专利名称：基于sdp和v2gtp-exi电动汽车自适应充电控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车充换电技术，具体涉及一种基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统。
背景技术：
随着全球石油资源的日渐枯竭，使用来源于石油的燃料成本不断上升，同时为了提高效率，减少空气的污染，汽车行业推出了新类型的车辆，使用各种发电站输送到电网的电能作为必要的能源，为车辆提供动力，而不是依靠内燃发动机，这些新车型，称为电动汽车。电动汽车将成为汽车市场的一个主要部分，逐渐取代内燃机动力的传统汽车。面对国际油价高位震荡和日益严峻的节能减排压力，世界汽车产业进入全面交通能源转型期，国际电动汽车发展开始加速。根据PIKE Research的一项最新报告预测，2010年至2015年的五年内，世界插电式电动汽车(PEV，含插电式混合动力汽车和纯电动汽车)总体销量将达到320万辆，其中中国总销量将达到88. 8万辆，规模居世界第一。美国重点发展插电式混合动力汽车和纯电动汽车，出台各项措施支持动力电池、关键零部件的研发和生产，提出政府采购计划和消费者购车补贴政策，支持充电基础设施建设，计划到2015年普及100万辆插电式混合动力电动汽车。发展电动汽车也是欧盟经济复兴计划的重要组成部分，积极研制和推广电动汽车，预计2020年欧洲将有500万辆电动汽车上路。日本在电动汽车的研制和推广方面，政府对购买纯电动汽车、插电式混合动力汽车等环保车的消费者给予补贴。发展电动汽车被世界各国普遍确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径，我国把电动汽车列为战略性新兴产业，大力推进其产业化应用。我国在国内25个城市开展“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程试点，在6个城市开展私人购买新能源汽车补贴试点。国家科技部拟定了《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，将进一步加大对电动汽车科技研发的投入，使我国成为节能及新能源汽车的强国。工信部牵头制定的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011 2020年)》草案中明确中国未来的新能源汽车发展规划将以插电式混合动力汽车及纯电动汽车为战略方向。分两个阶段实施，第一阶段到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车初步实现产业化，市场保有量超过50万辆。第二阶段是从2015年到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车实现产业化，市场保有量达到500万辆，充电站网络支撑纯电动汽车实现城际间和区域化运行。电动汽车的动力电池要从外部的电网补充能源，因此它需要一个能公开访问的充电设施或者能够提供电力的充电系统。电动汽车的能量可以在受控状态下实现与电网之间的双向互动和交换(即所谓的V2G)。电动汽车的规模化应用将给充电设施建设和电网运行带来新的挑战。电网基本没有存储(除了部分抽水蓄能)能力，因此发电和输电必须设法匹配用电负荷的波动。随着研发投入不断增大和关键技术的突破，未来我国将进入电动汽车尤其是电动乘用车快速发展时期，形成电动汽车的规模化应用后，这将对充电设施发展和电网运行带来新的挑战(I)引发新的负荷增长，进一步增大电网峰谷差；(2)产生大量充电设施建设需求，对电网升级改造和规划建设提出更高要求；(3)充电需求具有随机性和分散性特点，加大配电网运行管理难度。大规模电动汽车充电时的波动对配电网有明显的影响，因此配电网会对充电系统或充电设施的进行负荷分配和限制。在智能电网背景下，对电动汽车充电实施智能管理，可避免电动汽车充电需求对电网造成的不利影响，并提高电网的运行效率。电动汽车充电控制需要考虑电网负荷的分配限制。对于司机来说，充电成本是一个关键因素，在没有紧急情况下，大多数消费者会选择相对便宜的电价进行能源补充。因此不同时段的费率表对于电动汽车的充电控制非常重要。另外电动汽车充电控制还受电池状态、电池容量、司机不同时期的需求等参数的影响。因此需要一个方法使得在各种情况下电动汽车充电控制能够自适应的进行。