CN106828151A - 一种电动汽车充电信息状态提示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车充电信息状态提示系统，包括电源电路、CAN总线、单片机控制器、BMS电池管理系统和提示电路；CAN总线的一端连接充电机，用于读取充电机的充电信息并生成报文，另一端连接BMS电池管理系统，用于读取电动汽车当前的电池电量信息；CAN总线将所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息发送给单片机控制器；单片机控制器根据所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息，生成控制逻辑发送给提示电路，提示电路用于做出对当前电动汽车进行充电操作的允许或不允许指示，电源电路为所述单片机控制器和提示电路供电。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充电信息状态提示系统。
背景技术
现阶段，我国大力推广插电式混合动力汽车和纯电动汽车，非插电式混合动力汽车已不在国家补贴范围之内。这样做的原因在于，插电式混合动力汽车与纯电动汽车都具有纯电驱动模式，可以直接从电网补充能量驱动车辆行驶，行驶过程具有节能环保零排放零污染的优点。在车辆使用过程中，充电电量由国家电网的充电机进行统计，作为收取电费的依据。
由于纯电动车的架构与非插电式混合动力汽车存在较大的差异，特别是采用电池充电的方式代替了传统的加油方式，由于充电方式的改变，司机需要及时了解电动汽车的充电状态，避免做出误操作。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种电动汽车充电信息状态提示系统，采用独立的CAN总线架构，读取充电机的状态，依照设定的提示方式，正确给出当前电动汽车的充电指示，防止司机误判或误操作，提高客户产品体验度。
为了实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种电动汽车充电信息状态提示系统，包括电源电路、CAN总线、单片机控制器、BMS电池管理系统和提示电路；CAN总线的一端连接充电机，用于读取充电机的充电信息并生成报文，另一端连接BMS电池管理系统，用于读取电动汽车当前的电池电量信息；CAN总线将所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息发送给单片机控制器；单片机控制器根据所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息，生成控制逻辑发送给提示电路，提示电路用于做出对当前电动汽车进行充电操作的允许或不允许指示，电源电路为所述单片机控制器和提示电路供电。
当对电动汽车进行充电操作时，CAN总线通过BMS电池管理系统实时读取当前电动汽车充电状态信息，并发送给单片机控制器，单片机控制器根据当前电动汽车充电状态信息控制所述提示电路做出不同充电状态的指示。
所述电源电路采用车载电源，并将车载电源通过电压转换电路降压到5VDC输出。
在电源电路的输出和地之间设置滤波电路。
所述滤波电路为在车载电源的输出设置瞬态抑制二极管D1，用来吸收车载电源电压的突波干扰，防止车载电源异常变动。
所述瞬态抑制二极管D1与电阻R1、LDO串联组成回路，在电阻R1和LDO之间分别并联有一路电容C1和一路电容C2，在电阻LDO和地之间分别并联有一路电容C3和一路电容C4。
在CAN总线的输入管脚侧设置阻容滤波网络，用于滤除CAN总线输入管脚的抖动干扰。
在CAN总线的输入管脚侧设置共模抑制电路，用于提高CAN总线噪声抑制能力。
所述提示电路采用报警电路和/或LED指示电路。当所述提示电路采用报警电路时，其输出端与负载之间设置低通滤波器。当所述提示电路采用LED指示电路时，使用功率输出的形式实现对LED灯的控制。
本发明的有益效果：
（1）本发明集成了读取充电桩充电信息，并结合车辆状态信息综合判断和光电方式提示的新方案，读取充电桩的状态，采用独立的CAN总线架构，依照设定的声光提示方式，正确给出当前充电状态，防止司机误判或误操作，提高客户产品体验度；
（2）为电源电路设置滤波电路，可以有效抑制电源电压的各种纹波和异常电压抖动；提高电动车智能车辆信息提示系统的可靠性；
（3）在CAN总线的输入管脚侧设置阻容滤波网络，可以滤除CAN总线输入管脚的抖动干扰；在CAN总线的输入管脚侧设置共模抑制电路，可以提高CAN总线噪声抑制能力；
（4）本发明可防止车辆启动时，没有关闭充电口可能带来的不良后果，报警和灯光提示能够较远距离的向司机给出明确的充电信息。
