CN109843637B - 基于can的充电***中的智能充电通信切换 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电驱动车辆的充电管理的方法，其中，依据所使用的充电***选择第一通信栈(20a)或第二通信栈(20b)，其中，第一通信栈(20a)基于第一充电***提供CAN通信，并且第二通信栈(20b)通过相同的物理接口基于第二充电***提供CAN通信。

Description

基于CAN的充电***中的智能充电通信切换

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的充电***和接口的领域。

背景技术

在世界范围内使用相互不兼容的不同的充电***和接口。除了以交流电流或直流电流为电动车辆充电的不同的可能性之外，世界范围内存在在交流电流和交流电流/直流电流方面用于美国、欧洲、日本和中国的不同的插头标准以及其它特定于OME的插头解决方案。由于不同的技术条件，例如电压情况、供电电压不足、协议行为、复杂性或开销成本，不能简单地进行***的适配。由于插座***的尺寸或可以使用的有限的结构空间以及成本情况，不考虑在车辆上平行地构建不同的充电***接口。在此，解决方案部分地在于对于客户的不实际的外部适配器构建。

特别是在日本市场上销售的CHAdeMO充电***基于直流电压(DC)并且支持直至62.5kW的充电功率。CHAdeMO充电通信通过CAN协议并且通过两个CAN总线导线进行。在CHAdeMO充电协议中，汽车的充电***通过主-从***与快速充电站的充电***通信。汽车的充电***(主设备)向充电站(从设备)通知充电参数、如牵引电池的当前的充电状态以及为牵引电池充电时应采用的直流电压和最大电流强度。此外，传输例如电压、温度的参数和牵引电池的其它的参数。CHAdeMO协议在ISO标准的范围内被公认为直流充电标准，并且作为ISO/IEC 61851-23和ISO/IEC 61851-24标准被接受。使用根据CHAdeMO标准的基于CAN的层级1通信协议(CAN-basiertes Layer-1-Kommunikationsprotokoll)。

中国GB/T-Standard 20234(GB/T标准20234)同样提供了适合于传统的交流电网上的充电以及适合于以直流电流进行快速充电的充电插头***，其中，充电通信通过CAN协议进行。GB/T-Standard(GB/T标准)使得能够在对应的快速充电站上进行快速的直流充电。使用根据GB/T-Standard的基于CAN的层级1通信协议。

在现有的CHAdeMO标准和新的中国GB/T之间，虽然物理CAN层级(Layer 1)相同，但是标准自的通信协议和通信参数、如波特率不一致。这两个标准、即CHAdeMO(日本)和GB/T(中国)需要在充电桩和车辆之间进行CAN通信，但是以不同的波特率和不同的通信流程进行通信。因此，在此在技术实现中存在如下挑战，即实现使得能够根据在相应的市场中存在的充电标准进行车辆使用的解决方案。在与充电桩的通信中，汽车行业遇到了位于车辆外部、因此不在车辆制造商掌握中的外部通信伙伴，所述外部通信伙伴对于CAN通信具有不同的要求。

在支持根据CHAdeMO和GB/T标准的两个充电***时，特别是要适应对于通信不同的要求。这两个标准的区别在于逻辑消息处理、通信流程、尤其是CAN配置。在汽车行业内首先设计为用于车辆内部通信的CAN通信是以静态方式确定的，并且严格地遵守制造商确定的规则。因此，汽车控制装置的实现和现有的软件模块仅支持这种特定类型的具有确定的波特率的车辆内部CAN通信。

由于此背景，已知提供不同的、专门为相应的充电标准(CHAdeMO或GB/T)开发的控制装置或软件变体。然而，这具有如下缺点，即必须在生产时分开考虑这些备选的控制装置或软件变体。也已知使用在车辆中具有单独的布线的两个分开的CAN通信接口，以用于不同的市场，即中国(GB/T)和日本(CHAdeMO)。然而，车辆中的这种单独的布线是不经济的，因为其需要例如更大的空间开销，是成本密集的，因此带来了增加的控制开销。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种至少部分地克服上面提到的缺点的充电***。上述技术问题通过根据本发明的方法、对应的操作软件和对应的控制装置来解决。本发明的其它有利的构造由下面对本发明的优选实施例的描述得到。