当前国内交直流充电设施很少有电动汽车交互的功能，有的直流充电设施只留有CAN接口用于将来通信交互，还没有使用导引控制上的载波并基于SDP及EXI技术的充电控制功能。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统。本实用新型提供的方案为插入式电动汽车PEV (Plug-1n ElectricVehicle)通过车载控制器 EVCC (Electric Vehicle Communication Controller)与供能装置通信控制器 SECC (Supply Equipment Communication Controller)进行信息交互，从而实现电动汽车与电网的互动V2G (Vehicle to Grid Communication)。本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的一种基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统，其改进之处在于，所述控制系统包括供能装置通信控制单元；所述供能装置通信控制单元包括控制主CPU :负责对电动汽车充电系统的调度、数据处理及控制；电源模块为所述供能装置通信控制单元提供电源；采样模块采集电压、电流信息，并将电压、电流信息上送给控制主CPU ;所述电压、电流信息包括电动汽车充电系统输入电压(电网侧电压)、输出电压(充电电压)、输入电流、输出电流(充电电流);人机模块用于界面显示和键盘输入；开入开出模块采集开关量、状态量上送给控制主CPU，同时执行控制主CPU的控制命令；导引控制模块监测导引控制线状态，并将其上送给控制主CPU ；PLC控制模块将控制主CPU的通信数据(电动汽车与充电设施通信交互的数据，包括网络的握手连接、服务的获取、参数的获取、充电信息的获取反馈、充电过程的控制等)转换为载波信号。其中，所述电源模块、采样模块、人机模块、开入开出模块、导引控制模块和PLC控制模块分别与控制主CPU连接。其中，所述控制主CPU采用LPC2388芯片。[0022]其中，所述电源模块为所述供能装置通信控制单元提供5V、12V和24V各等级电压。其中，所述采样模块通过RS485串行总线与控制主CPU连接。其中，所述人机模块包括显示控制主CPU界面信息的显示器和将外部操作指令传送给控制主CPU的键盘。其中，所述人机模块和开入开出模块均通过I/O控制总线与控制主CPU连接。其中，所述导引控制模块采用LPC2103芯片，该芯片通过RS232串行总线与控制主CPU连接。其中，所述PLC控制模块采用QCA7000芯片，该芯片通过SPI总线与控制主CPU连接。其中，所述供能装置通信控制单元设置于电动汽车充电系统的充电设施内，所述充电设施包括充电桩和充电机。其中，所述供能装置通信控制单元通过充电电缆的导引控制线与电动汽车车载控制器进行电力载波通信。与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是1、通过载波在导引控制线，并使用SLAC技术，有效地避免了主电源的背景干扰以及串音问题。2.使用EXI技术进行数据传输，提高了传输效率，大大节省了传输时间。3.使用SDP技术后不同的车辆在不同的供能设备上能顺利通信连接，无需在通信前为地址的匹配而设置。4.利用通信进行信息交互能保证电动汽车的最优充电，最优充电曲线根据车和电网的参数进行加权计算获取，并能在充电过程中时刻更新。5. EVCC和SECC各自信息的相互交互，充分满足了决策需求，保证了充电过程的安
全可靠。6、本实用新型提供的SECC装置简单，容易实现，节省成本。
图1是本实用新型提供的供能装置通信控制单元SECC各硬件间功能连接图；图2是本实用新型提供的供能装置通信控制单元SECC各硬件间接口连接图；图3是本实用新型提供的EVCC与SECC通信的分层结构图；图4是本实用新型提供的EVCC与SECC基于导引控制线的电力载波通信连接图；图5是本实用新型提供的传输XML文本与传输相应EXI文件的大小对比图；图6是本实用新型提供的电动汽车与电网建立通信并进行自适应充电控制的通信流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。SECC (Supply Equipment Communication Controller)供能装置通信控制单兀充电设施或充电系统中与车载控制器进行PLC通信的装置，同时接收电网信息并与车载控制器进行信息交互。