一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器及应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器及应用方法，包括主控板、LED显示屏、上行通讯模块、下行通讯模块、存储模块、智能电表、键盘、开入开出处理模块、LED指示灯和设备维护口，所述LED显示屏、上行通讯模块、下行通讯模块、存储模块、智能电表、键盘、开入开出处理模块、LED指示灯和设备维护口分别与主控板相连；数据集中器使用微功率无线模块与小区充电桩进行通讯，节省了每台充电桩的通讯费，降低了整个电动汽车运营网络中用于通讯的开支，减少了直接接入电动汽车运营管理系统后台的通讯链接，提高了系统后台的运行速度。
【专利说明】—种公共小区充电粧双网互补的数据集中器及应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车管理领域，尤其涉及一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器及应用方法。
【背景技术】
[0002]在新能源政策支持下，预计2015年我国新能源汽车需求量将达97.7万辆，年均增长率216%。国家电网公司计划在2015年前将建设1700个充电站，截至2015年中国将建成2000个充电站，40万个充电桩。电动汽车充电桩分为充电站内桩与站外离散桩两种，尤其是站外离散充电桩，地理布局分散，数量众多。随着电动汽车步入居民家庭，居民小区中的充电桩也会越来越多，目前电动汽车运营管理部门对于此类离散充电桩的管理主要通过GPRS通道实现，虽然GPRS通道比较稳定，但这种方式会带来高额的通讯费用，同时大量的GPRS连接接入电动汽车运营管理系统后台，会对后台的运行分析速度产生影响，耗费过多的系统资源。
[0003]中国专利201210013267.5公开了一种充电桩的无线采集系统及其通讯方法，通过在802.lln/WIFI技术实现了对充电桩的无线数据采集，这种技术需要WIFI路由器配合完成数据通信。目前采用WIFI技术进行充电桩管理存在两个弊端:一是无法中继路由，只能在路由器信号覆盖范围内实现数据通信，距离只有几十到一百米左右；二是由于路由器本身的设备性能及带宽的限制，一般只能接入十几个WIFI终端，无法满足实际应用时的需求。同时该发明为充电桩无线采集系统配备计算机进行充电桩管理，这将大大增加小区内对充电桩的管理成本。
[0004]中国专利201210085959.0公开了一种电动汽车离散充电桩数据采集系统，通过Zigbee主模块与离散充电桩上安装的子模块建立Zigbee网络,实现数据通信。但Zigbee技术传输距离只有10?100米，同时在周围出现无线干扰时，Zigbee的通讯会受到极大影响。
[0005]中国专利201110071414.X公开了一种利用电力线载波通信的电动汽车自动充电装置及方法，通过电力线载波通信技术，实现对电动汽车自动充电装置的数据传输。该发明虽然可以解决信号覆盖范围有限的问题，但对于公共小区中，由于各种电器电子设备的使用，使得电力线路中存在各种谐波、扰动，导致电力载波信号误码增多，对通讯质量影响很大。
[0006]以上现有技术虽取得了一定成果，但存在传输距离短、系统可接入充电桩数量少、信号覆盖范围以外无法正常通讯、无法应对无线信号干扰、无法避免线路干扰等弊端，无法满足电动汽车大规模推广时充电桩管理的需求。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器及应用方法，本发明通过无线、载波两种免费通讯手段与电动汽车充电桩进行数据交互，并将所有充电桩的数据通过公用无线网络与电动汽车运营管理后台进行通讯，减少了大量充电桩的高额通讯费，同时有效避免了由于周边干扰源或其它同频段无线信号对通讯质量的影响。
[0008]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0009]一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，包括主控板，所述主控板用于连接LED显示屏、上行通讯模块、下行通讯模块、存储模块、智能电表、键盘、开入开出处理模块、LED指示灯和设备维护口，实现对以上各模块的控制和管理；
[0010]所述下行通讯模块中的微处理模块响应主控板指令，向微功率无线模块和载波通讯模块下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块和载波通讯模块的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验。
[0011]下行通讯模块用于完成数据集中器与电动汽车充电桩之间的数据交互，下行通讯模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验。
[0012]所述存储模块响应主控板指令，存储数据集中器的设备配置信息、充电桩参数信息、历史数据、当前数据。
[0013]所述设备维护口支持RS232、RS485通讯接口，用于连接数据集中器，对数据集中器进行配置、升级、维护工作。
[0014]所述智能电表用于完成对充电电量的计量功能。
[0015]所述键盘用于接收用户下发的指令。
[0016]所述开入开出处理模块与所有充电桩的供电电源总开关连接，用于采集电源开关状态并控制电源开关进行分合。
[0017]所述LED指示灯通过不同的灯光组合方式表示数据集中器当前的不同状态。
[0018]所述LED显示屏响应键盘的动作，显示数据集中器的各项数据和参数。
[0019]所述上行通讯模块用于完成数据集中器与电动汽车运营管理后台的数据交互，支持的通讯方式为GPRS、EDGE、CDMA、3G、4G、WIF1、电力无线专网或其它远距离无线通讯方式。
[0020]所述下行通讯模块用于完成数据集中器与电动汽车充电桩之间的数据交互，所述下行通讯模块包括微处理模块、微功率无线模块、载波通讯模块和滤波模块；
[0021]所述微处理模块连接微功率无线模块、载波通讯模块和主控板，进行通讯链路管理、通讯数据发送、校验工作，微处理模块响应主控板指令，向微功率无线模块和载波通讯模块下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块和载波通讯模块的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验。
[0022]所述微功率无线模块与微处理模块连接，接受微处理模块的指令，向目标充电桩发送微功率无线数据，接收来自其它微功率无线模块的数据，并将接收到的数据返回至微处理模块。
[0023]所述载波通讯模块与微处理模块和滤波模块连接，接受微处理模块的指令并将接收到的数据返回至微处理模块。
[0024]所述滤波模块包括发送有源滤波器、发送无源滤波器和接收无源滤波器，数据发送时有源滤波器完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器耦合到电力线进行信号传输，数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器后送入微处理器进行处理。
[0025]正常情况下，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验，当周围出现干扰或其它因素影响，导致通过微功率无线模块无法正常进行数据传输时，通讯模块则转由载波通讯模块为主进行数据交互，直至微功率无线模块恢复正常通讯。
[0026]所述微功率无线模块采用国家无线电委员会要求的470mHz?490mHz无线工作频率，采用前向纠错信道编码技术，空中传输速率可达100Kbps，开阔地无中继可靠传输距离可达1500米。
[0027]所述微功率无线模块支持无线自组网，可在无人工干预的情况下完成公共小区内所有充电桩的通讯网络组织。微功率无线模块两两之间可进行数据交互，支持数据传递，以此实现数据多级中继，可通过一级级传递的方式，将数据传送至最终目的地。
[0028]所述微功率无线模块可实现无线频段自动跳频功能，当公共小区周围出现其它小区充电桩的微功率无线信号时，微功率无线模块可通过自动跳频功能，更换通讯频率，避开与其它小区无线信号的冲突。
[0029]所述微功率无线模块可实现在功率许可范围内自动调整，当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较弱时，自动增强发射功率，加强信号，提供通信可靠性；当与周围其他微功率无线模块之间的无线信号较强时，在保证通讯成功率的前提下自动减小发射功率，降低电能损耗。
[0030]一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器的应用方法，包含以下步骤:
[0031]步骤一:先安装数据集中器，安装在公共小区变压器开关处，将数据集中器的开入开出模块与变压器开关连接，启动数据集中器，然后依次安装充电桩，充电桩安装完毕后，启动充电桩，进行微功率无线模块和载波模块自组网，建立各充电桩到小区数据集中器的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量，组网完成后，对未联网成功的充电桩进行调试；
[0032]步骤二:小区数据集中器与充电桩进行数据交互时，数据集中器中的下行通讯模块首先将数据分发至微功率无线模块和载波模块，通过无线和载波两种方式同时向目的充电桩发送数据；
[0033]步骤三:通过无线方式通讯时，数据集中器下行通讯模块根据内存中记录的到达目的充电桩的通讯路线的通讯质量选择最优通讯质量的通讯路线进行通讯，当通讯失败则依次选择次优通讯路线，调整内存中各通讯路线的成功率，当连续失败则暂时放弃无线通讯方式；
[0034]步骤四:数据集中器下行通讯模块同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅，当在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析；
[0035]步骤五:当微功率无线信号无法联网的充电桩，则定时启动自组网功能，为该充电桩重新建立无线通讯路线。
[0036]本发明的有益效果:
[0037]1，数据集中器使用微功率无线模块与小区充电桩进行通讯，节省了每台充电桩的通讯费，降低了整个电动汽车运营网络中用于通讯的开支，减少了直接接入电动汽车运营管理系统后台的通讯链接，提高了系统后台的运行速度。[0038]2，微功率无线信号覆盖范围广，具有自动跳频功能，并可以根据通讯信号的质量调整发射功率，适应性强，信号稳定性高。载波通道增加了滤波模块，减少了电力线路中的干扰，增强了载波信号的抗干扰能力，降低了信号的误码率。
[0039]3，微功率无线模块与载波双通道同时工作，互为校验，保证了数据集中器的通讯可靠性，提高了通讯准确性。
[0040]4，数据集中器与充电桩应用微功率无线与载波双通道，模块化应用，不需要通讯线路的铺设，安装调试方便，减少线程调试工作量，有利于电动汽车在居民小区、公共停车场等场所的推广和应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1本发明的整体结构图；
[0042]图2本发明的数据集中器下行通讯模块结构图；
[0043]图3本发明的滤波模块结构图；
[0044]图4本发明的数据集中器应用方法流程图；
[0045]图5本发明的数据集中器网络示意图；
[0046]其中:100，数据集中器；101，主控板；102，上行通讯模块；103，下行通讯模块；104，存储模块;105，智能电表;106，键盘;107，开入开出处理模块;108，LED指示灯；109，设备维护接口 ；110，LED显示屏；201，微处理模块；202，微功率无线模块；203，载波通讯模块；204，滤波模块，301，发送有源滤波器；302，发送无源滤波器；303，接收无源滤波器；400，充电桩。
【具体实施方式】:
[0047]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0048]如图1所示，一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，包括主控板101、上行通讯模块102、下行通讯模块103、存储模块104、智能电表105、键盘106、开入开出处理模块107、LED指示灯108、设备维护口 109和LED显示屏110。
[0049]所述上行通讯模块102完成数据集中器100与电动汽车运营管理后台的数据交互，支持以下任一种通讯方式，包括GPRS、EDGE、CDMA、3G、4G、WIF1、电力无线专网或其它远距离无线通讯方式。
[0050]如图2所示，所述下行通讯模块103完成数据集中器100与电动汽车充电桩400之间的数据交互，下行通讯模块103包括微处理模块201、微功率无线模块202、载波通讯模块203和滤波模块204。微处理模块201连接微功率无线模块202、载波通讯模块203和主控板101，进行通讯链路管理、通讯数据发送、校验工作。微处理模块201响应主控板101指令，向微功率无线模块202和载波通讯模块203下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块202和载波通讯模块203的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板101。正常情况下，微处理模块201以微功率无线模块202通讯为主，载波通讯模块203的数据作为备用数据和校验。当周围出现干扰或其它因素影响，导致通过微功率无线模块202无法正常进行数据传输时，下行通讯模块203则转由载波通讯模块203为主进行数据交互，直至微功率无线模块202恢复正常通讯。[0051]所述微功率无线模块202采用国家无线电委员会要求的470mHz~490mHz无线工作频率，采用前向纠错信道编码技术，空中传输速率可达100Kbps，开阔地无中继可靠传输距离可达1500米。
[0052]所述微功率无线模块202支持无线自组网，可在无人工干预的情况下完成公共小区内所有充电桩的通讯网络组织。微功率无线模块202两两之间可进行数据交互，支持数据传递，以此实现数据多级中继，可通过一级级传递的方式，将数据传送至最终目的地。
[0053]所述微功率无线模块202可实现无线频段自动跳频功能，当公共小区周围出现其它小区充电桩的微功率无线信号时，微功率无线模块202可通过自动跳频功能，更换通讯频率，避开与其它小区无线信号的冲突。
[0054]所述微功率无线模块202可实现在功率许可范围内自动调整，当与周围其他微功率无线模块202之间的无线信号较弱时，自动增强发射功率，加强信号，提供通信可靠性；当与周围其他微功率无线模块202之间的无线信号较强时，在保证通讯成功率的前提下自动减小发射功率，降低电能损耗。
[0055]所述载波通讯模块203与微处理模块201、滤波模块连接204，接受微处理模块201的指令并将接收到的数据返回至微处理模块201 ；
[0056]如图3所示，所述滤波模块204由发送有源滤波器301、发送无源滤波器302、接收无源滤波器303组成，数据发送时有源滤波器301完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器302耦合到电力线进行信号传输；数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器303后送入微处理器进行处理。
[0057]所述存储模块104与主控板101连接，响应主控板101指令，存储数据集中器100的设备配置信息、充电桩参数信息、历史数据、当前数据。
[0058]所述设备维护口 109与主控板101连接，支持1?232、1?485通讯接口，用于工作人员通过计算机连接数据集中器100，对数据集中器100进行配置、升级、维护工作。
[0059]所述智能电表105完成对充电电量的计量功能；所述键盘106接收用户下发的指令；所述开入开出处理模块107与电源开关连接，采集电源开关状态并控制电源开关进行分合；所述LED指示灯108与主控板101连接，通过不同的灯光组合方式表示数据集中器当前的不同状态；所述LED显示屏110与主控板101连接，响应键盘106的动作，显示数据集中器100的各项数据和参数。
[0060]如图4所示，公共小区电动汽车充电桩400及数据集中器100安装调试时，先安装数据集中器100，一般安装位置在公共小区变压器开关处，将数据集中器100的开入开出模块107与变压器开关连接，启动数据集中器100，然后依次安装充电桩400。充电桩400安装完毕后，启动充电桩400，进行微功率无线模块202和载波模块203自组网，建立各充电桩400到小区数据集中器100的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量。组网完成后，对未联网成功的充电桩400进行调试。小区数据集中器100与充电桩400进行数据交互时，数据集中器100中的下行通讯模块103首先将数据分发至微功率无线模块202和载波模块203，通过无线和载波两种方式同时向目的充电桩400发送数据。通过无线方式通讯时，数据集中器100下行通讯模块103根据内存中记录的到达目的充电桩400的最优通讯路线进行通讯，如通讯失败则依次选择次优通讯路线，并根据本次通讯路线使用情况，调整内存中各通讯路线的成功率。如连续失败则暂时放弃无线通讯方式。数据集中器100下行通讯模块103同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅。如在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析。如存在微功率无线信号无法联网的充电桩400，则定时启动自组网功能，为该充电桩400重新建立无线通讯路线。
[0061]如图5所示，一台小区数据集中器100可以同时管理上千台充电桩400，对于小区数据数据集中器100微功率无线信号直接覆盖的充电桩400，小区数据集中器100可以与充电桩400直接进行通讯；对于小区数据集中器100微功率无线信号无法直接覆盖的充电桩400，则可以通过其它充电桩400中转实现与小区数据集中器100的数据交互，中转跳数可以超过10次，从而满足较大公共小区或区域(如半径大于2km)的通讯覆盖。
[0062]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，包括主控板，所述主控板用于连接LED显示屏、上行通讯模块、下行通讯模块、存储模块、智能电表、键盘、开入开出处理模块、LED指示灯和设备维护口，实现对以上各模块的控制和管理； 所述下行通讯模块中的微处理模块响应主控板指令，向微功率无线模块和载波通讯模块下发通讯指令和数据，并同时接收微功率无线模块和载波通讯模块的数据，进行比对和校验，将校验后数据转送至主控板，微处理模块以微功率无线模块通讯为主，载波通讯模块的数据作为备用数据和校验。
