基于車樁協(xié)議一致判斷的充電過程數(shù)據(jù)采集方法

安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司 陶燕燕 趙敏

本文針對(duì)充電樁與電動(dòng)汽車間匹配性檢測無法直觀判斷的問題,提出一種適合日常運(yùn)維車樁協(xié)議一致性判斷的方法,設(shè)計(jì)內(nèi)置式匹配性判斷工具,建立車樁協(xié)議一致性判斷數(shù)據(jù)模型,采集充電匹配性結(jié)果和協(xié)議遵循程度數(shù)據(jù)提供給充電樁相關(guān)應(yīng)用單位,為后續(xù)充電樁及車輛維護(hù)改造和產(chǎn)品迭代升級(jí)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

0 背景

近年來,隨著國內(nèi)外碳排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,以及人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),電動(dòng)汽車逐漸收到大家的認(rèn)可,電動(dòng)汽車的需求與日俱增,因此帶動(dòng)充電樁的需求也在不斷增加[1]。然而,針對(duì)目前充電技術(shù)尚不完善,充電樁的應(yīng)用和檢測需要投入大量的設(shè)備和人力進(jìn)行管理和維護(hù),為企業(yè)帶來巨大的成本[2]。

本文基于車樁協(xié)議一致性判斷的充電樁狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)研究,以《GB/T 27930-2015》《GB/T 18487.1-2015》《GB/T 34657.1-2017》等國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),以保障充電設(shè)備安全可靠運(yùn)行為出發(fā)點(diǎn),研究建立基于車樁協(xié)議一致判斷的知識(shí)管理系統(tǒng),最終達(dá)到電動(dòng)汽車充電成功率的逐步提升改善,從而推動(dòng)了國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略順利實(shí)施,同時(shí)降低電動(dòng)汽車失效起火頻次,保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全,從而造福全社會(huì)。

1 現(xiàn)狀分析

目前國網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)(福建)有限公司已完成省級(jí)及各地市智能視頻監(jiān)控設(shè)備的部署工作,具有智能地鎖、遠(yuǎn)程咨詢和報(bào)警、快充站全景監(jiān)控等功能,對(duì)整體快充網(wǎng)絡(luò)日常的運(yùn)營和安全管理有較好的提升意義。但是,直流充電樁在給電動(dòng)汽車充電過程中會(huì)出現(xiàn)失敗的情況,有的在充電過程中失敗,有的是在充電流程剛建立的時(shí)候就失敗,GBT27930-2015規(guī)定了充電機(jī)與BMS之間的通信協(xié)議,但是由于標(biāo)準(zhǔn)過于寬泛,樁企、車企對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解都存在誤差,使得充電過程由于車樁協(xié)議不一致,導(dǎo)致出現(xiàn)充電樁通訊中斷、死機(jī)、延遲、錯(cuò)誤幀較多等問題。

同時(shí)直流充電樁顯示的故障代碼也不完全反映真實(shí)的充電失敗原因,主要原因是目前車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)從TCU(計(jì)費(fèi)控制系統(tǒng))獲取信息,充電樁控制板通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸給TCU,多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,很難保證車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和完整性。同時(shí)車聯(lián)網(wǎng)獲取的故障信息多比較籠統(tǒng),無法更深層次的分析故障原因。這導(dǎo)致客戶體驗(yàn)效果很差,使得電動(dòng)汽車車主主觀認(rèn)為充電樁的兼容性不好、運(yùn)維人員沒有有效的工具和手段來判斷真實(shí)的失敗原因。

目前,直流充電樁與電動(dòng)汽車間的協(xié)議一致性判斷研究還未引起足夠的重視,對(duì)電動(dòng)汽車與直流充電間的相互匹配操作還沒有行之有效的現(xiàn)場監(jiān)控檢測手段及相應(yīng)的簡易測試設(shè)備,要實(shí)現(xiàn)充電數(shù)據(jù)監(jiān)控必須使用專業(yè)的測試設(shè)備及專業(yè)的測試人員去實(shí)施,同時(shí)這些設(shè)備也必須具備做長期數(shù)據(jù)監(jiān)測的服務(wù)能力[3]。

