CN104094128A - 用于控制电动车辆的电力交易的受保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制电动车辆的电力交易的受保护系统。多个识别模块被引入该车辆的电池管理系统和盒体中，并且该盒体和电池的多个完整性传感器被连接到一个监测模块上。该系统包括一个处理模块，以用于处理由该电池管理系统、车辆管理单元、完整性监测模块、以及用于识别连接到总线上的多个器件的并且位于这些器件之间的一个识别模块所产生的信息。一个存储器储存了指示该电池的技术特性的数据以及取决于所接收的信息的事件、交易和能量数据。一个计算单元根据该事件、交易和能量数据来确定能量平衡。一个通讯模块在能量平衡中存在不平衡的情况下以及由该数据揭示的违反完整性的情况下发送一个警报。

Description

用于控制电动车辆的电力交易的受保护系统
发明领域
本发明涉及电动车辆的电池管理系统。更确切地说，本发明涉及用于控制与电动车辆的电池管理系统进行的电力交易的一种受保护系统，从而尤其允许监测该电动车辆的能量系统的完整性并且检测能量盗窃情况。
背景技术
从不可再生能量到可再生能量的转变将对这些能量的征税产生影响。在中期更大量人口使用电动车辆将对于电力公司导致能量盗窃问题的反复发生。对于使用者，这将涉及保证关于电池健康状况、电池本身、其盒体及其管理系统的数据具有完整性并且不被篡改。
电动车辆具有一个电池管理系统(“BMS”)。BMS的功能通常是保护该电池的这些电池单元、控制它们、监测电池状态并且估算其电量状态，以便将其性能最大化并且更换它被部署在其中的该系统的各个部件或者器件。例如，它因此允许生成为了在该电动车辆的仪表板上显示电量状态所需要的信息。
BMS通过管理装置和算法来估算电池的状态，以此管理电池的放电、充电参数以及安全使用。通过控制其工作范围、其环境并且通过平衡该电池的电量，BMS保护了电池并且优化其性能和耐久性。
车辆的电池可以用于除了电动车辆运行之外的目的。确实，该电池可以在其充电完成时、但在使得其可用于车辆之前放电到电力网络中。在这种情况下，大量电池的质量效应对于该电力网络具有稳定化效果。这种配置被称为V2G(“车辆到电网”)。还存在V2H(“车辆到家庭”)，其中该电池可以在网络电力故障期间从房屋的电力供应面板来提供或接收电力。最后，该电池可以放电到连接至车辆上的另一个负载(例如，另一个电池)中。于是它是V2L(“车辆到负载”)。电动车辆在这些构型中的一些构型中必须具有双向充电器而不是单向充电器。
交流(AC)充电站没有集成的充电器。直流快速充电站不是这种情况，它们配备有充电器以便控制充电电压和电流。这种类型的站点使用了通讯协议以便与BMS就充电参数进行交换。一些充电站集成了额外的功能性：能量计数器、支付系统、取决于是私密或公共访问充电站的英特网访问。充电所需的电力消耗是通过与这种类型的站点的通讯链路而可获得的。
在其任务中，BMS实施温度、电流和电压测量。此外，BMS保存这些测量的历史。取决于该电池的配置，这些测量延伸至该电池的不同电池单元或电池单元组。从这些测量来计算一直可用的能量并且使得该能量可用于车辆管理中央单元。BMS可以量化并记录电力交易。这些历史被BMS的算法所使用并且也可以发送到BMS外部。
虽然存在多种多样的BMS，但感兴趣的是一种BMS能够指示能量盗窃情形以及为篡改该系统的系谱所进行的电池、盒体与BMS的组合的元件的替换。
发明内容
本发明的一个目的是提出用于控制与电动车辆的电池管理系统进行的电力交易的一种受保护系统，该受保护系统允许监测该电动车辆的能量系统、特别是电池、其盒体以及该电池管理系统的完整性，并且检测能量盗窃情形。
本发明的另一个目的是提出可以与除了该电动车辆的其他部件之外的其他设备通讯并且识别出其他设备(例如，公共电力网络的充电站和/或双向充电器)的一种受保护系统。
本发明的另一个目的是提出可以记录电力交易(充电/放电)的一种受保护系统。
本发明的另一个目的是提出可以向使用者和/或电力公司报告该电池以及其BMS的物理和/或软件完整性被违反了的一种受保护系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制电动车辆的电力交易的受保护系统，该电动车辆配备有包封了一个电池的一个盒体、一个电池管理系统、一个车辆管理单元以及一个位于该车辆管理单元与该电池管理系统之间的总线，该受保护系统包括：
分别集成到该盒体和该电池管理系统上的多个识别模块，从而提供该盒体和该电池管理系统的身份信息；
