CN107618394A - 一种电动汽车行驶能耗数据获取装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置构成有充电桩控制器，还有车载终端、充电桩终端和数据中心，通过GPS或导获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，环境温度和机舱温度信息通过温度传感器获取；充电桩终端通过电动汽车充电接口CAN网络从充电桩控制器获取充电量信息，从车载终端的SD卡中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块用以太网传送至数据中心，数据中心将接收到的数据进行整理和存储，用电网充电信息获取电动汽车能耗信息，为电网公司、环保监管部门、电动汽车生产厂商及用户提供客观准确的电动汽车能耗数据；无需无线网络，既保证了数据传输的可靠性和完整性，也节约了无线网络数据传输的成本。

Description

一种电动汽车行驶能耗数据获取装置

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种利用电网中电动汽车的能耗信息，通过有效结合车辆行驶信息，获得更为准确、可靠、客观的电动汽车行驶能耗采集装置。

背景技术

当前国内外普遍采用车载数据采集装置，获取车辆的行驶数据（包括车速，行驶里程，耗油/耗电量等），车载数据采集装置一般采用GPS获取车辆位置信息，通过整车 CAN总线获取汽车行驶数据，并通过无线网络（如GPRS/3G/4G等）传输到数据中心。近年来，电动汽车得到了迅速的发展，尤其在我国，目前电动汽车年产销量及保有量均居全球第一。这就更需要车载数据采集装置对电动汽车运行状况进行监控，以保证这一新兴技术的健康发展。其中，对电动汽车能耗的采集尤为重要，因为电动汽车的节能环保性能主要体现为其行驶能耗。采用已有的车载数据采集装置对电动汽车行驶能耗数据进行采集，存在以下不足：

（1）目前电动汽车技术还无法准确估计电池荷电状态（SOC），且电池内部损耗无法测量，充电损耗无法获取，所以CAN总线获取汽车行驶数据中的能耗数据存在较大误差。

（2）受到行驶环境、无线基站位置、车速等影响，无线网络数据传输数据的完整性难以保证，实践中经常存在数据片段缺失的情况。对于实时状态的监控，少部分数据缺失影响不大，但对于能耗的监控，部分数据缺失意味着整段行程都无法进行能耗评价。

（3）一般通过无线网络运营商实现数据传输，使用成本高，长期运行无法得到保证。

电动汽车准确获取电耗信息的唯一方式就是采集电网的充电信息，因为电动汽车的充电量才真正准确的体现了电动汽车的电耗。它不但包括电动汽车行驶中电池输出的能量，还包括电池充放电内部损耗的能量及充电机充电过程中损耗的能量。电网中的充电信息准确，可靠、客观。对电网而言，电动汽车作为储能设备，对其能耗特征的采集也具有重要意义。但利用电网获取车辆能耗信息同样存在一定问题，主要包括：

1. 无法有效可靠的获取充电量对应的车辆行驶信息；

2. 缺乏有效方法关联同一辆电动汽车在不同充电站的充电信息；

3. 一次充电信息丢失会造成其临近的充电信息都无法和行驶数据关联。

要有效解决以上车载信息系统和智能电网在电动汽车电耗采集上各自存在的问题，就需要一套电动汽车行驶能耗采集装置，在不采用无线网络的情况下，将车辆的行驶数据与电网数据进行准确可靠关联。

发明内容

为了解决已有技术存在的问题，本发明提供一种电动汽车行驶能耗数据获取装置。本发明充分利用电网中电动汽车的能耗信息，通过有效结合车辆行驶信息，获得更为准确、可靠、客观的电动汽车行驶能耗信息。

本发明的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其构成有安装于充电桩上充电桩控制器，还有车载终端、充电桩终端和数据中心，车载终端安装于电动汽车上，充电桩终端安装于充电桩上，车载终端和充电桩终端分别通过CAN总线接口与电动汽车充电接口CAN网络相连接，充电桩终端通过以太网模块（113）用以太网与数据中心连接；车载终端的第一单片机为从机，充电桩终端的第二单片为主机，主机和从机之间通过电动汽车充电接口CAN网络进行指令收发和数据传输；第二单片机和第一单片机分别存储和运行各自的软件；