2 充電過程深度數(shù)據(jù)采集及傳輸

2.1 數(shù)據(jù)采集

2.1.1 CAN總線數(shù)據(jù)采集

充電過程數(shù)據(jù)流向如圖1所示,車聯(lián)網(wǎng)通過獲取TCU的數(shù)據(jù)來進(jìn)行故障判斷和分析存在以下兩個(gè)問題:(1)多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,很難保證車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和完整性;(2)車聯(lián)網(wǎng)獲取的故障信息太多籠統(tǒng),無法更深層次的分析故障發(fā)生的根源。

圖1 充電過程數(shù)據(jù)傳輸流向圖Fig.1 Data transmission flow diagram during charging

因此本文通過采集:(1)控制板與BMS之間CAN總線的報(bào)文數(shù)據(jù);(2)控制板與TCU之間的CAN總線數(shù)據(jù)。再將兩者結(jié)合,這樣在遇到充電樁故障時(shí),可以及時(shí)有效的找到故障根源。

2.1.2 電參數(shù)數(shù)據(jù)采集

總之，碳市場是個(gè)復(fù)雜、系統(tǒng)、長期的工程，它的發(fā)展必然是漸進(jìn)的。合理有序發(fā)展碳市場有助于我國低成本實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，亦有助于國際談判與合作，體現(xiàn)出我國爭做全球氣候治理貢獻(xiàn)者和引領(lǐng)者的擔(dān)當(dāng)，最終助力于全球應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。

電動(dòng)汽車直流充電樁是將輸入的三相四線AC380V±15%,頻率50Hz的交流電轉(zhuǎn)化為電壓可以調(diào)節(jié)的直流電,為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電,其輸出電壓和電流根據(jù)動(dòng)力電池的狀態(tài)充電需求,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。CC1電壓信號(hào)是充電樁連接確認(rèn)信號(hào),充電樁的槍頭連接狀態(tài)根據(jù)可以CC1的電壓幅值準(zhǔn)確判斷。采集CC1電壓信合可以為充電流程時(shí)序的正確性判斷提供依據(jù)。CC1電壓信號(hào)的參考端為大地端(FG),所以為提供采樣精度其采集電路必須跟地線做參考匹配設(shè)計(jì)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸方案

包括數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)融合及網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)容間交互。

(1)數(shù)據(jù)壓縮:采集到的大量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行有效安全傳輸,但因?yàn)楣?jié)點(diǎn)資源會(huì)制約數(shù)據(jù)的傳輸,并且數(shù)據(jù)在空間方面具有一定的關(guān)聯(lián)性,這樣會(huì)使部分信息存在冗余現(xiàn)象,因此需要利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行壓縮。

(2)數(shù)據(jù)融合:通過均值濾波的方法把一些異構(gòu)的數(shù)據(jù)去除,以免發(fā)生因大量異構(gòu)數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,利用這個(gè)方法還可以把較少數(shù)量的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絽R聚點(diǎn),以此減少傳輸中發(fā)生的沖突,達(dá)到傳輸量減少,提高傳輸效率和通訊效率的目的。

(3)網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)容間交互:主要是把采集信息內(nèi)容進(jìn)行展現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)容進(jìn)行交互時(shí),要把采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的編輯、存儲(chǔ),這樣有利于數(shù)據(jù)在匯集點(diǎn)的融合,便于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理。

2.3 數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)采集裝置包括適合運(yùn)維現(xiàn)場使用的外置數(shù)據(jù)采集裝置和充電樁內(nèi)置多功能采集裝置。

(1)外置數(shù)據(jù)采集裝置:設(shè)計(jì)外置數(shù)據(jù)采集裝置,使得在不打開充電樁柜體或車輛維護(hù)接口的情況下,可以采集充電過程中的電參數(shù)、在充電過程中車輛BMS和充電樁控制器之間的交互數(shù)據(jù),采集到的數(shù)據(jù)結(jié)合4G或BLE等無線通訊技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳。

3 車樁通信協(xié)議一致性判斷方法

3.1 通信協(xié)議一致性的匹配判斷

協(xié)議一致性判斷是通過采集CAN總線數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)充電電參數(shù)數(shù)據(jù)并依據(jù)GB/T 27930-2015通信流程進(jìn)行匹配性判斷的,通信協(xié)議一致性的匹配判斷的具體實(shí)施方案如圖2所示。