该盒体和该电池的一组完整性传感器，这些完整性传感器具有多种可读状态；
连接至这些完整性传感器的一个完整性监测模块；
用于识别连接至该总线上的器件的一个器件识别模块；
一个处理模块，用于处理由该电池管理系统、该车辆管理单元、该完整性监测模块、该器件识别模块以及其他给定器件在连接至该总线上时所产生的信息，该处理模块具有：
一个存储器，储存了指示该电池的技术特性的数据、以及从对所接收的信息根据该电池的技术特性进行的预先建立的选择性处理中得到的事件、交易和能量数据；以及
一个计算单元，其根据该事件、交易和能量数据来确定一种能量平衡；以及
一个通讯模块，具有在该能量平衡中存在不平衡的情况下以及在由储存在该处理模块的存储器中的数据所揭示的违反完整性的情况下的一种发送警报的模式。
附图说明
图1是根据本发明用于控制电动车辆的电力交易的一种受保护系统的示意图。
具体实施方式
参见图1，示出了根据本发明用于控制电动车辆2的电力交易的一种受保护系统。电动车辆2配备有一个容纳了电池6的盒体4、一个电池管理系统8、一个车辆管理单元10、以及位于该车辆管理单元10与该电池管理系统8之间的一个总线12。电动车辆2具有针对其用途及其运行的其他部件或器件，像仪表板14和连接至总线12上的一个电动马达控制器16。电动车辆2还可以配备有联接在总线12与允许将电动车辆2连接至充电站22上的一个外部连接元件20之间的一个充电器18或者像计算机24的另一个器件、与电力网络26或另一个电源的链接件或者一个外部充电器28(如果该电动车辆2没有集成充电器的话)。
该受保护系统具有多个识别模块，它们可以有利地由分别集成到盒体4和电池管理系统8上的芯片30、32形成，用于提供盒体4和电池管理系统8的身份信息。若希望的话，可以使用其他识别装置来代替芯片。
该受保护系统还具有盒体4和电池6的一组具有多种可读状态的完整性传感器34，即其状态可以借助于由这些传感器34所产生的状态信号或其他控制机构而获知。一个完整性监测模块36连接至这些完整性传感器34上并且产生指示这些传感器34的状态的信息。
该受保护系统进一步具有用于识别连接至总线12上的器件的一个器件识别模块38以及用于处理由该电池管理系统8、车辆管理单元10、完整性监测模块36、器件识别模块38以及其他给定器件在连接到总线12上时所产生的信息的一个处理模块40。
该处理模块40具有一个存储器42和一个计算单元44。存储器42储存了指示该电池6的技术特性的数据、以及从对所接收的信息根据该电池6的技术特性进行的预先建立的选择性处理(下文进行描述)得到的事件、交易和能量数据。这些技术特性被用于限定电池6的电学和热学工作条件。典型地但非限制性地，电池6的技术特性涉及化学类型、它所封装的电池单元46的数目、这些电池单元46的构型、额定容量、额定电力、电压范围、一个电池单元46的最大充电电压、一个电池单元46的最小电压、连续模式和电力需求模式中的电流峰值、每个电池单元46的最大自放电速率、均衡模式以及充电和放电温度范围。计算单元44根据储存在存储器42中的事件、交易和能量数据来确定能量平衡。
该受保护系统还具有一个通讯模块48，该通讯模块具有在该能量平衡中存在不平衡的情况下以及在由储存在该处理模块40的存储器42中的数据所揭示的违反完整性的情况下发送警报的模式。通讯模块48还可以用作总线12与将电池管理系统8同模块36、38、40、电池6以及其他部件(像这些传感器34、识别芯片30和用于控制和保护电池6的继电器52)的一个总线50之间的接口。通讯模块48可以具有CAN总线类型(“控制器区域网”总线)或其他类型的旨在与连接到总线12、50上的器件进行通讯的一个或若干通讯端口，其物理支持可以变化，例如无线、以太网等等，这些通讯端口可以配置成串联网络或者例如电导体或分开的电缆。通讯模块48因此可以与车辆2的车辆管理单元10、充电器18、充电站22、电动马达控制器16、仪表板14进行通讯。通讯模块48还允许与带有访问控制的一个远程计算机24进行通讯，该远程计算机可以用于接收加密或未加密的公共数据和私密数据。
该器件识别模块38可以被配置成用于在该通讯链路的通讯端口之中辨别出该通讯链路的来源并且具有用于识别连接至总线12上的一个器件的识别模式，从而例如允许识别出配备有MAC地址(媒体访问控制或通常为以太网地址)或其等效物、例如GPS坐标(全球定位系统)和IP地址(因特网协议)的一个充电站22。此信息可以是该交易数据的一部分。