附图说明
图1为本发明滤波电路的拓扑结构图；
图2为现有的感性负载瞬态冲击图；
图3为现有的电感线束瞬态冲击图；
图4为现有的点火开关瞬态冲击图；
图5为现有的线束分布电容冲击图；
图6为现有的线束分布电感冲击图；
图7为现有的线束分布电容冲击图；
图8为现有的抛负载图；
图9为本发明频率干扰抑制曲线；
图10为本发明尖峰电压抑制能力曲线；
图11为本发明干扰抑制能力图；
图12为本发明灯类负载的电路图；
图13为本发明电机负载的电路图；
图14为本发明寿命测试；
图15本发明的结构示意图；
图16本发明的电路原理图；
图17本发明的原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：一种电动汽车充电信息状态提示系统，包括电源电路、CAN总线、单片机控制器、BMS电池管理系统和提示电路；CAN总线的一端连接充电机，用于读取充电机的充电信息并生成报文，另一端连接BMS电池管理系统，用于读取电动汽车当前的电池电量信息；CAN总线将所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息发送给单片机控制器；单片机控制器根据所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息，生成控制逻辑发送给提示电路，提示电路用于做出对当前电动汽车进行充电操作的允许或不允许指示，电源电路为所述单片机控制器和提示电路供电。
当对电动汽车进行充电操作时，CAN总线通过BMS电池管理系统实时读取当前电动汽车充电状态信息，并发送给单片机控制器，单片机控制器根据当前电动汽车充电状态信息控制所述提示电路做出不同充电状态的指示。
所述电源电路采用车载电源，并将车载电源通过电压转换电路降压到5VDC输出，在电源电路的输出和地之间设置滤波电路。
电源电路及其滤波电路主要是利用输入的24VDC 车载电源降压到5VDC输出。由于车辆上用电器众多，包含有电容性负载，电感性负载和阻性负载，同时发电机还存在有抛负载的失效模式，所以车辆的电源电压存在各种纹波和异常电压抖动。为防止电源电压的异常对电动车智能车辆信息提示系统电路的破坏损伤，提高电动车智能车辆信息提示系统的可靠性，针对车辆电源电压可能的异常点，选择相对应的元器件，进行干扰滤除，能量释放等措施。将电压的波动抑制到电动车智能车辆信息提示系统内部电路可以接受的程度，我们采用能够满足车规要求的电容，滤波模块，电压瞬时吸收器件等按照设计规范，考虑到印刷电路板的EMC规定，进行设计和布局，滤波电路拓扑结构如图1所示。
具体的，如图16所示，滤波电路可以为在车载电源的输出设置瞬态抑制二极管D1，用来吸收车载电源电压的突波干扰，防止车载电源异常变动。瞬态抑制二极管D1与电阻R1、LDO串联组成回路，在电阻R1和LDO之间分别并联有一路电容C1和一路电容C2，在电阻LDO和地之间分别并联有一路电容C3和一路电容C4，用于吸收尖峰脉冲，保持电压稳定，配合LDO的使用，单片机控制器内部的电源电压能够稳定到一个良好的水平上，保证单片机控制器的良好运行。
CAN总线的输入连接充电机，输出连接单片机控制器，CAN总线用于读取充电机的充电信息，生成报文发送给单片机控制器；单片机控制器根据所述报文内容和电动汽车当前充电状态，生成控制逻辑发送给提示电路。如图17所示。
滤波电路主要是利用输入的24VDC 车载电源降压到5VDC输出。由于车辆上用电器众多，包含有电容性负载，电感性负载和阻性负载，同时发电机还存在有抛负载的失效模式，所以车辆的电源电压存在各种纹波和异常电压抖动。为防止电源电压的异常对电动车智能车辆信息提示系统电路的破坏损伤，提高电动车智能车辆信息提示系统的可靠性，针对车辆电源电压可能的异常点，选择相对应的元器件，进行干扰滤除，能量释放等措施。将电压的波动抑制到电动车智能车辆信息提示系统内部电路可以接受的程度，我们采用能够满足车规要求的电容，滤波模块，电压瞬时吸收器件等按照设计规范，考虑到印刷电路板的EMC规定，进行设计和布局 ，滤波电路拓扑结构如图1所示。
图2至图8为车辆在运行中可能发生的干扰波形，通过采取各种电路保护方案，我们去除干扰后的曲线图如图9至图10所示。
我们采用利用电源电磁干扰测试仪，分项测试，利用示波器测量处理后的电压波形，直至得到理想的电压输出。
电动车智能车辆充电信息提示系统需要实时判断充电桩充电状态，及时通过声光方式给出充电状态指示。我们在CAN输入管脚设置了阻容滤波网络和共模抑制电路，对外部干扰进行全面抑制。抑制后的曲线如图11所示。
