本發(fā)明屬于新能源及通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種山地環(huán)境下電動(dòng)汽車交流充電樁的智能多通訊系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車交流充電樁是為車載充電機(jī)提供安全、可靠的交流電源，用于公用、家用、租賃或者小區(qū)物業(yè)電動(dòng)汽車交流充電，安裝簡(jiǎn)單方便，可以車載式、便攜式、壁掛式和落地式。交流充電樁由樁體及電氣模塊組成，充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端裝有充電插頭用于為電動(dòng)汽車充電。充電樁的通信主要涉及三個(gè)方面：與配電臺(tái)區(qū)通信、與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)通信以及與電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)通信。傳統(tǒng)的充電樁采用的通訊方式較為單一：或采用有線方式，主要是有線以太網(wǎng)或者工業(yè)串行總線；或采用無(wú)線方式，主要采用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)(GPRS/CDMA)。目前，現(xiàn)有的交流充電樁通訊方式未考慮環(huán)境的影響，然而，在不同的地理、天氣環(huán)境下，不同的通信方式的通信質(zhì)量有著很大不同，尤其在復(fù)雜的山地環(huán)境中，單一的通訊方式不能滿足要求，不靈活。

有線方式受地理環(huán)境限制較大，布線復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施工成本高且靈活性差，現(xiàn)有的交流充電樁大多采用單一的GPRS公網(wǎng)通信方式，通訊費(fèi)用較高，且若公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障又不能在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，交流充電樁的通訊將大受影響，尤其是在遠(yuǎn)程費(fèi)控等高級(jí)功能應(yīng)用較多、對(duì)用電信息采集的實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，將嚴(yán)重影響到用戶及時(shí)充電。

此外，現(xiàn)有的交流充電樁通訊系統(tǒng)無(wú)230M和電力載波方式，僅為GPRS公網(wǎng)通信方式，通訊方式較為單一。230MHz無(wú)線專網(wǎng)是電力專用頻率，專網(wǎng)專用，只用于行業(yè)用戶，沒(méi)有話務(wù)高峰，降低了數(shù)據(jù)時(shí)延和堵塞的可能性，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。在通信效果方面，230MHz專網(wǎng)實(shí)時(shí)性好，運(yùn)行維護(hù)成本較低、易于擴(kuò)展、可靈活組網(wǎng)，而且在某些條件下允許同原系統(tǒng)使用同樣的頻點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備的共享。另一方面，GPRS公網(wǎng)并發(fā)性好，但公網(wǎng)通信的運(yùn)行質(zhì)量在相當(dāng)程度上依賴移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商。但是230MHz專網(wǎng)和GPRS公網(wǎng)的無(wú)線通信技術(shù)都有通信盲區(qū)。三種通信方式各有利弊，只有根據(jù)通信環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇、調(diào)整、組合，才能發(fā)揮最大效益。

采用電力線載波(PLC)通信方式具有投資低、設(shè)備安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，PLC通信技術(shù)以電力線路為載波信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，無(wú)需新布線，有效降低了通信成本，且電力線載波通信可靠性高，高壓輸電線結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，高壓輸電線安全設(shè)計(jì)系數(shù)比光纖的安全設(shè)計(jì)系數(shù)高。但PLC通信由于頻譜利用率低，傳輸距離短，干擾大，不太適宜現(xiàn)有高寬帶要求，需與其他方式相結(jié)合才能提供可靠穩(wěn)定的通信保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種山地環(huán)境下電動(dòng)車交流充電樁的智能多通訊系統(tǒng)及方法，通過(guò)多種通訊方式并行在交流充電樁中實(shí)現(xiàn)的方法，從而有效地解決在不同環(huán)境下的通信問(wèn)題；較傳統(tǒng)的交流充電樁而言，適用范圍更廣，提高了通訊質(zhì)量，保證了交流充電樁與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)及臺(tái)區(qū)配電站之間的有效通信。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種山地環(huán)境下電動(dòng)汽車交流充電樁的智能多通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了230MHz無(wú)線專網(wǎng)通信、PLC通信、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊多種通訊方式，所述智能多通訊系統(tǒng)包括主站層、通訊信道層和交流充電樁通訊單元層；