所述的车载终端包括分别与第一单片机连接的温度传感器、惯导、GPS、SD卡和CAN总线接口；

车载终端通过GPS获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，优选采样频率要求≥1Hz；在无GPS信号情况下，通过惯导获取行驶信息；环境温度和机舱温度信息通过温度传感器获取, 优选采用频率≥0.01Hz；车载终端数据均存储于SD卡中；

所述第一单片机：(a)在车辆行驶过程中，通过SPI的方式与GPS或惯导进行通信，获取GPS或惯导采集到的车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，优选通信的频率≥1Hz；(b)在车辆行驶过程中，通过与温度传感器进行通信，获取温度传感器（104）采集到的环境温度和机舱温度信息，优选IIC的方式进行通信且通信的频率≥0.01Hz；(c)通过六线制的并行总线与SD卡进行通信，完成对SD卡数据的写入、读取、删除操作，(d)通过车载终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络上的充电桩终端通信，实现指令收发以及数据传输；

所述的充电桩终端包括顺次连接的CAN总线接口、第二单片机和以太网模块；

充电桩终端通过电动汽车充电接口CAN网络从充电桩控制器获取充电量信息，从车载终端上的SD卡中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块用以太网传送至数据中心，数据中心将接收到的数据进行整理和存储；所述的数据中心为车企、电网企业、第三方数据采集机构或政府机构的存储和采集数据的服务器；

所述的第二单片机：(a)在数据传输过程中，通过充电桩终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络上的车载终端以及充电桩控制器通信，实现指令收发以及数据传输；（b）优选通过SPI的方式，与以太网模块进行通信，完成完整行驶能耗数据的上传；

所述的充电桩控制器用于控制电动汽车充电及计量，连接于电动汽车充电接口CAN网络。

本发明的数据获取和传输过程如下：在车辆行驶过程中，车载终端采集车辆的位置、海拔、车速、环境温度及机舱温度信息，并存储到SD卡中。

车辆接入充电桩充电时，首先确认车辆ID是否有效，所述的ID是否有效是通过充电桩终端在信息中心查询获取的，充电量信息必须存在关联性，若数据库中对ID车辆信息缺失，或存在故障，则无法进行信息关联，并不进行数据传输，即ID无效，则该车辆无法进行数据传输；

若ID有效，开始将车载终端SD卡中存储的数据传输至充电桩终端，数据传输过程实时监测充电是否完成，若数据传输完成，电动汽车仍在充电，则等待充电完成后，清除SD卡中数据，并在充电桩终端记录此次充电量及充电时间，此次数据传输成功。若数据传输未完成情况下，已完成车辆充电，此时必须中断数据传输，将本次充电量及充电时间记录于车载终端SD卡上，用于下次充电时传输。此次数据传输失败。

有益效果：本发明的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置的车载终端通过GPS获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，在无GPS信号情况下，通过惯导获取行驶信息，环境温度和机舱温度信息通过温度传感器获取；充电桩终端通过电动汽车充电接口CAN网络从充电桩控制器获取充电量信息，从车载终端上的SD卡中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块用以太网传送至数据中心，数据中心将接收到的数据进行整理和存储

利用电网充电信息获取电动汽车能耗信息，为电网公司、环保监管部门、电动汽车生产厂商及用户提供客观准确的电动汽车能耗数据；本发明无需无线网络，既保证了数据传输的可靠性和完整性，也节约了无线网络数据传输的成本。

附图说明

图1是本发明的行驶能耗数据获取装置结构示意图。

图2是本发明的充电桩终端的主机的软件流程图。

图3是本发明的车载终端的从机的软件流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图对本发明进行详细说明。 应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1如图1所示，本发明的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其构成有安装于充电桩（130）上充电桩控制器（135），其特征在于，还有车载终端(101)、充电桩终端(102)和数据中心(103)，车载终端(101)安装于电动汽车（120）上，充电桩终端（102）安装于充电桩（130）上，车载终端(101)和充电桩终端（102）分别通过CAN总线接口（109，111）与电动汽车充电接口CAN网络（110）相连接，充电桩终端（102）通过以太网模块（113）用以太网（114）与数据中心（103）连接；车载终端的第一单片机为从机，充电桩终端的第二单片为主机，主机和从机之间通过电动汽车充电接口CAN网络进行指令收发和数据传输；第二单片机和第一单片机分别存储和运行各自的软件；

