CN114801875A - 一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***及管理方法，其中电池管理***包括国标充电接口、欧标充电接口、EVCC模块及BMS模块；EVCC模块集成在BMS模块上；电池管理***的外部接口包括PP端口、CP端口、S+端口、S‑端口、A+端口、A‑端口及CC2端口。本技术方案通过将EVCC模块和BMS模块集成，形成集成式电池管理***，并提供兼容性的整车电气架构，集成式电池管理***外部接口和软件兼顾国标和欧标充电，实现BMS软件、EVCC软硬件和车载充电机软件的平台化、兼容性设计。

Description

一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***及管理方法

技术领域

本发明属于电动汽车电池管理技术领域，具体涉及一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***及管理方法。

背景技术

因电动车发展环境和市场形态存在地域差别，当前国内外充电标准并不统一，插头和插座等充电接口结构、车辆和充电桩之间通讯协议各不相同。欧洲充电标准和国内充电标准差异较大，国标电动车产品需针对欧洲充电标准，重新开发充电功能所涉及的多个部件和装置，包括新增专用的欧标电动汽车通讯控制器硬件和软件、开发整车控制器和电池管理***涉及到的充电软件模块、调整车载充电机软件以识别欧标充电桩和调节充电电流、改变车辆充电插座和线束等，这给车辆带来额外的开发费用、开发周期及技术挑战。

专利号CN202010007728.2，发明名称为一种国标***改制欧标交直流兼容***及其工作方法的发明专利中，公开了一种通过改制实现国标兼容欧标交直流充电的方法。但是该技术存在以下不足之处：第一是集成度不足，没有明确PLC模块是通过集成还是作为独立部件来支持兼容欧标的改制工作，较为含糊；第二是适应性不足，PLC模块承担的国标充电协议与欧标充电协议编译工作描述较为模糊，难以落地实施；第三是可靠性不足，电池管理***仅仅通过判断占空比信号，决定进入交流还是直流充电流程，且进入直流充电流程的具体实施过程模糊。专利号CN201921853144.6，发明名称为一种欧标国标兼容型直流充电机的专利，公开了电动汽车通信控制器，通过将电动汽车通信控制器分别与欧标充电桩和国标电动汽车的电池管理***连接，实现欧标充电桩与国标电动汽车间的通信，进而实现国标电动汽车的欧标充电。该发明存在以下不足之处：第一是集成度不足，描述的兼容性方案，无法实现车辆端相关控制***软硬件的平台化；第二是适应性不足，仅仅从充电桩端解决欧标充电桩与国标电动汽车的兼容性，对改造欧标充电桩存在路径依赖，实施起来比较被动；第三是可靠性不足，仅概念性的描述了桩端实现兼容性的方法，没有描述实现可靠进入相应充电流程的连接方式。

上述的开发工作的核心是电动汽车通讯控制器(简称“EVCC”)和电池管理***(简称“BMS”)的硬件和软件。开发一种可以兼顾欧洲充电标准(简称“欧标”)和中国充电标准(简称“国标”)的BMS硬件和软件，则能实现只实施改变国标车辆充电插座和线束这种简单快捷的开发工作，即可快速适应欧标充电桩，意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***及方法，以实现纯电动车国标与欧标充电功能相关部件的平台化设计，集成度高、可靠性好、适应性强，能有效地缩减产品开发周期，节约成本，解决国标电动车出口欧洲适应性开发耗时长、投入大的问题。

为实现上述发明目的，本申请是通过以下技术方案实现的：

一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，包括国标充电接口、欧标充电接口、EVCC模块及BMS模块；所述EVCC模块集成在BMS模块上；

电池管理***的外部接口包括PP端口、CP端口、S+端口、S-端口、CC2端口、A+端口及A-端口，其中，PP端口和CP端口仅用于EVCC模块与欧标充电接口的交互，并仅采用PLC通讯；

S+端口、S-端口、A+端口及A-端口仅用于与国标充电接口的交互，且仅采用CAN通讯；

CC2端口为硬线接口，国标充电时，用于BMS模块与直流快充接口间的连接确认，采用CAN通讯，欧标充电时，用于EVCC模块与欧标直流快充接口间的连接确认。

进一步的，所述EVCC模块与BMS模块之间通过四路接口信号连接，分别为内部S+接口、内部S-接口、EV_wake_up硬线接口及CC2硬线接口，其中，内部S+接口和内部S-接口完成CAN通讯的交互，信号来源为所述国标充电接口的S+端口和S-端口；EV_wake_up硬线接口通过EV_wake_up硬线实现EVCC模块与BMS模块之间相互唤醒；CC2硬线接口通过CC2硬线分别确认国标充电接口或欧标充电接口的直流快充插枪成功。