2.如权利要求1所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述存储模块响应主控板指令，存储数据集中器的设备配置信息、充电桩参数信息、历史数据、当前数据； 所述设备维护口支持RS232、RS485通讯接口，用于连接数据集中器，对数据集中器进行配置、升级、维护工作； 所述智能电表用于完成对充电电量的计量功能； 所述键盘用于接收用户下发的指令。
3.如权利要求1所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述开入开出处理模块与所有充电桩的供电电源总开关连接，用于采集电源开关状态并控制电源开关进行分合； 所述LED指示灯通过不同的灯光组合方式表示数据集中器当前的不同状态； 所述LED显示屏响应键盘的动作，显示数据集中器的各项数据和参数。
4.如权利要求1所述的一`种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述上行通讯模块用于完成数据集中器与电动汽车运营管理后台的数据交互，支持的通讯方式为GPRS、EDGE、CDMA、3G、4G、WIF1、电力无线专网或其它远距离无线通讯方式。
5.如权利要求1所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述下行通讯模块用于完成数据集中器与电动汽车充电桩之间的数据交互，所述下行通讯模块包括微处理模块、微功率无线模块、载波通讯模块和滤波模块。
6.如权利要求1所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述微处理模块连接微功率无线模块、载波通讯模块和主控板，进行通讯链路管理、通讯数据发送、校验工作。
7.如权利要求6所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述微功率无线模块与微处理模块连接，接受微处理模块的指令，向目标充电桩发送微功率无线数据，接收来自其它微功率无线模块的数据，并将接收到的数据返回至微处理模块。
8.如权利要求6所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述载波通讯模块与微处理模块和滤波模块连接，接受微处理模块的指令并将接收到的数据返回至微处理模块。
9.如权利要求6所述的一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器，其特征是，所述滤波模块包括发送有源滤波器、发送无源滤波器和接收无源滤波器，数据发送时有源滤波器完成对通信信号的有源滤波和功放放大，再经发送无源滤波器耦合到电力线进行信号传输，数据接收时，通信信号经过接收无源滤波器后送入微处理器进行处理。
10.一种公共小区充电桩双网互补的数据集中器的应用方法，其特征是，包含以下步骤: 步骤一:先安装数据集中器，安装在公共小区变压器开关处，将数据集中器的开入开出模块与变压器开关连接，启动数据集中器，然后依次安装充电桩，充电桩安装完毕后，启动充电桩，进行微功率无线模块和载波模块自组网，建立各充电桩到小区数据集中器的通讯路线，并记录通讯路线的通讯质量，组网完成后，对未联网成功的充电桩进行调试； 步骤二:小区数据集中器与充电桩进行数据交互时，数据集中器中的下行通讯模块首先将数据分发至微功率无线模块和载波模块，通过无线和载波两种方式同时向目的充电桩发送数据； 步骤三:通过无线方式通讯时，数据集中器下行通讯模块根据内存中记录的到达目的充电桩的通讯路线的通讯质量选择最优通讯质量的通讯路线进行通讯，当通讯失败则依次选择次优通讯路线，调整内存中各通讯路线的成功率，当连续失败则暂时放弃无线通讯方式； 步骤四:数据集中器下行 通讯模块同时接收来自微功率无线和载波两种方式的数据，并对数据进行比对和校验，以微功率无线的数据为主，载波数据为辅，当在指定时间内未收到微功率无线的数据，则取载波数据进行后续分析； 步骤五:当微功率无线信号无法联网的充电桩，则定时启动自组网功能，为该充电桩重新建立无线通讯路线。
【文档编号】H02J7/00GK103559782SQ201310518217
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】袁弘, 李建祥, 刘海波, 张秉良, 韩元凯 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司