所述的车载终端（101）包括分别与第一单片机（108）连接的温度传感器（104）、惯导（106）、GPS（105）、SD卡（107）和CAN总线接口（109）；所述的惯导为惯性导航的简称；

车载终端（101）通过GPS（105）获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，采样频率≥1Hz；在无GPS信号情况下，通过惯导（106）获取行驶信息；环境温度和机舱温度信息通过温度传感器（104）获取, 采用频率≥0.01Hz；车载终端（101）数据均存储于SD卡（107）中；

所述第一单片机（108）：(a)在车辆行驶过程中，通过SPI的方式与GPS（105）或惯导（106）进行通信，获取GPS（105）或惯导（106）采集到的车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，通信的频率≥1Hz；(b)在车辆行驶过程中，通过与温度传感器（104）进行通信，获取温度传感器（104）采集到的环境温度和机舱温度信息，以IIC的方式进行且通信的频率≥0.01Hz；(c)通过六线制的并行总线与SD卡（107）进行通信，完成对SD卡数据的写入、读取、删除操作；(d)通过车载终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络上的充电桩终端通信，实现指令收发以及数据传输；

所述的充电桩终端(102)包括顺次连接的CAN总线接口（111）、第二单片机（112）和以太网模块（113）；

充电桩终端（102）通过电动汽车充电接口CAN网络（110）从充电桩控制器（135）获取充电量信息，从车载终端（101）上的SD卡（107）中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块（113）用以太网（114）传送至数据中心（103），数据中心（103）将接收到的数据进行整理和存储；所述的数据中心（103）为车企、电网企业、第三方数据采集机构或政府机构的存储和采集数据的服务器；

所述的第二单片机（112）：(a)在数据传输过程中，通过充电桩终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络上的车载终端（101）以及充电桩控制器（135）通信，实现指令收发以及数据传输；（b）通过SPI的方式与以太网模块（113）进行通信，完成完整行驶能耗数据的上传；

所述的充电桩控制器（135）用于控制电动汽车充电及计量，连接于电动汽车充电接口CAN网络（110）；

第二单片机的软件流程图如图2所示。第一单片机的软件流程图如图3所示。

本发明的数据获取和传输过程如下：在车辆行驶过程中，车载终端采集车辆的位置、海拔、车速、环境温度及机舱温度信息，并存储到SD卡中。车辆接入充电桩充电时，首先确认车辆ID是否有效，所述的ID是否有效是通过充电桩终端在信息中心查询获取的，充电量信息必须存在关联性，若数据库中对ID车辆信息缺失，或存在故障，则无法进行信息关联，并不进行数据传输，即ID无效，则该车辆无法进行数据传输，若ID有效，开始将车载终端SD卡中存储的数据传输至充电桩终端。数据传输过程实时监测充电是否完成，若数据传输完成，电动汽车仍在充电，则等待充电完成后，清除SD卡中数据，并在充电桩终端记录此次充电量及充电时间，此次数据传输成功。若数据传输未完成情况下，已完成车辆充电，此时必须中断数据传输，将本次充电量及充电时间记录于车载终端SD卡上，用于下次充电时传输。此次数据传输失败。

例如：t0,t1，t2为某电动汽车相邻的充电时刻，若t1时刻数据传输成功，充电桩终端（102）通过电动汽车充电接口CAN网络（110）从充电桩控制器（135）获取充电量信息，从车载终端（101）上的SD卡（107）中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块（113）用以太网（114）传送至数据中心（103），数据中心（103）将接收到的数据进行整理和存储。