圖2 通信協(xié)議一致性的匹配判斷實(shí)施方案圖Fig.2 Diagram of the implementation scheme of matching judgment for the consistency of the communication protocol

(1)通過監(jiān)控CAN總線交互報(bào)文信息及充電機(jī)輸出高壓電壓信息,判斷充電樁是否進(jìn)行絕緣檢測,判斷充電樁和BMS是否都反饋正常握手及辨識(shí)報(bào)文,并在有充電握手失敗的情況中能判斷出錯(cuò)誤報(bào)文,并顯示錯(cuò)誤原因。

(2)通過監(jiān)控CAN總線交互報(bào)文信息,判斷充電樁和BMS是否做出相對(duì)應(yīng)的正常交互反饋,是否完成充電參數(shù)配置,并進(jìn)入后續(xù)正常充電階段。并在有充電配置失敗的情況中能判斷出錯(cuò)誤報(bào)文,并顯示錯(cuò)誤原因。

(3)通過監(jiān)控CAN總線交互報(bào)文信息,判斷充電樁和BMS是否反饋發(fā)送充電需求、充電狀態(tài)、蓄電池需求、蓄電池狀態(tài)以及溫度等信息。并在有在充電過程中失敗的情況中能判斷出錯(cuò)誤報(bào)文,并顯示錯(cuò)誤原因。

(4)通過監(jiān)控CAN總線交互報(bào)文信息,判斷充電樁和BMS是否做出相對(duì)應(yīng)的正常交互反饋,鑒別是充電樁或是BMS主動(dòng)發(fā)送停機(jī)需求,并鑒別停機(jī)過程中報(bào)文流程是否發(fā)送完整。

(5)根據(jù)前面4步驟的匹配測試判斷,判斷出充電失敗原因,并形成完善的測試流程報(bào)告。

3.2 充電功率匹配判斷

功率匹配性判斷是通過在充電過程中采集實(shí)時(shí)輸出電壓、電流等電參數(shù)信息與充電車輛實(shí)時(shí)充電需求做過程采集對(duì)比,在充電結(jié)束后形成數(shù)據(jù)記錄,上傳云平臺(tái),最終實(shí)現(xiàn)功率匹配性的充電服務(wù)優(yōu)選推薦。充電功率匹配判斷的具體實(shí)施方案如圖3所示。

圖3 充電功率匹配判斷實(shí)施方案圖Fig.3 Diagram of the implementation scheme of charging power matching judgment

(1)采集電動(dòng)汽車充電過程中車輛BMS與充電樁控制器通信協(xié)議,依據(jù)GB/T 27930-2015《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),實(shí)時(shí)解析對(duì)應(yīng)BCL報(bào)文內(nèi)容,建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)此需求電參數(shù)信息。

(2)采集電動(dòng)汽車充電過程中槍線上的實(shí)時(shí)電壓、電流參數(shù),將采集到的實(shí)時(shí)電壓、電流參數(shù)進(jìn)行均值濾波處理,并建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)此輸出電參數(shù)信息。

(3)基于整個(gè)充電流程數(shù)據(jù),綜合對(duì)比上述采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),計(jì)算功率特性,在充電流程結(jié)束后,將采集到數(shù)據(jù)和功率匹配判斷結(jié)果上傳在云平臺(tái)。

4 結(jié)語

基于車樁協(xié)議一致判斷的充電過程數(shù)據(jù)采集方法極大降低了數(shù)據(jù)采集的難度,使得大規(guī)模數(shù)據(jù)采集成為可能,通過云端數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)充電故障的地點(diǎn)及原因,充電樁運(yùn)維單位可主動(dòng)發(fā)現(xiàn)由于充電匹配性有問題的充電故障情況并進(jìn)行精準(zhǔn)維修。從用戶報(bào)告故障再去現(xiàn)場檢修、不報(bào)不修的模式,轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)維護(hù)、批量優(yōu)化的全新模式,可以大幅提升國網(wǎng)充電樁的兼容性和用戶充電滿意度。

引用

[1] 戴雙飛.基于數(shù)字控制的電動(dòng)汽車直流充電樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京:南京理工大學(xué),2017.

[2] 黃賽杰,徐敏,鄭小鹿,等.動(dòng)力電池充放電檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2019(1):146-154.

[3] 郭昊,李小鵬,徐征,等.直流充電樁通信一致性測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2019(21):41-43.