本发明涉及一种用于电驱动车辆的充电通信的方法，其中，依据所使用的充电***，在电子控制装置中选择第一通信栈或第二通信栈，其中，第一通信栈基于第一充电***提供CAN通信，并且第二通信栈通过具有不同配置的相同的物理接口基于第二充电***提供CAN通信。

所述方法的优点是，例如应用程序(Applikation)可以借助第一通信栈或借助第二通信栈经由相同的物理CAN接口进行通信。因此，同一个软件可以通过同一个物理CAN通信路径来覆盖两个或多个特定于国家或市场的充电标准。应用例如可以是AUTOSAR架构中的程序或程序模块，或者也可以是应用层的软件部件。

通信栈例如可以包括一个或多个软件模块，所述软件模块通过接口与应用层分离，因此可以视为在逻辑和功能上与应用层分离。提供在逻辑和功能上与应用层分离的通信栈或模块的优点是，使得能够简单地替换模块。应用层上的应用例如可以通过编程接口(API)访问通信栈的功能。通信栈的模块例如可以是驱动器、接口等。

根据本发明的一个优选实施方式，第一通信栈基于CHAdeMO协议提供CAN通信，并且第二通信栈基于GB/T协议提供CAN通信。这具有的优点是，可以利用同一个软件经由同一个物理CAN通信路径来覆盖根据CHAdeMO协议或者根据GB/T协议的CAN通信。

根据CHAdeMO标准的通信的特征是，所有定义的CAN消息同时被循环地放置到总线上，并且在流程期间更新消息的参数。在实际通信流程方面，这类似于具有500kBit/s的确定的波特率的车辆内部通信，这使得根据一个优选实施例通过标准软件模块使用类似于车辆内部通信的CAN配置。

例如，为执行特定于充电***的通信，与国家版本对应地配置CAN层级的驱动器。其优点是，可以使用CAN层级的已存在的驱动器，所述驱动器仅通过配置与特定于充电***的通信匹配。

根据GB/T(中国)，定义的消息虽然也被循环地放置到总线上，但是如同在询问-应答流程中，相应地仅放置一个消息，直至对方站又将应答循环地放置到总线上。对于分段消息，GB/T(中国)附加地使用来自商用车辆行业中的SAE J1939协议。通信以50kBit/s、125kBit/s或250kBit/s的波特率不同地进行。

根据本发明的另一个优选实施方式，根据本发明的方法包括：借助识别相应的国家版本，考虑相应的充电***的对应的CAN驱动器配置，来选择和配置相应的通信栈。其优点是，根据相应的国家版本产生充电管理控制装置的对应的操作软件，因此可以与具有不同的通信流程和波特率的CAN通信的不同的充电***协作。

识别或者配置可以静态地在生产期间通过参数化或编码来确定，或者可以动态地基于根据所使用的充电插座或施加的电信号(例如CHAdeMO中的Start-Stop1(CSS1)或GB/T标准中的CC1)识别充电***来确定。静态解决方案的优点是启动时间快。为此，在控制装置的初始化期间评估存储器中的软件标志。动态充电***识别也可以通过更复杂的解决方案来进行，例如借助根据在控制装置的特定于充电***的信号输入端处施加的电压值识别所使用的充电插座，或者根据控制装置的定义的线路处的所使用的充电插座的电阻编码。

进行识别的另一种可能性在于交替的波特率切换，用于检测是否可以利用充电桩根据两个标准中的一个进行通信。在交替的波动率切换中，考虑相应地需要的波特率，首先根据一个充电通信协议发送消息，然后在无应答时或在存在总线错误识别时，发送第二协议的消息。在线缆束的适配或到相应的充电桩的连接例如通过适配盒进行时，这种方法是特别有意义的，从而特定于CHAdeMO和特定于GB/T的插头可以以对应的信号与车辆连接，在需要时车辆需要改***件的其它措施。