进一步的，国标充电接口包括国标交流慢充接口和国标直流快充接口；

所述国标交流慢充电接口包括CC端口、CP端口、N端口、PE端口及L1端口；

所述国标直流快充接口包括S+端口、S-端口、CC1端口、CC2端口、DC+端口、DC-端口、A+端口、A-端口及PE端口。

进一步的，欧标充电接口包括集成的欧标交流慢充接口和欧标直流快充接口；包括PP端口、CP端口、L1端口、L2端口、L3端口、N端口、⊕端口、DC+端口及DC-端口；其中PP端口和CP端口同时与EVCC模块及车载充电机电信号连接，且PP端口和CP端口既作为欧标直流快充的交互接口也作为欧标交流慢充的交互接口。

一种集成电动汽车通讯控制器的管理方法，使用上述任一项的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，包括国标充电管理模式和欧标充电管理模式；国标充电管理模式包括国标交流慢充管理模式和国标直流快充管理模式。

进一步的，国标充电管理模式包括以下步骤：

国标交流慢充管理模式包括：

(1)国标交流慢充充电枪***国标交流慢充接口，国标交流慢充接口的CC端口接通，CC信号线通过国标交流慢充充电枪内的电阻值接入引起的回路阻值变化唤醒车载充电机，车载充电机被唤醒后完成自检；

(2)车载充电机检测CP回路的PWM占空比信号，检测占空比是否在设定范围内，若占空比满足充电条件，则车载充电机控制CP回路进一步接通，告知充电桩车辆可以充电；

(3)车载充电机收到交流电后，通过A+端口和A-端口输出12V唤醒信号给BMS，此时车载充电机通过CAN信号与BMS交互唤醒信号，BMS依此判断当前为国标交流慢充状态；

(4)BMS依据常规充电控制程序，调节充电电流，直至完成交流慢充；

国标直流快充管理模式包括：

国标直流快充充电枪***国标直流快充接口，国标直流快充接口的A+端口和A-端口的CAN通讯信号唤醒BMS，BMS被唤醒后检测CC2端口的连接状态，若检测到CC2端口己可靠连接，则确认国标直流快充充电枪***成功，进入国标直流快充过程；

在国标直流快充过程中，BMS和直流快充桩之间通过国标直流快充接口的S+端口、S-端口进行直流快充CAN通讯信息交互，调节充电电流，直至充电完成。

进一步的，国标充电管理模式下，EVCC模块不参与任何信息的交互。

进一步的，欧标充电管理模式包括：

(11)欧标充电枪***欧标充电接口后，PP端口接通，EVCC模块检测到电阻R接入电路，确认欧标充电枪***；

(12)EVCC模块检测CP端口的占空比，CP端口通过PLC通讯传输充电桩输出的占空比信号给EVCC模块，当EVCC模块检测到占空比小于5％，即判断为直流快充，进入步骤(13)的欧标直流快充管理模式，当占空比处于6％-93％，即判断为交流慢充，进入步骤(14)的欧标交流慢充管理模式；

(13)欧标直流快充管理模式包括：

EVCC模块通过PLC通讯与直流充电桩交互，检测直流充电桩状态符合充电要求；EVCC模块确认当前为直流快充后，向BMS模块发出直流充电请求，BMS模块收到请求后，确认此时处于快充模式，然后向EVCC模块发出充电电流指令；EVCC模块接收到BMS发来的充电电流指令后，传递给欧标充电桩，调节直流快充电流，完成直流快充过程；

(14)L端口、N端口、PE端口接入车载充电机，车载充电机输出的DC+、DC-进入动力电池；此时EVCC模块不参加交流慢充控制过程，只由BMS模块按常规充电控制程序，恒定电流完成慢充过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本技术方案通过将EVCC模块和BMS模块集成，形成集成式电池管理***，并提供兼容性的整车电气架构，集成式电池管理***外部接口和软件兼顾国标和欧标充电，实现BMS软件、EVCC软硬件和车载充电机软件的平台化、兼容性设计。

