據存儲構成，完成對于用戶、汽車、電網運行數據信息的采集、傳 輸、存儲。業務運行平臺由監控主站的五大功能模塊(計費結算、資產管理、運行管理、物流調度、客戶服務)構成。綜合監視平臺是整個系統與運行管理人員的接口，將全系統的實時狀態形象便捷 的展示給運行人員，以便于及時監控和調度，它由監控主站在監控中心的綜合展示模塊來 實現。盡管從功能上可以將系統軟件架構劃分為以上三個平臺，但是從具體實現的位置 和集成的角度來看，除分布于服務網點和汽車移動的終端外，其它集中安裝在區域和中央 控制中心的監控軟件可以統一歸納為監控中心的監控系統。監控系統是運營商管理整個充電物聯網的綜合管理平臺，由于智能充電站分布于 廣闊的區域，可以設置多個子站，負責在對應區域內對接入系統的充電站和銷售終端，進行 管理并采集匯總數據，與行駛在該區域內的電動汽車的通信和數據交互。這樣的設計出于 對靈活性和可靠性的考慮，由于分區域控制，即使在主站或通信故障時，子站區域依然可以 保持短期運行，在服務恢復后將子站存儲的數據重新上傳給主站。如果某個子站故障，可以 將該區域的管理權限和業務轉移給有能力冗余的其它子站代理。從功能上講，整個監控系統(包括主站和子站)的功能可以劃分為5類計費結 算、資產管理、運行管理、物流調度、客戶服務。監控中心在整個系統架構中的位置和功能如圖8所示。
權利要求
一種電動汽車物聯網充電系統，其特征在于，包括汽車物聯網，其中每臺電動汽車包括車載管理芯片和車載移動終端，所述車載管理芯片用于記錄電動汽車各自的特性，所述車載移動終端用于電動汽車行駛數據的采集、無線信息交互及客戶端軟件的運行；電池物聯網，其中每一塊電池都包括電池管理芯片，該芯片用于記錄其自身的品牌、類型、容量、使用壽命和充放電次數特性信息；充電設施網絡，充電設施包括充電樁、換電站和集中充電站，且每種充電設施包括充電設施芯片，用于記錄充電設施的容量、位置、狀態特性信息，以及與電池管理芯片進行數據的交互；監控中心，包括監控子站和監控主站，監控子站用于匯總監控區域內所有充電設施芯片、車載管理芯片傳遞的汽車信息，所述監控主站用于接收、存儲監控子站上傳的數據，并根據上傳的數據監控和規劃整個系統的充電設施充放電的操作，調配電池在各充電站之間的分配；所述汽車物聯網、電池物聯網、充電設施網絡分別通過各車載管理芯片、電池管理芯片、充電設施芯片與監控中心通訊連接。
2.根據權利要求1所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于，所述汽車物聯網 中的車載管理芯片嵌入車輛電池管理系統中，所述車載管理芯片含有車輛的唯一識別碼 VEHICLE_ID0
3.根據權利要求2所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述車載管理芯片 包括VEHICLE_ID驗證模塊、汽車特性記錄模塊和安全準入驗證模塊。
4.根據權利要求3所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述車載管理芯片 用于記錄車輛各自不同的特性，如汽車的耗電量、載重量、總行駛里程數。
5.根據權利要求1所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述車載移動終端 包括分別通過接口與車載管理芯片、電池管理芯片通訊連接的車輛信息輸出及電池信息輸 入模塊、VEHICLE_ID及車輛特性模塊，以及車輛行駛數據采集模塊、GPS定位模塊、充電設 施狀況描述模塊和VEHICLE_ID驗證模塊，上述功能模塊均與主控程序模塊相連。
6.根據權利要求1所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述電池管理芯片 包括BATTERY_ID驗證模塊、車輛數據記錄模塊、充電記錄模塊和電池數據記錄模塊，該電 池數據記錄模塊與所述車輛數據記錄模塊、BATTERY_ID驗證模塊雙向通訊連接，所述充電 記錄模塊與BATTERY_ID驗證模塊通訊連接。
7.根據權利要求1所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述充電設施芯片 具有唯一的標識碼MACHINE_ID。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述監 控子站還用于與行駛在該區域內的電動汽車實時通信、處理行駛數據，向電動汽車發送所 需fe息。
9.根據權利要求8所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述監控主站包括 智能充電單元、電池調度單元，智能充電單元用于監控和規劃整個系統的充電設施充放電 的操作；電池調度單元根據所收集地理信息系統GIS的信息監控所有電池在各充電站之間 的分布和流動狀態，根據汽車的流量和向電網反向售電的規劃，調配電池在各充電站之間的分配。
10.根據權利要求9所述的電動汽車物聯網充電系統，其特征在于所述監控主站還包 括計費結算功能單元，該單元用于根據銷售合同實時進行與汽車用戶之間的計費和結算； 根據需要與電網公司進行電量解算；同時，由于充電站內大量的電池組可以作為儲能裝置 和分布式電源向電網反送電能，該單元也要同時處理向電網公司反向售電的結算。
全文摘要
本發明涉及電動汽車物聯網充電系統，汽車物聯網、電池物聯網、充電設施網絡構成三級物聯網架構，每一網絡中的實體都具有唯一的電子標簽芯片以標識其身份，并記錄各實體各自的特性信息，實體之間可信息交互，可將信息匯總到監控中心，以便監控中心進行智能充放電管理；本發明中電池的充電時間和地點上實現了與汽車動力服務的解耦，可以靈活有序安排電池的充放電運行；可以支持用戶通過被遠程控制的分布式充電樁進行自主充電，只要相應的信息得到記錄和交互，用戶即可享受最大限度的自由和服務；物聯網的平臺實現了信息全面的采集和共享，使得為客戶提供更加復雜和高級的服務成為可能。
文檔編號H04L29/08GK101950998SQ20101027519
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者劉紅超, 薛飛, 雷憲章 申請人:許繼集團有限公司;北京許繼電氣有限公司