所述主站層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用；所述通訊信道層進(jìn)行消息識(shí)別和環(huán)境判別并選擇對(duì)應(yīng)的通訊方式；所述交流充電樁通訊單元層負(fù)責(zé)不同的通訊方式中數(shù)據(jù)的發(fā)送及命令執(zhí)行；

所述通訊信道層包括PLC載波信道、230MHz無(wú)線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)；所述交流充電樁通訊單元層包括GPRS/CDMA模塊、載波模塊、CAN端口、230電臺(tái)；交流充電樁與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)之間通訊采用兩種方式，一是采用GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊方式；二是采用230MHz通訊方式，此方式可以很好地作為較差無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的替代方案；交流充電樁與配電變壓器臺(tái)區(qū)以及充電樁與電動(dòng)汽車之間通訊采用PLC載波形式；充電樁計(jì)費(fèi)控制單元通過(guò)CAN端口以及RS232等工業(yè)串行總線接口連接相應(yīng)輸入/輸出組件，完成人機(jī)顯示、計(jì)量計(jì)費(fèi)、支付、數(shù)據(jù)加解密、控制充電設(shè)備啟停；

所述主站層首先根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)消息進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出電網(wǎng)交易信息和平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息；其次，在識(shí)別出電網(wǎng)交易信息和平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)消息的基礎(chǔ)上，進(jìn)行通訊環(huán)境判斷；最后，根據(jù)判斷結(jié)果選擇合適的通訊模式和信道。

本發(fā)明還提供了一種山地環(huán)境下電動(dòng)汽車交流充電樁的智能多通訊方法，在該智能多通訊方法中結(jié)合了230MHz無(wú)線專網(wǎng)通信、PLC通信、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊多種通訊方式，主要包括主站層、通訊信道層和交流充電樁通訊單元層，主站層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用，通訊信道層進(jìn)行消息識(shí)別和環(huán)境判別并選擇對(duì)應(yīng)的通訊方式，交流充電樁通訊單元層負(fù)責(zé)不同的通訊方式中數(shù)據(jù)的發(fā)送及命令執(zhí)行；

該方法具體包括以下步驟：

S1：消息觸發(fā)及初始化；

S2：消息識(shí)別：主站層從采集的對(duì)象信息中識(shí)別出電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息；

S3：通訊環(huán)境判斷：對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷；

S4：根據(jù)判斷結(jié)果選擇通訊方式。

進(jìn)一步，在步驟S2中，需識(shí)別的信息采集的對(duì)象有：電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，需對(duì)這三類消息進(jìn)行識(shí)別，屬于電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息才轉(zhuǎn)步驟S3進(jìn)行通訊方式的選擇；

對(duì)電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息識(shí)別采用以下方法：

只需對(duì)消息標(biāo)識(shí)幀中充電樁應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址位進(jìn)行判斷，見(jiàn)表1；應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址使用八位位組來(lái)定義，xx(省編號(hào))xx xx(區(qū)編號(hào))xx(類型)xx xx xx(消息編號(hào))01，類型01表示充電樁；

表1

因此只需要對(duì)區(qū)編號(hào)位和類型位進(jìn)行識(shí)別，即應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址的2、3、4位進(jìn)行識(shí)別；若為發(fā)送至平臺(tái)的平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)或發(fā)送至電網(wǎng)的電網(wǎng)交易數(shù)據(jù)則緩存，進(jìn)入下一階段的環(huán)境判斷；若為本地消息則直接向本地處理單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，在步驟S3中，采用間接法對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷，所述間接法由遠(yuǎn)程平臺(tái)獲取充電樁所在位置的環(huán)境信息計(jì)算預(yù)估值，并將環(huán)境判斷值返回充電樁；具體包括以下方法：

根據(jù)交流充電樁的通訊環(huán)境依據(jù)其安裝位置的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的通訊質(zhì)量，將通信環(huán)境分為2個(gè)等級(jí)：通訊質(zhì)量差、通訊質(zhì)量好；式(1)中λ為通訊環(huán)境判斷值，定義影響其通訊環(huán)境的主要因素有：地理環(huán)境x₁、人口密集程度x₂、惡劣天氣x₃，對(duì)x_i進(jìn)行歸一化后的值為y_i，權(quán)重為ω_i；公式如下：