该事件、交易和能量数据能以相应表格或另一种信息组织结构的形式被储存，以便确定并且识别出一种不平衡情形或对该系统的数据和材料作出的未经授权的访问尝试。该交易表格可以用于储存与之进行电力交易的部件的标识符、以及由这些部件经由通讯模块48所报告的电力测量值和例如与外部计算机24发生交换所凭借的标识符。使用电池6的一种构型可以出现在该交易表格中，例如V2G构型。该能量表格可以用于储存指示了输入和输出电力(例如，处于由电池管理系统8的时钟54所提供的日期和小时的形式)、充电和放电步骤、由电池管理系统8的测量单元56所测量的电力的量、以及该交易表格中储存的参照物的数据。例如，电池6在车辆2的运行过程中向该车辆的放电构成了一个交易。事件表格可以用来收集一些传感器34的状态变化以及在由电池管理系统8所应用的算法中由非标称性能序列所得到的事情、以及在由车辆管理单元10产生的信息中描绘的事件(例如，针对于对电池6充电的一个操作)。可以将一个事件与该交易表格相联系，例如在验证车辆2的使用者的过程中或者当继电器52的状态被读取并且不匹配已受控制的状态时。储存在存储器42中的交易数据可以包括由器件识别模块38所检测出的并且取决于车辆2所处的状态(例如，停车、行驶、充电枪是否连接上等等)的器件身份和构型数据、与这些交易相关联的时间数据、以及指示交易类型的数据(与事件数据相联系)。储存在存储器42中的能量数据可以包括根据电池管理系统8所产生的信息和电池6的特性相对于交易数据所得到的该电池6的容量、输入和输出电力测量值以及效率数据。
电池管理系统8的测量单元56可以测量电池6的电压、电流、电感、阻抗和温度的原始值。计算单元44被配置成用于在电池6的充电和放电操作过程中根据由电池管理系统8测量的原始数据来确定形成了能量数据的多个量。处理模块40可以具有在时间域中对电流值进行积分的一种处理模式，以便确定一个充电或放电步骤的总容量(A.h)，并且计算出多个变量，例如输送的电力(W)、能量(W.h)、效率(％)、电池6的总充电和放电循环次数，并且评估电池6的这些电池单元46的电阻。此信息可以是储存在存储器42中的能量数据的一部分。处理模块40可以被配置成用于通过计算单元44来计算能量投影并且储存由这些能量投影得到的并且形成了存储器42中的参考数据的数据。
电池管理系统8优选地具有一个保护电路58，该保护电路被配置成用于根据电池6的和构成它的这些电池单元的技术特性来保护电池6。电池6的电压、电流、电感、阻抗和温度信号、保护继电器52的状态信号、以及经由通讯模块48发送的控制信号可以由该保护电路58进行处理。该保护电路58可以被配置成像那些用于电保护的继电器一样激活继电器52并且产生控制信号。这些传感器34中的一些传感器可以用于确保对电池管理系统8、电池6及其盒体4的物理完整性的保护，而其他传感器可以用于检测电池6的电池单元46组以及其盒体4的电保护和机械保护故障并且对此做出反应。
处理模块40的存储器42可以被配置成用于储存和管理电池6的电池单元46、盒体4以及电池管理系统8(形成了受保护系统的基本基础定义)的标识符，并且用于储存集成的充电器18(如适用的话)、车辆管理单元10、电动马达控制器16以及其他连接至总线12上的器件(若希望的话)的标识符。监测模块36可以被配置成用于确认这些标识符与之前储存在处理单元40的存储器42内的数据相匹配，并且在由电池管理系统8、盒体4和电池6(以及其他器件，若希望的话)形成的群体的组合中监测到变化或差异的情况下、当一个或多个标识符不匹配所预期的标识符时记录一个事件代码，以便报告可能的完整性违反情况。这种确认可以在开启该电池管理系统8时以及若希望的话在其他情形下进行。电池单元46、盒体4和电池管理系统8的标识符能以文件的形式或另一种形式(若希望的话)储存。一个电池单元46的标识符可以由条形码或任意标识符组成。盒体4和电池管理系统32的标识符是从芯片30、32获得的，芯片30可能位于盒体4内，芯片32可能位于电池管理系统8的一个印刷电路上，其处理器60和其存储器62位于此处。电动马达控制器16的标识符是有用的，因为来自这个设备的用于对电池6充电的电力传递是可能的，即再生制动。该文件存取优选地受到读写保护。在违反完整性情况下的警报可以通过电池管理系统8的处理器60以及通讯模块48而发送至车辆管理单元10或一个远程计算机24。