若t1时刻数据传输不成功，则t0到t1时间段的行驶数据及t1时刻的充电数据将仍保存在SD卡中，并在下次充电t2时刻，与t1到t2时间段的行驶数据及t2时刻的充电数据共同传输，数据获取传输过程。

若t2数据传输仍不成功，则t1到t2时间段的行驶数据及t2时刻的充电数据将继续保存在SD卡中，等待下次传输；以此类推。传输失败的次数可以通过SD卡中充电时刻保存的数量判断，由于一般情况下充电时间远大于数据传输时间，所以传输失败的可能性非常小，若传输失败次数超过2次，则可能系统出现问题，车载终端报警提示车主。

第二单片机的软件流程图如图2所示：

进行步骤200，开始；

进行步骤205，等待车辆接入充电桩；

进行步骤210，判断车辆是否接入充电桩，否，返回步骤205，继续等待车辆接入充电桩；是，进行步骤215，向从机发送车辆ID验证请求；

进行步骤220，接收并验证车辆ID；

进行步骤225，确认车辆ID是否有效，否，进行步骤2100，向从机发送ID验证失败信息；进而进行步骤2105，结束；是，进行步骤230，向从机发送ID验证成功信息；

进行步骤235，向从机发送数据传输请求；

进行步骤240，接收充电接口传输的CAN总线数据；

进行步骤245，判断数据是否接收完成，是，进行步骤255；否，进行步骤250，判断充电是否完成，否，返回步骤240，继续接收充电接口传输的CAN总线数据；是，进行步骤280；

进行步骤255，等待充电完成；

进行步骤260，判断充电是否完成，否，返回步骤255，继续等待充电完成；是，进行步骤265，向从机发送清除SD卡中数据指令；

进行步骤270，从充电桩获取本次充电时间及充电量信息；

进行步骤275，标记数据传输成功并将接收数据发送至数据中心；

进行步骤2105，结束。

进行步骤280，向从机发送中断数据传输请求；

进行步骤285，从充电桩获取本次充电时间及充电量信息；

进行步骤290，将本次充电信息发送给从机；

进行步骤295，标记数据传输失败；

进行步骤2105，结束。

第一单片机的软件流程图如图3所示：

进行步骤300，开始；

进行步骤305，判断车辆是否接入充电桩，是，进行步骤310；否，进行步骤395；

进行步骤310，等待接收到主机的ID验证请求；

进行步骤315，判断是否接收到主机的ID验证请求，否，返回步骤310，继续等待接收到主机的ID验证请求；是，进行步骤320，向主机发送车辆ID；

进行步骤325，判断主机对车辆ID验证是否通过，是，进行步骤330；否，进行步骤3135，结束。

进行步骤330，等待主机的数据传输请求；

进行步骤335，判断是否接收到主机的数据传输请求，否，返回步骤330，继续等待主机的数据传输请求；是，进行步骤340；

进行步骤340，读取SD卡数据并发送到充电接口CAN总线；

进行步骤345，判断全部数据是否传输完成，是，进行步骤355；否，进行步骤350，判断是否收到主机的中断数据传输请求，否，返回步骤340，继续读取SD卡数据并发送到充电接口CAN总线；是，进行步骤375；

进行步骤355，向主机发送数据传输完成标志；

进行步骤360，等待接收到主机清除SD卡数据指令；

进行步骤365，判断是否接收到主机清除SD卡数据指令，否，返回步骤360，继续等待接收到主机清除SD卡数据指令；是，进行步骤370，清除SD卡数据；

进行步骤3135，结束。

进行步骤375，停止数据传输；

进行步骤380，等待接收主机发送的充电信息；

进行步骤385，判断是否收到主机发送的充电信息，否，返回步骤380，继续等待接收主机发送的充电信息；是，进行步骤390，将充电信息存储到SD卡中；

进行步骤3135，结束。

进行步骤395，等待车辆钥匙门开启激活；

进行步骤3100，判断钥匙门是否处于激活开启状态，否，返回步骤395，继续等待车辆钥匙门开启激活；是，进行步骤3105；

进行步骤3105，读取GPS数据；

进行步骤3110，读取惯导数据；

进行步骤3115，读取温度数据；

进行步骤3120，将数据及当前时间储存于SD卡；

进行步骤3125，再次判断车辆是否接入充电桩，是，进入步骤310，等待接收到主机的ID验证请求；否，进入步骤3130，再次判断车辆钥匙门是否处于激活开启状态，是，返回步骤3105，继续读取GPS数据;否，进行步骤3135，结束。