SLAC (Signal Level Attenuation Characterization)信道电平衰减特性电动汽车连接到电网准备充电，由于PLC的特性，电动汽车的PLC模块将会获取自己连接的SECC的PLC信道，同时也会获取附近相邻的SECC的PLC信道，同样SECC也会获取到连接到自身电动汽车的PLC信道以及相邻电动汽车的信道。这就带给应用层一个问题，它必须区分各个信道，挑选出正确的连接来进行信息交互。利用SLAC技术，PLC模块将所有信道以及相应的电平特性参数提供给应用层，应用层根据提供的参数选择最强的信道进行连接，避免了错误选择或者互相的干扰问题。SDP (SECC Discovery Protocol)即供能装置通信控制器自动获取协议。通过SDP，车载控制器可以在IP层(IPV6)利用网络发现它的通信对象。地址未知的车载控制器与地址未知的供能控制器连接时，车载控制器发送IPV6的组播报文，报文内包含通信源地址。供能控制器接收到组播报文后，回复源地址响应报文，报文内包含供能控制器的通信地址、应用层协议版本，可用的TCP端口号，同时在此端口开启TCP服务侦听。车载控制器根据回复内容判断应用层协议是否可用，然后与供能控制器进行TCP连接。EXI (Efficient XML Interchange)高效XML交互技术EXI格式允许在二进制级别上使用和操作XML格式的消息。EXI格式处理XML纯文本，提高了 XML数据处理速度以及减少了内存的使用。EXI被W3C工作小组提为高效的XML交换格式。EXI格式被广泛应用，因为它使用一个相对简单的语法驱动方法，达到非常有效的编码规则。EXI对数据进行压缩时，对于节点数据类型可枚举的元素，采用更短的比如二进制整形的方式来进行压缩。它比同等XML文本小了 100倍。EXI缺点就是交互双方都需要同一个schema文件来识别EXI数据。本实用新型提出的V2GTP-EXI压缩技术，报文包含了应用层协议的版本、报文类型、报文长度、报文内容。基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统，包括供能装置通信控制单元。如图1-2所示，图1是本实用新型提供的供能装置通信控制单元SECC各硬件间功能连接图；图2是本实用新型提供的供能装置通信控制单元SECC各硬件间接口连接图；供能装置通信控制单元通过充电电缆与电动汽车连接；供能装置通信控制单元包括控制主CPU :采用LPC2388芯片，负责对电动汽车充电系统的调度、数据处理及控制等功能；电源模块为供能装置通信控制单元各模块提供电源；提供5V，12V，24V各等级电压；采样模块采集电压、电流信息，并将电压、电流信息上送给控制主CPU ;所述电压、电流信息包括电动汽车充电系统输入电压(电网侧电压)、输出电压(充电电压)、输入电流、输出电流(充电电流);人机模块用于界面显示和键盘输入；人机模块包括显示控制主CPU界面信息的显示器和将外部操作指令传送给控制主CPU的键盘；开入开出模块采集开关量、状态量上送给控制主CPU，同时执行控制主CPU的控制命令；导引控制模块采用LPC2103芯片，监测导引控制线状态，并将其上送给控制主CPU ；[0055]PLC控制模块采用QCA7000芯片，将控制主CPU的通信数据(电动汽车与充电设施通信交互的数据，包括网络的握手连接、服务的获取、参数的获取、充电信息的获取反馈、充电过程的控制等)转换为载波信号。电源模块、采样模块、人机模块、开入开出模块、导引控制模块和PLC控制模块分别与控制主CPU连接。采样模块通过RS485串行总线与控制主CPU连接。人机模块和开入开出模块均通过I/O控制总线与控制主CPU连接。导引控制模块通过RS232串行总线与控制主CPU连接。PLC控制模块通过SPI总线与控制主CPU连接。供能装置通信控制单元设置于电动汽车充电系统的充电设施内，所述充电设施包括充电桩和充电机。供能装置通信控制单元通过充电电缆的导引控制线与电动汽车车载控制器进行电力载波通信。本实用新型提供的EVCC与SECC进行电力载波通信时信息交互的OSI通信的分层结构如图3所示，包括物理层采用基于导引控制线的电力载波；链路层采用PLC控制模块载波；网络层采用互联网协议，即IPv6 ;传输层采用TCP/IP、UDP和TLS协议；会话层采用V2GTP协议(即V2GTP的报文头，包括协议版本信息、校验信息、报文长度)；表示层采用EXI进行高效数据压缩；应用层采用SDP技术进行装置(装置或者叫设备，指电动汽车连接的供能装置控制器，车载控制器通过SDP协议自动获取供能装置控制器的通讯信息，然后进行握手连接)自动获取，通信自动连接。