计算单元44实施对输入和输出能量的平衡的计算。在每次填入(例如，由车辆管理单元10报告给电池管理系统8)时，计算单元44通过根据由车辆管理单元8获得的读数对电流、电压和时间测量值(伏特-安培-小时)的相对校准来确定该能量平衡、并且当电力输入与输出值之间的差异超过一个预定义的可接受阈值时确定在能量平衡中存在不平衡状态。该校准也可以根据站点22可供使用时的一个读数来进行。超过这个阈值时，在一种可能的构型中，处理模块40通过电池管理系统8的处理器60来警告车辆管理单元10在电力输入与电力输出之间存在显著的不平衡状态，并且可以警告下一个站点22或连接至该连接元件20上的另一个器件。一个加密后的平衡可以经由该通讯模块48被发送给一个外部计算机24或处理器。例如在通讯模块48中实施的一个程序可以允许验证一个平衡转移请求。当借助于该器件识别模块38验证了一个器件时，对一个验证信息标注日期并且记录在该交易表格中。通讯模块48可以具有对储存在处理模块40的存储器42或另一个源(例如电池管理系统8的存储器62)中的数据进行透明传输的模式和加密传输的模式，这取决于基于由官方或负责该系统的单位预先限定的条件该数据是具有公共的还是私密属性的。为了增强安全性，所有由处理模块40收集的数据的属性(例如能量平衡)都应该是私密的，因而这些数据要以加密的形式传输。
电池管理系统8的存储器62可以用于储存指示车辆2和电池6的使用概况的历史数据。通讯模块48可以被配置成响应于由通讯模块48接收的(例如由总线12或无线链路所输送的)一个对应请求而发送该历史数据。此历史数据可以具有公共属性，因而通讯模块48在不加密情况下传输它们。
完整性监测模块36、器件识别模块38、信息处理模块40和通讯模块48可以完全或部分地集成在电池管理系统8中，这取决于该电池管理系统的硬件和功能容量是否允许这样，例如其编程是否可以改变。例如，存储器42、56可以由同一个共享存储器形成，该计算单元44可以由处理器62等实施。模块36、38、40、48也可以采取联接至电池管理系统8的分离的或组合的电/电子电路的形式。这些能量不平衡或违法整体性警报可以触发一个声音信号或显示在车辆14的仪表板14上的“电池服务”类型的信号。该受保护系统可以配备有一个加速计用以验证与该电动马达的交易，例如是通过模拟从再生制动中得到的可能输入。对于车辆2的运行过程中的一系列实际交易可以计算出一种典型的电力/加速度轮廓，以便验证该再生制动的这些交易。可以监测在撞击之后气囊的展开，以便进行测量以核实电池6是否已受损并且相应地采取动作，例如使得一个受损的电池单元46失活或者改变其温度。
虽然在附图中已经展示了并且在上文中已经描述了本发明的多个实施例，但本领域技术人员将清楚的是可以在不背离本发明的情况下对此作出修改。

Claims (20)

1.一种用于控制电动车辆的电力交易的受保护系统，该电动车辆配备有包封了一个电池的一个盒体、一个电池管理系统、一个车辆管理单元以及一个位于该车辆管理单元与该电池管理系统之间的总线，该受保护系统包括：
分别集成到该盒体和该电池管理系统上的多个识别模块，从而提供该盒体和该电池管理系统的身份信息；
该盒体和该电池的一组完整性传感器，这些完整性传感器具有多种可读状态；
连接至这些完整性传感器的一个完整性监测模块；
用于识别连接至该总线上的器件的一个器件识别模块；
一个处理模块，用于处理由该电池管理系统、该车辆管理单元、该完整性监测模块、该器件识别模块以及其他给定器件在连接至该总线上时所产生的信息，该处理模块具有：
一个存储器，储存了指示该电池的技术特性的数据、以及从对所接收的信息根据该电池的技术特性进行的预先建立的选择性处理中得到的事件、交易和能量数据；以及
一个计算单元，其根据该事件、交易和能量数据来确定一种能量平衡；以及
一个通讯模块，具有在该能量平衡中存在不平衡的情况下以及在由储存在该处理模块的存储器中的数据所揭示的违反完整性的情况下的一种发送警报的模式。
2.根据权利要求1所述的受保护系统，其中这些识别模块包括多个识别芯片，这些识别芯片提供了由该处理模块管理的多个相应标识符，以便在与之前储存在该存储器中的一个标识符存在差异的情况下在该处理模块的存储器中储存一个事件代码。
3.根据权利要求1所述的受保护系统，其中储存在该处理模块的存储器中的事件数据包括在由该车辆管理单元所产生的信息中标识出的事件数据。
4.根据权利要求1所述的受保护系统，其中储存在该处理模块的存储器中的交易数据包括由该器件识别模块检测出的并且取决于该车辆所处状态的多个器件的身份和构型数据、与这些交易相关联的时间数据、以及指示了与所储存的事件数据相联系的交易类型的数据。
5.根据权利要求1所述的受保护系统，其中储存在该处理模块的存储器中的能量数据包括根据由该电池管理系统产生的信息以及该电池的特性相对于所储存的这些交易数据所得到的电池容量、输入和输出电力测量值以及效率数据。