附图说明

图1为本发明非集成的国标交流慢充接口与国标直流快充接口示意图。

图2为本发明交流慢接和直流快充一体式的欧标充电接口示意图。

图3为EVCC模块与BMS模块集成示意图。

图4为本发明集成式电池管理***示意图。

图5为国标充电电气架构示意图。

图6为欧标充电电气架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图1所示，为非集成的国标交流慢充与直流快充接口，其中左侧较小的为国标交流慢充接口，右侧较大的为国标直流快充接口。本申请的国标充电接口，插座在结构上集成，但是国标充电枪插头非集成，有交流慢充充电枪和直流快充充电枪两种。

国标交流慢充电接口包括CC端口、CP端口、N端口、PE端口及L1端口；其中，CC端口为电阻连接确认通道，用于充电枪的插枪确认；CP端口占空比及PLC交互通道，用于PLC通讯的传输；N端口为交流电的零线接口；PE端口为交流电的地线接口；L1端口为交流电的火线接口。

国标直流快充接口包括S+端口、S-端口、CC1端口、CC2端口、DC+端口、DC-端口、A+端口、A-端口及PE端口。其中，S+端口为CAN通讯高端，用于充电桩与车辆的信息交互；S-端口为CAN通讯低端，用于充电桩与车辆的信息交互；CC1端口为充电桩检测车辆是否可靠连接；CC2端口为车辆检测充电桩是否可靠连接；DC+端口为直流正极接口；DC-端口为直流负极接口；A+端口为12V常电正极接口；A-端口为12V常电负极接口；PE端口为地线接口。

如图2所示为交流慢充和直流快充一体式的欧标充电接口，包括PP端口、CP端口、L1端口、L2端口、L3端口、N端口、⊕端口、DC+端口及DC-端口；其中PP端口和CP端口同时与EVCC模块及车载充电机电信号连接，且PP端口和CP端口既作为欧标直流快充的交互接口也作为欧标交流慢充的交互接口。其中，PP端口为电阻的连接确认通道，用于插枪确认，功能与国标充电的CC端口相同；CP端口为占空比及PLC交互通道，用于PLC通讯的传输，功能与国标充电的CP端口相同；L1端口、L2端口、L3端口为三相交流电的三相接口；N端口为零线端口；⊕端口为地线接口；DC+端口为直流正极接口；DC-端口为直流负极接口。

欧标充电与国标充电的主要区别为：①通讯协议不同，欧标充电为ISO15118/DIN70121，国标充电为GB 27930；②通讯方式不同，欧标充电采用PLC，国标充电采用CAN；③接口结构不同，如上述图1、2所示；④接口数量和定义不同，国标充电接口有A+端口、A-端口、CC2端口等，欧标充电接口没有上述端口。

如图3所示，本申请提供一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，包括国标充电接口、欧标充电接口、EVCC模块及BMS模块；所述EVCC模块集成在BMS模块上。EVCC模块用于实现电动车辆与欧标充电桩之间的PLC通讯，同时BMS模块还有CAN通讯模块，实现电动车辆与国标直流充电桩的CAN通讯交互。

EVCC模块与BMS模块之间通过四路接口信号连接，分别为内部S+接口、内部S-接口、EV_wake_up硬线接口及CC2硬线接口，其中，内部S+接口和内部S-接口完成CAN通讯的交互，信号来源为所述国标充电接口的S+端口和S-端口；EV_wake_up硬线接口通过EV_wake_up硬线实现EVCC模块与BMS模块之间相互唤醒；CC2硬线接口通过CC2硬线分别确认国标充电接口或欧标充电接口的直流快充插枪成功。

如图4所示，电池管理***的外部接口包括PP端口、CP端口、S+端口、S-端口、CC2端口、A+端口及A-端口，用于实现电动车辆与欧标或国标充电桩的交互，其中，PP端口和CP端口仅用于EVCC模块与欧标充电接口的交互，与本集成式电池管理***间并仅采用PLC通讯。

S+端口、S-端口、A+端口及A-端口仅用于集成式电池管理***与国标充电接口的交互，且仅采用CAN通讯。

CC2端口为硬线接口，国标充电时，用于BMS模块与直流快充接口间的连接确认，采用CAN通讯，欧标充电时，用于EVCC模块与欧标直流快充接口间的连接确认。

集成式电池管理***与电动车辆其他相关联控制器，包括车载充电机，采用CAN通讯。

本申请还提供一种集成电动汽车通讯控制器的管理方法，使用上述任一项的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，包括国标充电管理模式和欧标充电管理模式；国标充电管理模式包括国标交流慢充管理模式和国标直流快充管理模式。

