專利名稱：一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動(dòng)汽車控制裝置，具體涉及一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置。
技術(shù)背景隨著低碳經(jīng)濟(jì)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，電動(dòng)汽車可以降低石油消耗，減少污染氣體排放，已成為我國(guó)大力發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。電動(dòng)汽車充電站為電動(dòng)汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是電動(dòng)汽車發(fā)展所必需的配套設(shè)施，但現(xiàn)有裝置占地面積較大，資金消耗較多，且需要消耗大量的人力資源等缺點(diǎn)又阻礙了其大規(guī)模的發(fā)展。因此，開發(fā)低成本的充電樁成為電動(dòng)汽 車發(fā)展的必然趨勢(shì)。在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車充電樁技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，其充電控制技術(shù)是關(guān)鍵。現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電樁充電控制技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車充電并計(jì)費(fèi)等功能，但充電樁控制器后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的通信方式大多采用CAN總線或GPRS無線公網(wǎng)，其通信線路沒有完全與其它用戶物理隔離，攻擊者可通過竊聽、監(jiān)視或者破譯等技術(shù)手段獲取機(jī)密信息，安全性較低。為了防止電動(dòng)汽車充電樁的傳輸數(shù)據(jù)被篡改、數(shù)據(jù)的機(jī)密性與完整性被破壞，用戶的身份被冒用，本實(shí)用新型提供了一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，并詳述了該裝置的應(yīng)用方法
實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電樁為電動(dòng)汽車供電、計(jì)費(fèi)、數(shù)據(jù)的安全性傳輸?shù)葐栴}，本實(shí)用新型提供了一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，通過射頻讀卡單元實(shí)現(xiàn)用戶卡與電動(dòng)汽車充電樁控制裝置之間的信息交互功能，通過ESAM芯片的加解密功能將遠(yuǎn)程發(fā)送的電價(jià)信息、黑、灰名單信息等關(guān)鍵信息解密后存儲(chǔ)在EEPROM中，通過GPRS通信信道與后臺(tái)通信，發(fā)送充電樁的工作狀態(tài)，接收后臺(tái)發(fā)送的電價(jià)調(diào)整、黑灰名單更新、參數(shù)設(shè)置和控制信息等。具體方案如下本實(shí)用新型提供的一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其改進(jìn)之處在于，所述充電樁控制裝置包括電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元；所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元包括CPU控制單元I、存儲(chǔ)單元、射頻讀卡單元和通信單元；所述電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元包括CPU控制單元11,GPRS通信單元、人機(jī)交互單元和充放電檢測(cè)控制單元；所述CPU控制單元I分別與所述存儲(chǔ)單元、所述射頻讀卡單元和所述通信單元連接；所述CPU控制單元II分別與所述GPRS通信單元、所述人機(jī)交互單元和所述充放電檢測(cè)控制單元連接。優(yōu)選的，所述CPU控制單元I的型號(hào)為STM32F103。其是電動(dòng)汽車充電中央控制單元的核心單元，它可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，通過計(jì)算后對(duì)安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片、射頻讀卡單元、存儲(chǔ)單元和通信單元給出控制命令。它的控制程序可以通過紅外或GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)程更新。[0007]優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)單元包括安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片和EEPROM存儲(chǔ)單元。所述的安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片主要用于存儲(chǔ)錢包文件等與安全防護(hù)相關(guān)的重要信息和刷卡時(shí)的密鑰驗(yàn)證。它采用對(duì)稱密碼算法和非對(duì)稱密碼算法，對(duì)稱密碼算法主要完成數(shù)據(jù)的加/解密，非對(duì)稱密碼算法主要完成密鑰更新，通過安全的流程實(shí)現(xiàn)獲取隨機(jī)數(shù)、MAC計(jì)算、密鑰更新、非對(duì)稱密鑰的注冊(cè)等功能。所述的EEPROM存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)經(jīng)過安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片認(rèn)證或解密后的關(guān)鍵信息。優(yōu)選的,所述通信單元包括RS485通信單元和TTL電平通信單元。所述的RS485通信單元用于電動(dòng)汽車充電中央控制單元與智能電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由智能電能表記錄充電樁的充放電量信息。