6.根据权利要求5所述的受保护系统，其中该电池管理系统测量该电池的原始电压、电流、电感、阻抗和温度值，并且该计算单元被配置成用于在该电池的充电和放电操作的过程中根据由该电池管理系统测量的这些原始值来确定形成该能量数据的多个量。
7.根据权利要求5所述的受保护系统，其中储存在该处理模块的存储器中的该能量数据进一步包括指示了以下各项中的至少一项的数据：该电池的过渡功率以及该电池的总充电和放电循环的数目。
8.根据权利要求5所述的受保护系统，其中该电池的技术特性包括以下各项之中的特性：化学类型、电池单元的数目、这些电池单元的构型、该电池的额定容量、额定功率、电压范围、一个电池单元的最大充电电压、一个电池单元的最小电压、连续模式和功率需求模式中的电流峰值、每个电池单元的最大自放电速率、均衡模式以及充电和放电温度范围。
9.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该处理模块被配置成用于通过该计算单元来计算能量规划并且储存由这些能量规划得到的并且形成了该存储器的参考数据的数据。
10.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该通讯模块连接至该总线上，并且该发送警报模式包括响应于该通讯模块接收的一个对应请求来发送能量平衡中的不平衡状态、以及在该总线上以加密形式来传输被储存在该处理模块的存储器中的对应数据。
11.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该电动车辆配备有连接至该总线上的一个外部连接元件，并且该器件识别模块所管理的这些器件包括充电站以及连接至该外部连接元件上的计算机中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该完整性监测模块、该器件识别模块、该信息处理模块以及该通讯模块中的至少一者被集成在该电池管理系统中。
13.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该通讯模块被连接至该总线上并且包括对储存在该处理模块的存储器中的数据进行透明传输的模式和进行加密传输的模式，这取决于基于预先限定的条件该数据是具有公共属性还是私密属性。
14.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该电动车辆还配备有用于保护该电池的多个继电器以及该电池和该盒体的电保护和机械保护故障传感器，并且该处理模块被配置成基于这些继电器的状态或者由这些故障传感器之一所产生的预定义的信号而在故障情况下储存事件数据。
15.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该电动车辆还配备有连接至该总线上的一个电动马达控制器，并且该处理模块被配置成用于管理指示了与该电动马达控制器进行电力交换的信息。
16.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该器件识别模块具有用于通过MAC地址、GPS定位和IP地址中的至少一者来识别被连接到该总线上的一个器件的一种识别模式。
17.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该处理模块的存储器被配置成用于储存形成了该受保护系统的基本定义的该电池的多个电池单元的、该盒体的以及该电池管理系统的标识符，并且储存一个集成的充电器的、该车辆管理单元的以及一个电动马达控制器的标识符。
18.根据权利要求17所述的受保护系统，其中该监测模块被配置成用于验证这些标识符与之前储存在该处理单元的存储器中的数据相匹配，并且在检测到变化的情况下记录一个事件代码以便警告可能的完整性违反情况。
19.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该计算单元被配置成通过基于该电池管理系统获得的一个读数来对电流、电压和时间测量值进行的相对校准来确定该能量平衡，并且当输入与输出电力值之间的差异超过一个预定义阈值时确定该能量平衡中的不平衡状态。
20.根据权利要求1所述的受保护系统，其中该电池管理系统包括一个储存历史数据的存储器，该历史数据指示了该车辆的使用概况，并且该通讯模块被配置成响应于该通讯模块所接收的一个对应请求而传输该历史数据。
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