本实用新型提供一种基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制方法，所述方法包括下述步骤(I)电动汽车(PEV)准备充电，停泊在充电设施(EVSE)前，操作人员将电动汽车通过充电电缆与充电设施连接； (2)充电设施内的控制单元(SECC)检测充电电缆的导引控制线，判断连接是否完成；(3)启动所述PLC控制模块通信，同时电动汽车车载控制器(EVCC)根据导引控制线，启动电动汽车的PLC通信，利用SLAC技术使供能装置通信控制单元的PLC控制模块与车载控制器的PLC连接；(4)所述PLC控制模块将信道特性反馈给应用层，应用层选择正确的信道完成PLC配对，建立网络连接；(5)车载控制器(EVCC)在固定的网络端口发送广播报文，供能装置通信控制单元(SECC)收到广播报文后回送自己的通信版本以及应用层使用的地址和端口，利用SDP技术车载控制器根据所述广播报文建立通信连接；(6)车载控制器(EVCC)与供能装置通信控制单元通信连接建立后，双方交互数据使用V2GTP-EXI压缩技术进行数据压缩，提高了通信的效率，降低了系统的冗余；(7)电动汽车从充电设施处获取充电信息，并根据充电信息计算出充电曲线，得到充电需求，电动汽车将充电需求及电动汽车当前状态反馈给充电设施，充电设施根据自身充电信息及电动汽车需求和状态，完成开启输出、调节输出、切断输出和检查绝缘等操作；完成自适应充电。充电信息包括费率表、允许的充电负荷和充电设施当前状态；电动汽车自己的需求包括启动充电、电缆检查、电流和停止充电。电动汽车从SECC获取的信息以及自身的一些参数进行加权计算，从而实现自适应的充电控制。[0067]图4为EVCC与SECC基于导引控制线的电力载波。通过载波在导引控制线，并使用SLAC技术应用层自选择正确的通信对象，有效地避免了主电源的背景干扰以及串音问题。图5为使用EXI压缩前后的数据对比，V2GTP-EXI压缩技术是将XML文本中很多固定的格式去掉或用个别二进制代码表示，着重在传送文本中参数，参数的格式、类型、描述等信息也放弃传送，仅传送参数的数值。传送结束后在解压时根据约定将参数的格式、类型、描述等信息恢复。计划发送的XML格式文本需要发送870个字节，压缩后仅需要17个字节，提高了传输效率，大大节省了大量传输时间。压缩后报文包含应用层协议的版本、报文类型、报文长度、报文内容。版本及相应校验，可以让通信双方根据其切换对应的压缩格式，同时可以作为报文的起始定位；报文长度可以控制报文接收的完整性；报文类型可以控制报文内容的具体含义。EVCC与SECC底层PLC连接后，EVCC发送组播报文，SECC以地址、端口号响应。EVCC根据SECC回答报文内的协议版本进行解压缩，然后使用响应的端口号及地址进行TCP连接，从而实现应用层的互通。充电启动前，EVCC从SECC获取充电参数，其中包括充电费率表，供能设备能够提供的最大充电电流及其他充电参数，然后加上自身电池容量及剩余容量、电池特性曲线及可供使用的充电时间等参数加权计算出最优充电曲线，在充电过程中以符合最优充电曲线发送需求电流及电压等参数给SECC。充电过程中，EVCC不断的从SECC获取当前允许最大充电电流，如果电网对负荷的限制发生变化，EVCC会根据允许的最大充电电流及自身当前的参数重新加权计算最优充电曲线，及发送适当的需求电流和电压给SECC以获取最优充电。整个通信过程，EVCC和SECC不断的将各自的状态交互给对方，以供对方进行决策判断，以保证充电的安全可靠性。同时给远端的运营监控管理系统提供了数据，给后续的增值服务提供了可能。图6为充电电缆连接后，电动汽车与电网建立通信并进行自适应充电控制的通信流程。电缆连接后，EVCC自动搜索并获取SECC地址，然后与SECC建立连接，获取SECC的充电参数，计算充电曲线，然后根据充电需求进行充电，充电完成后断开电路，在监测到电缆无电压后结束充电过程。图6中开关S2属于电动汽车，通过合分告知充电设施控制单元电动汽车充电是否准备好；绝缘监视在车端及充电设施端都具有，但充电时不能同时存在(同时存在会互相干扰)，所以在接触器合上，开始充电前，车端必须关闭绝缘监视。本实用新型提供的基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统，通过载波在导引控制线，并使用SLAC技术，有效地避免了主电源的背景干扰以及串音问题。使用EXI技术进行数据传输，提高了传输效率，大大节省了传输时间。