所述的TTL電平通信 單元為電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)通信接口，通信采用中斷方式。優(yōu)選的，所述人機(jī)交互單元包括液晶顯示單元和鍵盤輸入單元。所述的人機(jī)交互單元包括液晶顯示單元和鍵盤輸入單元，它們是電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元和電動(dòng)汽車充電中央控制單元信息連接的橋梁。液晶顯示的電動(dòng)汽車充電狀態(tài)等信息從中央控制單元獲得，鍵盤輸入的購(gòu)電金額或購(gòu)電電量等信息需要從電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元輸入再傳遞到中央控制單元進(jìn)行控制優(yōu)選的，所述充電樁控制裝置的電源規(guī)格為DC5V 100mA。優(yōu)選的，所述充放電檢測(cè)控制單元包括自適應(yīng)數(shù)字濾波器。所述的充放電檢測(cè)控制單元主要負(fù)責(zé)檢測(cè)電動(dòng)汽車蓄電池的狀態(tài)，主要包括虧電狀態(tài)、即將充滿狀態(tài)和已充滿狀態(tài)三種；所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置的中央控制單元根據(jù)不同的充電狀態(tài)發(fā)出不同的控制指令(快速充電、慢速充電和停止充電)，執(zhí)行單元根據(jù)該指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。所述的充放電檢測(cè)控制單元包括自適應(yīng)數(shù)字濾波器，該濾波器根據(jù)蓄電池的能量特性曲線和蓄電池工作中的電流電壓所得的等效電路，利用自適應(yīng)算法推算出剩余電量。所述的充電樁控制裝置的電源規(guī)格為DC5V 100mA，它主要負(fù)責(zé)向整個(gè)充電樁控制裝置供電。優(yōu)選的，所述安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片的型號(hào)為SSX0909，其采用DIP形式封裝。優(yōu)選的，所述RS485通信單元分別與所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元和智能電能表連接。優(yōu)選的，所述TTL電平通信單元分別與所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元連接。所述的GPRS通信單元是充電樁控制單元和后臺(tái)主站進(jìn)行通信的接口，它主要通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)主站進(jìn)行通信，由智能電能表記錄充電樁的充放電量。所述的射頻讀卡單元的型號(hào)為FM1702，其主要用于讀取用戶卡的卡片類型、用戶ID、卡片序列號(hào)、卡內(nèi)剩余金額、鎖定的車牌號(hào)、卡片的交易密鑰等信息。所述的電動(dòng)汽車充電中央控制單元中，CPU控制單元I通過射頻讀卡單元讀取用戶卡的卡片信息，并通過安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片對(duì)用戶卡片信息進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)卡片的身份合法性。在身份確認(rèn)后，CPU控制單元I將讀取的用戶信息通過TTL電平通信單元等發(fā)送給充電執(zhí)行單元，充電執(zhí)行單元的液晶顯示單元將用戶信息顯示出來；用戶通過鍵盤輸入單元輸入消費(fèi)金額等信息，該信息通過TTL電平通信單元發(fā)送給中央控制單元。執(zhí)行單元的GPRS通信單元接收后臺(tái)主站發(fā)來的電價(jià)信息、黑、灰名單等關(guān)鍵信息的密文，通過TTL電平通信單元傳給中央控制單元，由安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片進(jìn)行解密，之后將上述信息存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中。中央控制單元通過RS485電平轉(zhuǎn)換電路從智能電能表中讀取充電樁的實(shí)時(shí)充電電量信息；并根據(jù)用戶消費(fèi)金額、用電量，電價(jià)、服務(wù)費(fèi)等信息判斷是否發(fā)出停止充電的控制信息。所述的電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元通過GPRS通信單元與后臺(tái)主站通信，發(fā)送充電樁的工作狀態(tài)，接收后臺(tái)主站發(fā)送的電價(jià)調(diào)整、黑灰名單更新、參數(shù)設(shè)置和控制信息等。后臺(tái)主站發(fā)送的電價(jià)調(diào)整和黑灰名單的 更新等信息均是密文，充電執(zhí)行單元將該密文發(fā)送給中央控制單元，經(jīng)ESAM芯片解密后，存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中，當(dāng)用戶刷卡時(shí)中央控制單元根據(jù)已存儲(chǔ)的參數(shù)等信息給出不同的指令，然后通知執(zhí)行單元執(zhí)行相應(yīng)操作。此外，用戶可從電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元的輸入單元輸入充值金額或時(shí)間限值等信息，充電過程信息也可在充電執(zhí)行單元的液晶顯示單元顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于(I)本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置可以通過射頻卡刷卡實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的充電計(jì)費(fèi)，操作簡(jiǎn)單方便。(2)本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置可以通過安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片實(shí)現(xiàn)用戶的身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)的加解密功能，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?3)本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置可以采用自適應(yīng)算法根據(jù)蓄電池的能量特性曲線和蓄電池工作中的電流電壓所得的等效電路推算出剩余電量，精確度相對(duì)較聞。(4)本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置還包括人機(jī)交互單元，它使充放電過程一目了然。(5)本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁狀態(tài)，傳輸充電交易指令，傳輸充電消費(fèi)明細(xì)，使電費(fèi)的核算更加準(zhǔn)確可靠。