本发明采用单片机控制器采用单片机9S 系列MCU来实现，单片机具有集成度高，逻辑实现方便，定时器精度高，可实现负载控制要求。但是单片机存在有程序跑飞的风险，我们针对该失效模式，提出了可靠的解决方法：9S 系列MCU 具备防止代码跑飞的功能，而且即使发生了代码跑飞，它也能防止应用出现故障。导致代码跑飞的原因可能是错误的代码、超出规范允许范围运行MCU、或者是严重的EMI 或电气噪声事件。从定义来看，并没有明确指出在代码跑飞期间会出现什么情况，但是由于它是超出规范运行环境而导致的，很容易破坏程序计数器，从而导致MCU 出现不可预测的行为。
根据定义，在代码跑飞后，MCU 的运行是不可预测的，甚至不能相信其I/O 端口会继续输出可接受的状态。这就有可能使其端口进入一种不可预测的状态，进而导致外部硬件也进入不可预测的状态。防止代码跑飞的最重要的方法就是低电压禁止功能（LVI）。当Vdd 电源降低到规定的最小值以下时，LVI 能让MCU 保持复位状态。尽管LVI 可以在电源故障时保护应用系统，但它最重要的作用还是在有意关断电源时出现的瞬时状态下提供保护。如果没有采用某种形式的LVI，则在每次关闭电源时，代码跑飞的可能性会非常大。当电压下降时，有些应用可能需要将状态信息保存到内部或外部的非易失存储器中。LVI 就可以用于这一用途，但应注意避免超出规范以外的运行。如果启用了LVI，但没有启用复位功能，则可以通过轮询LVI 状态寄存器中的LVIOUT 位，来根据需要启动信息转移。
掉电时，内部LVI 可以控制复位脚，但在上电过程中也要当心。内部的上电复位（POR）电路在振荡器启动前（一般是在Vdd 达到2 伏的几毫秒后），会保持复位脚为低电平，然后再持续4096 个时钟周期的低电平。如果这段时间还不够长，无法确保电源电压在复位脚变为高平前达到规定的范围，那么就需要采取措施，使复位脚维持更长时间的低电平。。掉电时，当电源电压超出规定的范围，内部LVI 会拉低复位脚并且一直保持低电平，直到电源重新建立。如果采用这项功能而且运行正常，那么对电源电压的下降时间就没有特别的要求。这样就允许采用电源衰减时间很长的设计，例如使用较大的存储电容，或者掉电时系统的电流消耗很低。只要加在 LVI 上的电源电压还能让其电路正常运行，LVI 就可以在复位脚上保持低电平。如果深入观察复位脚上的信号就会发现，一旦电源降得非常低，复位脚会回漂到十分之几伏的电压。这是正常的。这种情况只有在电源电压已经降得非常低（不足1 伏），不可能执行任何代码，也不会破坏闪存时，才会发生。根据定义，代码跑飞就是对MCU程序计数器（PC）的破坏。此时MCU 可能不受控制地从存储器程序代码区的未用地址中执行程序，为避免可能有害的影响，应该保持在其中填充已知的安全代码。无论代码保存在ROM、闪存，还是在EEPROM 中，这条原则都是适用的。在ROM 应用中，唯一需要关心的是I/O 动作，以及保存在EEPROM 中的数据遭到破坏的可能性。在基于闪存的应用中，还存在代码破坏的可能性。所有未使用的地址都应该包含一条合理而且适宜的指令。该指令可能是一个以SWI 指令结尾的NOP 序列，或者更简单，都是SWI 指令。这么做以后，不受控地在这些地址中执行代码就会发生软件中断。然后程序员就能确定到底发生了什么意外。SWI 中断矢量应该指向一个相应的故障处理程序。这可能是一个不给COP 置数的无限循环（见后面）、执行STOP 的指令，或是跳转到应用软件的起始点。如果未采用外部看门狗芯片，就应该启用片上COP，并在正常的代码执行期间定时写入。这应该在主代码中完成，而不是在中断程序里做。之所以这样推荐是因为即使主后台任务出现故障，中断也可能继续正确进行。通过正确使用COP，能够抓住大多数代码跑飞的情形，而通过其它方法是无法检测的。结合对未使用地址的适当填充，在程序计数器发生破坏的情况下，COP 能够提供充分的复位保护。
综述，我们采用下面的技术方案来满足单片机抗干扰的需求：
1.启用 LVI。在5 伏应用中，目前的LVI 规范能防止3.9 伏电压以下的代码跑飞，并且可以用于确保电源下降时的复位。在908KX8 或908GP32 等电压可以低至2.7 伏的器件中，LVI 能在5 伏应用提供更好的保护。
2. 用合理的指令（如SWI）来填充应用代码的未使用字节（ROM 或闪存）。SWI
矢量（及所有其它未使用矢量）应该编程指向相应的错误处理子程序。
3. 启用 COP，并以合适的频率清空计数器，较短的超时周期可以提供更好的保护。
4. 在基于闪存的应用中，充分启用闪存块保护功能。
提示电路中的功率输出单元：根据车型需求，我们的输出单元对应的负载有电机等电感型负载，可靠的功率输出单元需要既能达到需要的输出能力要求有足够的寿命次数，我们采用继电器良好的解决了这两方面的要求。图12为本发明灯类负载的电路图；图13为本发明电机负载的电路图。图14为寿命测试。