如图5所示为国标充电电气架构示意图，国标交流慢充充电枪头和国标直流快充充电枪头与欧标充电枪头相比，在结构上是非集成的，正常操作时，用户只需要***一个充电枪，如果交流慢充、直流快充两个充电枪均为***状态，则优先响应交流慢充充电需求。

国标交流慢充管理模式包括：

国标充电接口的CP端口和CC端口接入车载充电机实施信息交互。

(1)国标交流慢充充电枪***国标交流慢充接口，国标交流慢充接口的CC端口接通，CC信号线通过国标交流慢充充电枪内的电阻值接入引起的回路阻值变化唤醒车载充电机，车载充电机被唤醒后完成自检。

(2)车载充电机检测CP回路的PWM占空比信号，检测占空比是否在设定范围内，占空比≤7％或＞90％，则不允许充电；占空比8％-90％之间允许充电。若占空比满足充电条件，则车载充电机控制CP回路进一步接通，告知充电桩车辆可以充电。

(3)车载充电机收到交流电后，通过A+端口和A-端口输出12V唤醒信号给BMS，此时车载充电机通过CAN信号与BMS交互唤醒信号，BMS依此判断当前为国标交流慢充状态。

(4)BMS依据常规充电控制程序，调节充电电流，直至完成交流慢充。

国标直流快充管理模式包括：

国标直流快充充电枪***国标直流快充接口，国标充电接口的S+端口、S-端口、A+端口、A-端口等接入集成式电池管理***。国标直流快充接口的A+端口和A-端口的CAN通讯信号唤醒BMS，BMS被唤醒后检测CC2端口的连接状态，若检测到CC2端口己可靠连接，则确认国标直流快充充电枪***成功，进入国标直流快充过程。

在国标直流快充过程中，BMS和直流快充桩之间通过国标直流快充接口的S+端口、S-端口进行直流快充CAN通讯信息交互，调节充电电流，直至充电完成。

国标充电管理模式下，EVCC模块不参与任何信息的交互，不工作。

如图6所示为欧标充电电气架构示意图，欧标充电接口的PP端口和CP端口同时接入集成式电池管理***和车载充电机，PP端口和CP端口既作为直流快充的交互接口，也作为交流慢充的交互接口。当向电动车辆***充电枪后，PP端口接通，EVCC模块检测到电阻R接入电路，确认已插充电枪。接着，EVCC模块检测CP端口的占空比，CP端口通过PLC通讯传输充电桩输出的占空比信号给EVCC模块，当EVCC模块检测到占空比小于5％，即判断为直流快充；当占空比处于6％-93％，即判断为交流慢充。

EVCC模块通过PLC通讯与直流充电桩交互，检测直流充电桩状态符合充电要求；同时，EVCC模块也与电动车辆充电相关控制器CAN通讯信息交互，检测电动车辆准备就绪。EVCC模块确认当前为直流快充后，则图3所示的开关S1闭合，PE端口、R3、R5、U2形成回路，EVCC模块向BMS模块发出直流充电请求；BMS模块收到请求后，确认此时处于快充模式，然后向EVCC模块发出充电电流指令；EVCC模块接收到BMS模块发来的充电电流指令后，传递给欧标充电桩，调节直流快充电流，完成直流快充过程。

L端口、N端口、PE端口接入车载充电机，车载充电机输出的DC+端口、DC-端口进入动力电池。此时S1开关不闭合，EVCC模块不参加交流慢充控制过程，只由BMS模块按预定的充电电流控制软件(为常规的充电的控制程序)，基本按恒定电流完成慢充过程。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，其特征在于，包括国标充电接口、欧标充电接口、EVCC模块及BMS模块；所述EVCC模块集成在BMS模块上；

电池管理***的外部接口包括PP端口、CP端口、S+端口、S-端口、CC2端口、A+端口及A-端口，其中，PP端口和CP端口仅用于EVCC模块与欧标充电接口的交互，并仅采用PLC通讯；

S+端口、S-端口、A+端口及A-端口仅用于与国标充电接口的交互，且仅采用CAN通讯；

CC2端口为硬线接口，国标充电时，用于BMS模块与直流快充接口间的连接确认，采用CAN通讯，欧标充电时，用于EVCC模块与欧标直流快充接口间的连接确认。

2.根据权利要求1所述的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，其特征在于，所述EVCC模块与BMS模块之间通过四路接口信号连接，分别为内部S+接口、内部S-接口、EV_wake_up硬线接口及CC2硬线接口，其中，内部S+接口和内部S-接口完成CAN通讯的交互，信号来源为所述国标充电接口的S+端口和S-端口；EV_wake_up硬线接口通过EV_wake_up硬线实现EVCC模块与BMS模块之间相互唤醒；CC2硬线接口通过CC2硬线分别确认国标充电接口或欧标充电接口的直流快充插枪成功。