根据本发明的另一个优选实施方式，在识别出中国国家版本的情况下，利用用于GB/T充电***的CAN驱动器配置选择和/或配置通信栈，并且在识别出日本国家版本的情况下，利用用于CHAdeMO充电***的CAN驱动器配置选择和/或配置通信栈。其优点是，例如可以利用同一个控制装置或同一个控制装置软件来支持根据GB/T(中国)和根据CHAdeMO(日本)的直流充电。

根据本发明的另一个优选实施方式，根据国家版本依据要使用的充电***进行智能波特率切换。由此，例如操作软件可以将CAN通信的波特率与相应的充电***匹配。这里，在CHAdeMO标准的情况下，规定500kBit/s，在GB/T标准的情况下，规定50kBit/s、125kBit/s或250kBit/s。

这里描述的方法例如可以作为用于充电管理控制装置的操作软件来实现。根据一个优选实施方式，所述方法或操作软件在AUTOSAR环境上实现。其优点是，AUTOSAR保证了通信栈和对应的模块的标准化，因此根据本发明的操作软件可以容易地作为软件模块在不同制造商的车辆和不同供应商的电子设备部件中使用。尤其是CHAdeMO规范的充电通信可以通过使用用于CAN通信的AUTOSAR模块标准来实现。

本发明还涉及在车辆的存在的其它控制装置中、例如在充电装置或电池管理中使用所述方法或操作软件的可能性。

此外，本发明还涉及一种具有这种根据本发明的充电管理控制装置的电动车辆。电动车辆可以是例如具有用于驱动的牵引电池的任意类型的电动车辆。根据本发明的充电管理器或根据本发明的用于充电管理器的软件例如也可以在混合动力车辆中使用。

附图说明

现在，示例性地参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据CHAdeMO充电技术的CHAdeMO充电桩处的电动车辆；

图2示意性地示出了根据CHAdeMO充电插接***的充电插头的引脚布局的实施例；

图3示意性地示出了根据GB/T充电插接***的充电插头的引脚布局的实施例。

图4示出了AUTOSAR架构的分层结构的示意性图示；

图5示出了具有特定于CHAdeMO的通信栈和特定于GB/T的通信栈的软件架构的实施例；

图6示出了具有特定于CHAdeMO的通信栈和特定于GB/T的通信栈的软件架构的替换实施例；

图7示出了具有特定于CHAdeMO的通信栈和特定于GB/T的通信栈的软件架构的另一个替换实施例；以及

图8示出了关于根据本发明的示例性软件应用程序的示意性流程图，所述软件应用程序可以用作充电管理器的操作软件。

具体实施方式

下面的实施例描述根据本发明的用于充电管理器的操作软件，该操作软件基于如下软件架构，该软件架构包括提供充电管理器的功能的应用程序以及第一和第二通信栈，其中，第一通信栈基于第一充电协议提供CAN通信，并且第二通信栈基于第二通信栈提供CAN通信。

图1示出了根据CHAdeMO充电技术的CHAdeMO充电桩2处的电动车辆1。为了将电动车辆1与CHAdeMO充电桩2连接，CHAdeMO充电桩2具有CHAdeMO插头3，将CHAdeMO插头3***到电动车辆1的CHAdeMO插座4中。电动车辆1进一步装配有充电管理控制装置5，充电管理控制装置5与电动车辆1的能量管理6连接。在这种情况下，充电管理控制装置5构造为根据CHAdeMO协议工作。充电桩2和电动车辆1之间的通信通过状态信号通知和2线CAN通信(2-Draht-CAN-Kommunikation)的组合进行。