進(jìn)一步，在步驟S3中，采用直接法對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷，所述直接法由充電樁直接讀取通訊指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算判斷，具體包括：

由交流充電樁實(shí)測(cè)可表征通信質(zhì)量的指標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)讀取的通信質(zhì)量指標(biāo)，來(lái)識(shí)別判斷當(dāng)前的通訊環(huán)境，所述通信質(zhì)量指標(biāo)包括但不限于下載速率/RSRP值；直接判斷法的關(guān)鍵在于計(jì)算交流充電樁遙信量閥值，式(2)為閥值計(jì)算公式：

表2 遙信量閥值參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

在步驟S3中，所述直接法和間接法同時(shí)進(jìn)行；

在步驟S4中，依據(jù)式2和表2的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，遙信量閥值取140.8kbp·s^-1；為使直接法和間接法計(jì)算結(jié)果計(jì)數(shù)單位統(tǒng)一，將環(huán)境判斷值歸一化，因此，環(huán)境判斷閥值取0.14；經(jīng)驗(yàn)證，以該點(diǎn)作為通訊方式的判斷點(diǎn)是有效的。當(dāng)直接法和間接法的計(jì)算結(jié)果都同時(shí)大于0.14時(shí)，則將通信環(huán)境等級(jí)判別為通信環(huán)境好，啟動(dòng)GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊方式；否則為通信環(huán)境差，啟動(dòng)230電臺(tái)通訊方式。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明有效地實(shí)現(xiàn)了交流充電樁的多種通訊并行的問(wèn)題，結(jié)合230MHz無(wú)線專網(wǎng)、電力線載波以及GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊的優(yōu)勢(shì)，解決不同環(huán)境下的通訊問(wèn)題。

2)本發(fā)明采用的多通訊結(jié)合的方法有效保證了交流充電樁通訊的實(shí)時(shí)性及并發(fā)性，提高通信質(zhì)量降低通信成本。

3)本發(fā)明中的多通訊功能的交流充電樁應(yīng)用范圍廣泛，實(shí)用性高。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為智能多通訊系統(tǒng)通訊方法流程圖；

圖2為智能多通訊系統(tǒng)功能架構(gòu)圖；

圖3為消息分類圖；

圖4為智能多通訊系統(tǒng)通訊關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為智能多通訊系統(tǒng)通訊方法流程圖，圖2為智能多通訊系統(tǒng)功能架構(gòu)圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種山地環(huán)境下電動(dòng)汽車交流充電樁的智能多通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了230MHz無(wú)線專網(wǎng)通信、PLC通信、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊多種通訊方式，所述智能多通訊系統(tǒng)包括主站層、通訊信道層和交流充電樁通訊單元層；

所述主站層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用；所述通訊信道層進(jìn)行消息識(shí)別和環(huán)境判別并選擇對(duì)應(yīng)的通訊方式；所述交流充電樁通訊單元層負(fù)責(zé)不同的通訊方式中數(shù)據(jù)的發(fā)送及命令執(zhí)行；

所述通訊信道層包括PLC載波信道、230MHz無(wú)線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)；所述交流充電樁通訊單元層包括GPRS/CDMA模塊、載波模塊、CAN端口、230電臺(tái)；交流充電樁與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)之間通訊采用兩種方式，一是采用GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊方式；二是采用230MHz通訊方式，此方式可以很好地作為較差無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的替代方案；交流充電樁與配電變壓器臺(tái)區(qū)以及充電樁與電動(dòng)汽車之間通訊采用PLC載波形式；充電樁計(jì)費(fèi)控制單元通過(guò)CAN端口以及RS232等工業(yè)串行總線接口連接相應(yīng)輸入/輸出組件，完成人機(jī)顯示、計(jì)量計(jì)費(fèi)、支付、數(shù)據(jù)加解密、控制充電設(shè)備啟停；

所述主站層首先根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)消息進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別出電網(wǎng)交易信息和平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息；其次，在識(shí)別出電網(wǎng)交易信息和平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)消息的基礎(chǔ)上，進(jìn)行通訊環(huán)境判斷；最后，根據(jù)判斷結(jié)果選擇合適的通訊模式和信道。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種山地環(huán)境下電動(dòng)汽車交流充電樁的智能多通訊方法，在該智能多通訊方法中結(jié)合了230MHz無(wú)線專網(wǎng)通信、PLC通信、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊多種通訊方式，主要包括主站層、通訊信道層和交流充電樁通訊單元層，主站層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用，通訊信道層進(jìn)行消息識(shí)別和環(huán)境判別并選擇對(duì)應(yīng)的通訊方式，交流充電樁通訊單元層負(fù)責(zé)不同的通訊方式中數(shù)據(jù)的發(fā)送及命令執(zhí)行；