Claims (6)

1.一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其构成有安装于充电桩（130）上充电桩控制器（135），其特征在于，还有车载终端(101)、充电桩终端(102)和数据中心(103)，车载终端(101)安装于电动汽车（120）上，充电桩终端（102）安装于充电桩（130）上，车载终端(101)和充电桩终端（102）分别通过CAN总线接口（109，111）与电动汽车充电接口CAN网络（110）相连接，充电桩终端（102）通过以太网模块（113）用以太网（114）与数据中心（103）连接；车载终端的第一单片机为从机，充电桩终端的第二单片为主机，主机和从机之间通过电动汽车充电接口CAN网络进行指令收发和数据传输；第二单片机和第一单片机分别存储和运行各自的软件；

所述的车载终端（101）包括分别与第一单片机（108）连接的温度传感器（104）、惯导（106）、GPS（105）、SD卡（107）和CAN总线接口（109）；所述的惯导为惯性导航的简称；

车载终端（101）通过GPS（105）获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息；在无GPS信号情况下，通过惯导（106）获取行驶信息；环境温度和机舱温度信息通过温度传感器（104）获取；车载终端（101）数据均存储于SD卡（107）中；

所述第一单片机（108）：(a)在车辆行驶过程中，通过SPI的方式与GPS（105）或惯导（106）进行通信，获取GPS（105）或惯导（106）采集到的车辆的位置、海拔和车速的行驶信息；(b)在车辆行驶过程中，通过与温度传感器（104）进行通信，获取温度传感器（104）采集到的环境温度和机舱温度信息；(c)通过六线制的并行总线与SD卡（107）进行通信，完成对SD卡数据的写入、读取、删除操作，(d)通过车载终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络上的充电桩终端通信，实现指令收发以及数据传输；

所述的充电桩终端(102)包括顺次连接的CAN总线接口（111）、第二单片机（112）和以太网模块（113）；

充电桩终端（102）通过电动汽车充电接口CAN网络（110）从充电桩控制器（135）获取充电量信息，从车载终端（101）上的SD卡（107）中获取车辆在之前行驶过程中保存的行驶信息，并将获取的数据通过以太网模块（113）用以太网（114）传送至数据中心（103），数据中心（103）将接收到的数据进行整理和存储；所述的数据中心（103）为车企、电网企业、第三方数据采集机构或政府机构的存储和采集数据的服务器；

所述的第二单片机（112）：(a)在数据传输过程中，通过充电桩终端的CAN总线，与同样挂载在电动汽车充电接口CAN网络（110）上的车载终端（101）以及充电桩控制器（135）通信，实现指令收发以及数据传输；（b）与以太网模块（113）进行通信，完成完整行驶能耗数据的上传；

所述的充电桩控制器（135）用于控制电动汽车充电及计量，连接于电动汽车充电接口CAN网络（110）。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其特征在于，所述的车载终端（101）通过GPS（105）获取车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，采样频率≥1Hz。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其特征在于，所述的环境温度和机舱温度信息通过温度传感器（104）获取,采用频率≥0.01Hz。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其特征在于，所述的第一单片机（108）获取GPS（105）或惯导（106）采集到的车辆的位置、海拔和车速的行驶信息，通信的频率≥1Hz。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其特征在于，所述第一单片机（108）通过与温度传感器（104）进行通信，获取温度传感器（104）采集到的环境温度和机舱温度信息，选择IIC的方式进行通信且通信的频率≥0.01Hz。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车行驶能耗数据获取装置，其特征在于，所述的第二单片机（112）与以太网模块（113）进行通信是通过SPI的方式。