使用SDP技术后不同的车辆在不同的供能设备上能顺利通信连接，无需在通信前为地址的匹配而设置。利用通信进行信息交互能保证电动汽车的最优充电，最优充电曲线根据车和电网的参数进行加权计算获取，并能在充电过程中时刻更新。EVCC和SECC各自信息的相互交互，充分满足了决策需求，保证了充电过程的安全可靠。本实用新型提供的SECC装置简单，容易实现，节省成本。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述控制系统包括供能装置通信控制单元；所述供能装置通信控制单元通过充电电缆与电动汽车连接；所述供能装置通信控制单元包括控制主CPU :负责对电动汽车充电系统的调度、数据处理及控制；电源模块为所述供能装置通信控制单元提供电源；采样模块采集电压、电流信息，并将电压、电流信息上送给控制主CPU ；人机模块用于界面显示和键盘输入；开入开出模块采集开关量、状态量上送给控制主CPU，同时执行控制主CPU的控制命令；导引控制模块监测导引控制线状态，并将其上送给控制主CPU ；PLC控制模块将控制主CPU的通信数据转换为载波信号。
2.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述电源模块、采样模块、人机模块、开入开出模块、导引控制模块和PLC控制模块分别与控制主CPU连接。
3.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述控制主CPU采用LPC2388芯片。
4.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述电源模块为所述供能装置通信控制单元提供5V、12V和24V各等级电压。
5.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述采样模块通过RS485串行总线与控制主CPU连接。
6.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述人机模块包括显示控制主CPU界面信息的显示器和将外部操作指令传送给控制主CPU的键盘。
7.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述人机模块和开入开出模块均通过I/o控制总线与控制主CPU连接。
8.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述导引控制模块采用LPC2103芯片，该芯片通过RS232串行总线与控制主CPU连接。
9.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述PLC控制模块采用QCA7000芯片，该芯片通过SPI总线与控制主CPU连接。
10.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述供能装置通信控制单元设置于电动汽车充电系统的充电设施内，所述充电设施包括充电桩和充电机。
11.如权利要求1所述的电动汽车自适应充电控制系统，其特征在于，所述供能装置通信控制单元通过充电电缆的导引控制线与电动汽车车载控制器进行电力载波通信。
专利摘要本实用新型涉及基于SDP和V2GTP-EXI电动汽车自适应充电控制系统，控制系统包括供能装置通信控制单元SECC；SECC包括控制主CPU负责对电动汽车充电系统的调度、数据处理及控制；电源模块为供能装置通信控制单元提供电源；采样模块采集电压、电流信息，并将电压、电流信息上送给控制主CPU；人机模块用于界面显示和键盘输入；开入开出模块采集开关量、状态量上送给控制主CPU，同时执行控制主CPU的控制命令；导引控制模块监测导引控制线状态，并将其上送给控制主CPU；PLC控制模块将主CPU与EVCC的网络通信数据转换为载波数据；本实用新型提供的方案为插入式电动汽车通过EVCC与SECC进行信息交互，从而实现电动汽车与电网的互动V2G，完成电动汽车的自适应充电。
文档编号H02J7/00GK202872395SQ20122040498
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者秦俭, 吕晓荣, 丁孝华, 刘志红, 孙广明, 张晓燕, 邱实, 鲍恩奇, 李 浩 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司