在本實(shí)施例中，該方法具體包括以下步驟：S1：消息觸發(fā)及初始化；S2：消息識(shí)別：主站層從采集的對(duì)象信息中識(shí)別出電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息；S3：通訊環(huán)境判斷：對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷；S4：根據(jù)判斷結(jié)果選擇通訊方式。

在步驟S2中，需識(shí)別的信息采集的對(duì)象有：電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，需對(duì)這三類消息進(jìn)行識(shí)別，屬于電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息才轉(zhuǎn)步驟S3進(jìn)行通訊方式的選擇；圖3為消息分類圖。

對(duì)電網(wǎng)交易信息、平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的消息識(shí)別采用以下方法：

只需對(duì)消息標(biāo)識(shí)幀中充電樁應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址位進(jìn)行判斷，見(jiàn)表1；應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址使用八位位組來(lái)定義，xx(省編號(hào))xx xx(區(qū)編號(hào))xx(類型)xx xx xx(消息編號(hào))01，類型01表示充電樁；

表1

因此只需要對(duì)區(qū)編號(hào)位和類型位進(jìn)行識(shí)別，即應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元公共地址的2、3、4位進(jìn)行識(shí)別；若為發(fā)送至平臺(tái)的平臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)或發(fā)送至電網(wǎng)的電網(wǎng)交易數(shù)據(jù)則緩存，進(jìn)入下一階段的環(huán)境判斷；若為本地消息則直接向本地處理單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

在步驟S3中，采用間接法對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷，所述間接法由遠(yuǎn)程平臺(tái)獲取充電樁所在位置的環(huán)境信息計(jì)算預(yù)估值，并將環(huán)境判斷值返回充電樁；具體包括以下方法：

根據(jù)交流充電樁的通訊環(huán)境依據(jù)其安裝位置的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的通訊質(zhì)量，將通信環(huán)境分為2個(gè)等級(jí)：通訊質(zhì)量差、通訊質(zhì)量好；式(1)中λ為通訊環(huán)境判斷值，定義影響其通訊環(huán)境的主要因素有：地理環(huán)境x₁、人口密集程度x₂、惡劣天氣x₃，對(duì)x_i進(jìn)行歸一化后的值為y_i，權(quán)重為ω_i；公式如下：

在步驟S3中，采用直接法對(duì)通訊環(huán)境值進(jìn)行計(jì)算判斷，所述直接法由充電樁直接讀取通訊指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算判斷，具體包括：

由交流充電樁實(shí)測(cè)可表征通信質(zhì)量的指標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)讀取的通信質(zhì)量指標(biāo)，來(lái)識(shí)別判斷當(dāng)前的通訊環(huán)境，所述通信質(zhì)量指標(biāo)包括但不限于下載速率/RSRP值；直接判斷法的關(guān)鍵在于計(jì)算交流充電樁遙信量閥值，式(2)為閥值計(jì)算公式：

表2 遙信量閥值參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

在步驟S3中，所述直接法和間接法同時(shí)進(jìn)行；

在步驟S4中，依據(jù)式2和表2的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，遙信量閥值取140.8kbp·s^-1；為使直接法和間接法計(jì)算結(jié)果計(jì)數(shù)單位統(tǒng)一，將環(huán)境判斷值歸一化，因此，環(huán)境判斷閥值取0.14；經(jīng)驗(yàn)證，以該點(diǎn)作為通訊方式的判斷點(diǎn)是有效的。當(dāng)直接法和間接法的計(jì)算結(jié)果都同時(shí)大于0.14時(shí)，則將通信環(huán)境等級(jí)判別為通信環(huán)境好，啟動(dòng)GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)通訊方式；否則為通信環(huán)境差，啟動(dòng)230電臺(tái)通訊方式。圖4為智能多通訊系統(tǒng)通訊關(guān)系圖。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其做出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。