图2示意性地示出了根据CHAdeMO充电插接***的充电插头的引脚布局的实施例。引脚PE是用作参考和保护的接地导线。引脚CSS1(Charger Start/Stop 1(充电器开始/停止1))和CSS2(Charger Start/Stop 1(充电器开始/停止1))用于控制EV继电器。引脚N未被分配。引脚CED(“Charging Enable/Disable(充电启用/禁用)”)用于显示准备好充电控制(“Ready to charge(准备好充电)”)。引脚DC-用作能量传输的负导线。引脚DC+用作能量传输的正导线。引脚COC(“Connection Check(连接检查)”)用于接近检测器的信号。引脚CAN-H用作数据通信的正导线。引脚CAN-L用作数据通信的负导线。

图3示意性地示出了根据GB/T充电插接***的充电插头的引脚布局的实施例。引脚PE是用作参考和保护的接地导线。引脚CC1和CC2(“Charging Connection Confirmation(充电连接确认)”)用于控制充电过程。引脚DC-用作电力供应的负导线。引脚DC+用作电力供应的正导线。引脚S+(CAN-H)用作数据通信的正导线。引脚S-(CAN-L)用作数据通信的负导线。引脚A+用作用于低压充电的辅助电力供应的正导线，并且引脚A-用作用于低压充电的辅助电力供应的负导线。

下面，示例性地在AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture(汽车开放***架构))***架构的范围内描述本发明。然而，本发明不局限于这种特定的***架构。设计也可以转用于其它***架构。例如在出版物Robert Neue,TU Dortmund的“AUTOSAR–EineEinführung”，

(https://ess.cs.tu-dortmund.de/Teaching/PGs/autolab/ausarbeitungen/Neue-AUTO SAR-Ausarbeitung.pdf)中，或者在出版物Oliver Busch,

Koblenz-Landau的“Die Software-Architektur von AUTOSAR”,(https://www.uni-koblenz-landau.de/de/koblenz/fb4/ist/AGZoebel/Lehre/ss2012/se minar/oBusch)中，给出了对AUTOSAR***架构的介绍。

图4示出了AUTOSAR架构的分层结构的示意性图示。AUTOSAR是三层的软件架构。用于描述基础结构的标准化的软件模块称为基础软件14，基础软件14的存在是必需的，以便驱动上层软件层的功能部分。运行时环境(Run-Time Environment，RTE)12是中间件，其从应用程序软件部件之间以及基础软件和应用程序之间的用于ECU(Electric Control Unit(电子控制单元)，控制装置)间和ECU内的数据交换的网络拓扑抽象出。应用程序软件的部件称为应用层13，其与运行时环境12集成。应用程序模块21是应用层13的这种软件部件的示例。通过将接口关于其物理表示和时间表示标准化，在集成时实现兼容性。通过基础层进行硬件访问。AUTOSAR因此定义了用于控制装置的软件架构，其将软件与装置的硬件解耦。服务层11提供***服务，例如诊断协议、NVRAM、Flash(闪存)和存储器管理。微控制器抽象层(Microcontroller Abstraction Layer，MCAL)8直接访问外部***设备IC，例如用于CAN通信的微控制器(CAN-MCU)16。微控制器抽象层8例如包括通信驱动器，例如CAN驱动器15。CAN驱动器15与CAN-MCU 16协作在微控制器层7上产生CAN输入/输出。ECU抽象层10提供通向微控制器抽象层8的驱动器的接口，例如通向CAN驱动器15的接口。

AUTOSAR的基础软件14被划分为垂直的区域、即所谓的栈。栈和层重叠，并且形成所谓的功能块。AUTOSAR标准在功能块内定义了所谓的模块。在AUTOSAR中，将一组模块称为通信栈，例如COM模块(服务层)、PDU路由器(服务层)、CAN SM(服务层)、特定于总线的接口模块(ECU抽象层)、如CanIf、LinIf、FrIf等、外部总线驱动器、如CAN接口(ECU抽象层)和内部总线驱动器、如CAN驱动器(MCAL层)。

图5示出了具有特定于CHAdeMO的通信栈20a和特定于GB/T的通信栈20b的软件架构的实施例。第一通信栈20a被设置为用于通过CHAdeMO协议的CAN通信。第二通信栈20b被设置为用于通过GB/T协议的CAN通信。用于CAN/CHAdeMO的通信栈20a包括四个基础软件模块，即MCAL层8的“Communications Driver(通信驱动器)”功能块中的CAN/CHAdeMO驱动器15a、ECU抽象层10的“Communication Hardware Abstractions(通信硬件抽象)”功能块中的CAN/CHAdeMO接口17a以及服务层11的“Communication Services(通信服务)”功能块中的CHAdeMO/PDU路由器18a和CHAdeMO/COM模块19a。用于CAN/GB/T的通信栈20b包括四个基础软件模块，即MCAL层8的“Communications Driver”功能块中的CAN/GB/T驱动器15b、ECU抽象层10的“Communication Hardware Abstractions”功能块中的CAN/GB/T接口17a以及服务层11的“Communication Services”功能块中的GB/T/PDU路由器18b和具有SAE J1939支持的GB/T/COM模块19b。特定于CHAdeMO或GB/T的COM模块19a和19b尤其是负责提供CAN总线***的消息的传输协议、处理和定时。接口17a和17b提供访问CAN总线***的可使用的通道的功能。驱动器15a和15b提供启动传输的功能或Call-Back(回拨)功能，并且用于配置总线行为。这些模块以本领域技术人员已知的方式被配置为用于通过CAN/CHAdeMO或CAN/GB/T进行通信。两个通信栈20a、20b使用微控制器层7的相同的CAN-MCU，即其通过相同的物理接口提供CAN通信。

在图5的实施例中，设置了两个特定于充电***的通信栈20a、20b，其不同之处在于CAN驱动器15a、15b、CAN接口17a、17b、PDU路由器18a、18b和COM模块19a、19b。然而，在替换的实现变形方案中，通信栈的不同之处可以仅在于这些部件的一个，例如仅COM模块19a、19b不同并且结果是CAN驱动器配置不同，或替代地例如仅CAN驱动器15a、15b不同，对于本领域技术人员是显而易见的。

图6示出了通信栈的不同之处仅在于特定于充电***的COM模块19a、19b的实施例。通信栈20a的特征在于根据CHAdeMO标准配置的标准COM模块，并且在实际的发送和接收行为方面类似于车辆内部通信的循环CAN消息。对于根据GB/T标准的通信在通信栈20b中的实现，根据该实施方式，在AUTOSAR CAN接口模块或PDU路由器上方提供包括SAE J1939部件的特定于GB/T的COM实现。由于与车辆内部的CAN通信行为明显不同的消息的特定于GB/T的CAN通信行为，而在通信栈20b中不使用标准AUTOSAR-COM模块。COM模块的特定于GB/T的实现由通向更高层的接口、即通向应用程序的接口，根据AUTOSAR-COM模块的接口规范来实现，以便实现应用程序与根据GB/T标准的通信栈的尽可能高的独立性。在该实施方式中，作为特定于GB/T的COM模块实现中国GB/T通信栈20b。特定于GB/T的COM模块负责遵守与时间行为相关的定义的消息处理，并且以根据GB/T标准的询问-应答通信流程发送和处理循环消息。在该实施例中，在运行时间或在启动时刻的初始化阶段中通过操作软件以特定于充电***的方式重新配置CAN驱动器15。因此，使得能够通过同一个物理CAN接口在同一个控制装置软件内并行地实现基于CAN的充电通信协议。

图7示出了另一个替换实施例，其中，通信栈的不同之处仅在于特定于充电***的CAN驱动器15a、15b。

图8示出了关于可以用作充电管理器的操作软件的示例性的根据本发明的软件应用程序的示意性流程图。例如可以作为AUTOSAR应用程序模块来提供软件应用程序(参见图4的应用层13)。软件应用程序具有程序指令，所述程序指令构造为，借助识别相应的国家版本，考虑相应的充电***的对应的驱动器配置，选择和配置相应的通信栈。在步骤601中，查询国家版本LV。在步骤602中，检查是否存在国家版本CN＝中国。如果是这种情况，则以步骤603继续。在步骤603中，选择并且配置具有用于GB/T充电***的驱动器配置的通信栈。如果在步骤602中没有识别出国家版本CN＝中国，则以步骤604继续。在步骤604中，检查是否存在国家版本JP＝日本。如果是这种情况，则以步骤605继续。在步骤605中，选择并且配置具有用于CHAdeMO充电***的驱动器配置的通信栈。随后，可以根据所选择和配置的通信栈执行充电通信，即在日本国家版本的情况下根据CHAdeMO/CAN或者在中国国家版本的情况下根据GB/T/CAN执行充电通信。

附图标记列表

1 电动车辆

2 CHAdeMO充电桩

3 充电桩的CHAdeMO插头

4 电动车辆的CHAdeMO插座

5 充电管理控制装置

6 能量管理

7 微控制器(硬件)

8 微控制器抽象层(MCAL)

9 复杂装置驱动器(CDD＝Complex Device Driver)

10 ECU抽象层

11 服务层

12 运行时环境(RTE)

13 应用层

14 基础软件

15 CAN驱动器

15a CAN/CHAdeMO驱动器

15b CAN/GB/T驱动器

16 CAN-MCU

17 CAN接口

17a CAN/CHAdeMO接口

17b GB/T/CHAdeMO接口

18a PDU路由器

18a CHAdeMO/PDU路由器

18b GB/T/PDU路由器

19 COM模块

19a CHAdeMO/COM模块

19b GB/T/COM模块

20a CAN/CHAdeMO通信栈

20b CAN/GB/T通信栈

21 应用程序模块

DC+ 能量传输+

DC- 能量传输-

CAN-H 数字通信+

CAN-L 数字通信-

CSS1 充电器开始/停止1

CSS2 充电器开始/停止2

CED 充电启用/禁用

PE 保护接地(“功能”保护接地)

PP 接近引导(“插头识别”)

CED 充电启用/禁用

LV 国家版本

CN 中国国家版本

JP 日本国家版本

Claims (10)

1.一种用于电驱动车辆的充电管理的方法，其中，依据所使用的充电***选择第一通信栈(20a)或第二通信栈(20b)，其中，第一通信栈(20a)基于第一充电***提供CAN通信，并且第二通信栈(20b)通过相同的物理接口基于第二充电***提供CAN通信，

其中，应用程序能够借助第一通信栈或借助第二通信栈经由相同的物理CAN接口进行通信，

其中，通信栈包括一个或多个软件模块，所述软件模块通过接口与应用层分离，因此在逻辑和功能上与应用层分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一通信栈(20a)基于CHAdeMO协议提供CAN通信，并且其中，第二通信栈(20b)基于GB/T协议提供CAN通信。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，为了执行特定于充电***的通信，与相应的国家版本对应地配置第一和/或第二通信栈的CAN层级的驱动器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，借助识别相应的国家版本，考虑用于相应的充电***的对应的驱动器配置，来选择和/或配置相应的通信栈(20a、20b)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在识别出中国国家版本的情况下，利用用于GB/T充电***的驱动器配置选择和/或配置通信栈，并且其中，在识别出日本国家版本的情况下，利用用于CHAdeMO充电***的驱动器配置选择和/或配置通信栈。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，根据国家版本进行智能波特率转换。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过同一个物理CAN接口在同一个控制装置软件内，实现基于CAN的充电通信协议的并行实现。

8.一种操作软件，所述操作软件被构造为实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的操作软件，所述操作软件在AUTOSAR环境上实现。

10.一种具有处理器的控制装置，所述处理器被配置为，使得所述处理器实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

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