3.根据权利要求2所述的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，其特征在于，国标充电接口包括国标交流慢充接口和国标直流快充接口；

所述国标交流慢充接口包括CC端口、CP端口、N端口、PE端口及L1端口；

所述国标直流快充接口包括S+端口、S-端口、CC1端口、CC2端口、DC+端口、DC-端口、A+端口、A-端口及PE端口。

4.根据权利要求2所述的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，其特征在于，欧标充电接口包括集成的欧标交流慢充接口和欧标直流快充接口；包括PP端口、CP端口、L1端口、L2端口、L3端口、N端口、⊕端口、DC+端口及DC-端口；其中PP端口和CP端口同时与EVCC模块及车载充电机电信号连接，且PP端口和CP端口既作为欧标直流快充的交互接口也作为欧标交流慢充的交互接口。

5.一种集成电动汽车通讯控制器的管理方法，其特征在于，使用上述权利要求1至4中任一项的集成电动汽车通讯控制器的电池管理***，包括国标充电管理模式和欧标充电管理模式；国标充电管理模式包括国标交流慢充管理模式和国标直流快充管理模式。

6.根据权利要求5所述的集成电动汽车通讯控制器的管理方法，其特征在于，国标充电管理模式包括以下步骤：

国标交流慢充管理模式包括：

(1)国标交流慢充充电枪***国标交流慢充接口，国标交流慢充接口的CC端口接通，CC信号线通过国标交流慢充充电枪内的电阻值接入引起的回路阻值变化唤醒车载充电机，车载充电机被唤醒后完成自检；

(2)车载充电机检测CP回路的PWM占空比信号，检测占空比是否在设定范围内，若占空比满足充电条件，则车载充电机控制CP回路进一步接通，告知充电桩车辆可以充电；

(3)车载充电机收到交流电后，通过A+端口和A-端口输出12V唤醒信号给BMS，此时车载充电机通过CAN信号与BMS交互唤醒信号，BMS依此判断当前为国标交流慢充状态；

(4)BMS依据常规充电控制程序，调节充电电流，直至完成交流慢充；

国标直流快充管理模式包括：

国标直流快充充电枪***国标直流快充接口，国标直流快充接口的A+端口和A-端口的CAN通讯信号唤醒BMS，BMS被唤醒后检测CC2端口的连接状态，若检测到CC2端口己可靠连接，则确认国标直流快充充电枪***成功，进入国标直流快充过程；

在国标直流快充过程中，BMS和直流快充桩之间通过国标直流快充接口的S+端口、S-端口进行直流快充CAN通讯信息交互，调节充电电流，直至充电完成。

7.根据权利要求6所述的集成电动汽车通讯控制器的管理方法，其特征在于，国标充电管理模式下，EVCC模块不参与任何信息的交互。

8.根据权利要求5所述的集成电动汽车通讯控制器的管理方法，其特征在于，欧标充电管理模式包括：

(11)欧标充电枪***欧标充电接口后，PP端口接通，EVCC模块检测到电阻R接入电路，确认欧标充电枪***；

(12)EVCC模块检测CP端口的占空比，CP端口通过PLC通讯传输充电桩输出的占空比信号给EVCC模块，当EVCC模块检测到占空比小于5％，即判断为直流快充，进入步骤(13)的欧标直流快充管理模式，当占空比处于6％-93％，即判断为交流慢充，进入步骤(14)的欧标交流慢充管理模式；

(13)欧标直流快充管理模式包括：

EVCC模块通过PLC通讯与直流充电桩交互，检测直流充电桩状态符合充电要求；EVCC模块确认当前为直流快充后，向BMS模块发出直流充电请求，BMS模块收到请求后，确认此时处于快充模式，然后向EVCC模块发出充电电流指令；EVCC模块接收到BMS发来的充电电流指令后，传递给欧标充电桩，调节直流快充电流，完成直流快充过程；

(14)L端口、N端口、PE端口接入车载充电机，车载充电机输出的DC+、DC-进入动力电池；此时EVCC模块不参加交流慢充控制过程，只由BMS模块按常规充电控制程序，恒定电流完成慢充过程。

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