圖I是本實(shí)用新型提供的充電樁控制裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型提供的充電樁控制裝置工作狀態(tài)圖。圖3是本實(shí)用新型提供的充電樁控制裝置充值計(jì)費(fèi)流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I所示本實(shí)施例的充電樁控制裝置中央控制單元主要包括CPU控制單元、存儲(chǔ)單元、射頻讀卡單元、通信單元等部分。存儲(chǔ)單元包括安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片和EEPROM存儲(chǔ)單元。通信單元包括RS485通信單元和TTL電平通信單元等。所述CPU控制單元I分別與所述存儲(chǔ)單元、所述射頻讀卡單元和所述通信單元連接。CPU控制單元通過射頻讀卡單元讀取用戶卡的卡片信息，并通過安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片對(duì)用戶卡片信息進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)卡片的身份合法性。在身份確認(rèn)后，CPU控制單元將讀取的用戶信息通過TTL電平通信單元等發(fā)送給充電執(zhí)行單元，充電執(zhí)行單元的液晶顯示單元將用戶信息顯示出來；用戶通過鍵盤輸入單元輸入消費(fèi)金額等信息，該信息通過TTL電平通信單元發(fā)送給中央控制單元。執(zhí)行單元的GPRS通信單元接收后臺(tái)主站發(fā)來的電價(jià)信息、黑、灰名單等關(guān)鍵信息的密文，通過TTL電平通信單元傳給中央控制單元，由安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片進(jìn)行解密，之后將上述信息存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中。中央控制單元通過RS485電平轉(zhuǎn)換電路從智能電能表中讀取充電樁的實(shí)時(shí)充電電量信息；并根據(jù)用戶消費(fèi)金額、用電量，電價(jià)、服務(wù)費(fèi)等信息判斷是否發(fā)出停止充電的控制信息。圖I所示的電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元包括CPU控制單元II、GPRS通信單元、人機(jī)交互單元和充放電檢測(cè)控制單元；所述CPU控制單元II分別與所述GPRS通信單元、所述人機(jī)交互單元和所述充放電檢測(cè)控制單元連接。CPU控制單元II通過GPRS通信單元與后臺(tái)主站通信，發(fā)送充電樁的工作狀態(tài)，接收后臺(tái)主站發(fā)送的電價(jià)調(diào)整、黑灰名單更新、參數(shù)設(shè)置和控制信息等。后臺(tái)主站發(fā)送的電價(jià)調(diào)整和黑灰名單的更新等信息均是密文，充電執(zhí)行單元將該密文發(fā)送給中央控制單元，經(jīng)ESAM芯片解密后，存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中，當(dāng)用戶刷卡時(shí)中央控制單元根據(jù)已存儲(chǔ)的參數(shù)等信息給出不同的指令，然后通知執(zhí)行單元執(zhí)行相應(yīng)操作。電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元的液晶顯示的部分信息從中央控制單元獲得，鍵盤輸入的部分信息需要輸入到中央控制單元進(jìn)行控制。電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元的充放電檢測(cè)控制單元 主要負(fù)責(zé)檢測(cè)充電的狀態(tài)，是否已經(jīng)充滿，充電是否正在進(jìn)行，充電是否故障等信息；所述的充放電檢測(cè)控制單元還負(fù)責(zé)執(zhí)行中央控制單元發(fā)出的控制指令(開始充電和停止充電)
坐寸ο如圖2所示，是本實(shí)施例的充電樁控制裝置的三個(gè)工作狀態(tài)空閑(idle)，準(zhǔn)備充電(ready),充電狀態(tài)(busy)。充電樁在空閑(idle)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行單元定時(shí)輪詢中央控制單元的狀態(tài)，檢測(cè)是否有用戶刷卡，如有用戶刷卡，則進(jìn)入準(zhǔn)備充電(ready)狀態(tài)，開始充電樁的計(jì)費(fèi)功能。當(dāng)充電樁處于充電狀態(tài)(busy)時(shí)，執(zhí)行單元定時(shí)輪詢中央控制單元的狀態(tài)，檢測(cè)是否有用戶刷卡，判斷是否是該用戶再次刷卡，如是再次刷卡，則進(jìn)行結(jié)算，停止充電。如圖3所示，是充電樁控制裝置充值計(jì)費(fèi)流程I)第一次刷卡時(shí)，讀取用戶卡的信息(卡片類型、用戶ID、卡片序列號(hào)、卡內(nèi)剩余金額、鎖定的車牌號(hào)、卡片的交易密鑰等)；2)檢索黑灰名單，判斷該卡的合法性，即判斷其是否處于掛失或鎖定狀態(tài)，如果不合法則結(jié)束；如果合法則提示輸入用戶消費(fèi)交易密碼；3)用戶通過鍵盤輸入交易密碼，執(zhí)行單元將輸入的交易密碼發(fā)送給中央控制單元，中央控制單元驗(yàn)證通過后，將驗(yàn)證結(jié)果送執(zhí)行單元；4)如果驗(yàn)證通過，則執(zhí)行單元向中央控制單元索要卡片的剩余金額，用戶ID等信息；5)執(zhí)行單元顯示該卡的用戶信息卡類型、戶號(hào)、卡內(nèi)剩余金額、綁定的車牌號(hào)等信息，及該卡可支持的消費(fèi)模式，其中消費(fèi)模式包括自動(dòng)充電和定時(shí)充電；6)用戶通過鍵盤選定消費(fèi)模式、消費(fèi)的設(shè)定電量，金額(或定時(shí)充電的充電時(shí)間)，發(fā)送給中央執(zhí)行單元。7)執(zhí)行單元將選定的充電模式，設(shè)定的充電設(shè)備額定電量，充電金額或充電設(shè)定時(shí)間等信息發(fā)送給中央控制單元；8)中央控制單元讀取電能表的電壓、電流、正向有功總電能等信息發(fā)送給執(zhí)行單元，同時(shí)給執(zhí)行單元發(fā)送啟動(dòng)充電的命令。9)中央控制單元開始定時(shí)讀取電能表的電量信息，根據(jù)電量信息實(shí)時(shí)扣減卡片金額；10)執(zhí)行單元定時(shí)檢測(cè)充電狀態(tài)并向中央控制單元請(qǐng)求卡內(nèi)余額，顯示在液晶屏上；11)當(dāng)執(zhí)行單元檢測(cè)到充電設(shè)備已充滿電或扣減金額達(dá)到設(shè)定金額或計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，則中央控制單元發(fā)出控制命令，停止充電；12)中央控制單元再次讀取電能表的電壓、電流、正向有功總電能等信息發(fā)送給執(zhí)行單元，同時(shí)對(duì)該用戶的充值操作進(jìn)行結(jié)算，等待用戶再次刷卡；13)用戶再次刷卡，進(jìn)行金額結(jié)算并解除鎖定狀態(tài)。
最后應(yīng)該說明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述充電樁控制裝置包括電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元；所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元包括CPU控制單元I、存儲(chǔ)單元、射頻讀卡單元和通信單元；所述電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元包括CPU控制單元II、GPRS通信單元、人機(jī)交互單元和充放電檢測(cè)控制單元； 所述CPU控制單元I分別與所述存儲(chǔ)單元、所述射頻讀卡單元和所述通信單元連接；所述CPU控制單元II分別與所述GPRS通信單元、所述人機(jī)交互單元和所述充放電檢測(cè)控制單元連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述CPU控制單元I的型號(hào)為 STM32F103。
3.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元包括安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片和EEPROM存儲(chǔ)單元。
4.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述通信單元包括RS485通信單元和TTL電平通信單元。
5.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述人機(jī)交互單元包括液晶顯示單元和鍵盤輸入單元。
6.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述充電樁控制裝置的電源規(guī)格為DC5V 100mA。
7.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述充放電檢測(cè)控制單元包括自適應(yīng)數(shù)字濾波器。
8.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述的射頻讀卡單元的型號(hào)為FM1702。
9.如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述安全存儲(chǔ)單元ESAM芯片的型號(hào)為SSX0909，其采用DIP形式封裝。
10.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述RS485通信單元分別與所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元和智能電能表連接。
11.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，其特征在于，所述TTL電平通信單元分別與所述電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有安全防護(hù)功能的電動(dòng)汽車充電樁控制裝置，包括電動(dòng)汽車充電中央控制單元和電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元。電動(dòng)汽車充電中央控制單元主要包括CPU控制單元、存儲(chǔ)單元、射頻讀卡單元、通信單元等部分。電動(dòng)汽車充電執(zhí)行單元主要包括GPRS通信單元、人機(jī)交互單元和充放電檢測(cè)控制單元等部分。本實(shí)用新型可以通過射頻卡刷卡實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的充電計(jì)費(fèi)，操作簡(jiǎn)單方便。本實(shí)用新型可以通過安全存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)用戶的身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)的加解密功能，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。本?shí)用新型可以采用自適應(yīng)算法根據(jù)蓄電池的能量特性曲線和蓄電池工作中的電流電壓所得的等效電路推算出剩余電量，精確度相對(duì)較高。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202373068SQ201120438069
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者付義倫, 劉鷹, 呂英杰, 岑煒, 李保豐, 李華, 翟峰, 趙兵 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院