图15所示为电动车智能车辆充电信息提示系统安装在车身上的图例，该装置可方便的固定在车身内部，与整车控制总线即CAN总线连接，起到安全提示功能。
芯片U2单片机控制器是电动车智能车辆充电信息提示系统的核心部件，程序的运行，控制各个执行元件的顺序执行，来完成报警信息的播报和功率输出，指示灯驱动。我们使用的外围元件和程序设计上的冗余考虑来保证程序在任何极端状态下的正常运行，防止程序跑飞。
电阻R6，R7,R8，二极管D7，电容C8,提供了CAN总线输入管脚的取消抖动干扰，作为阻容滤波网络。程序的多次判断再次滤除了可能的输入干扰。保证动作的正常执行。
电动车智能充电LED提示系统的输出主要是报警信息和LED输出控制，我们使用了低通滤波器，报警音的清晰和足够的分贝值。外部指示灯的控制使用功率输出，满足不同功率指示灯的需求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：包括电源电路、CAN总线、单片机控制器、BMS电池管理系统和提示电路；CAN总线的一端连接充电机，用于读取充电机的充电信息并生成报文，另一端连接BMS电池管理系统，用于读取电动汽车当前的电池电量信息；CAN总线将所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息发送给单片机控制器；单片机控制器根据所述报文内容和电动汽车当前的电池电量信息，生成控制逻辑发送给提示电路，提示电路用于做出对当前电动汽车进行充电操作的允许或不允许指示，电源电路为所述单片机控制器和提示电路供电。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：当对电动汽车进行充电操作时，CAN总线通过BMS电池管理系统实时读取当前电动汽车充电状态信息，并发送给单片机控制器，单片机控制器根据当前电动汽车充电状态信息控制所述提示电路做出不同充电状态的指示。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：在电源电路的输出和地之间设置滤波电路。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：所述滤波电路为在车载电源的输出设置瞬态抑制二极管D1，用来吸收车载电源电压的突波干扰，防止车载电源异常变动。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：所述瞬态抑制二极管D1与电阻R1、LDO串联组成回路，在电阻R1和LDO之间分别并联有一路电容C1和一路电容C2，在电阻LDO和地之间分别并联有一路电容C3和一路电容C4。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：在CAN总线的输入管脚侧设置阻容滤波网络，用于滤除CAN总线输入管脚的抖动干扰。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：在CAN总线的输入管脚侧设置共模抑制电路，用于提高CAN总线噪声抑制能力。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：所述提示电路采用报警电路和/或LED指示电路。
9.根据权利要求8所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：当所述提示电路采用报警电路时，其输出端与负载之间设置低通滤波器。
10.根据权利要求8所述的一种电动汽车充电信息状态提示系统，其特征在于：当所述提示电路采用LED指示电路时，使用功率输出的形式实现对LED灯的控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 252000 No.261 Huanghe Road, economic development zone, Liaocheng City, Shandong Province Applicant after: Zhongtong bus Limited by Share Ltd. Address before: 252000 No.261 Huanghe Road, economic development zone, Liaocheng City, Shandong Province Applicant before: ZHONGTONG BUS HOLDING Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170613 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |