CN112477601A - 电动汽车车载充电机黑匣子系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电动汽车车载充电机黑匣子系统和控制方法，其中电动汽车车载充电机黑匣子系统包括充电机本体、设置于充电机本体内的传感器、以及控制器，所述控制器包括充电机控制模块和黑匣子控制模块，所述控制器内的存储装置包括暂存器和主存器，所述暂存器用于实时存储充电机数据，主存器用于存储软件编码和充电机黑匣子数据，所述控制器通过传感器检测充电机是否发生黑匣子触发事件，在发生黑匣子触发事件时，存储充电机数据；本发明与车载充电机的MCU相集成，无需专门的黑匣子设备，可对充电机数据进行分类和存储，黑匣子数据读取与清除的软件机制可直接借助整车UDS实现；便于分析车载充电机和整车的工作情况，提高产品的可靠性。

Description

电动汽车车载充电机黑匣子系统和控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车车载充电机领域，尤其涉及电动汽车车载充电机黑匣子系统和控制方法。
背景技术
近年来，电动汽车因节约能源、充电方便和清洁环保等优点已成为汽车领域发展的重要方向。其中，车载充电机作为电动汽车的关键设备，可以实现利用外部输入的交流电为电动汽车储能电池充电，进而为整车供电的功能。国内外整车厂对车载充电机的研发及采购投入日益增加，电动汽车的发展为车载充电机的发展带来了新的机遇和挑战。
电动汽车车载充电机的安全性也得到了行业内的普遍关注。诊断在汽车领域的零部件研发、生产以及售后维修有着广泛的应用，当车载充电机发生故障停止充电时，我们希望可以获知故障时刻车载充电机的一些关键信息，例如充电电压电流、工作状态、温度等信息，通过借助诊断功能，可以实现部分信息的获取，但由于不同整车厂对诊断功能及充电机数据的具体要求不同，仅仅依靠整车厂的UDS协议不足以全面的了解车载充电机故障时刻的信息以及历史充电机数据统计，对后续问题的分析与定位无法提供比较全面的帮助。而研发车载充电机黑匣子功能，可以更好地面向车载充电机本身，所获取的充电机数据更具有通用性和可靠性，更有助于问题的分析与定位，对故障维修起到辅助作用。因此，针对电动汽车车载充电机，如何实现黑匣子功能以及提供有效的充电机数据管理方法是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种电动汽车车载充电机黑匣子系统和控制方法。
本发明采用的技术方案是一种电动汽车车载充电机黑匣子系统，包括充电机本体、设置于充电机本体内的传感器、以及控制器，所述控制器包括充电机控制模块和黑匣子控制模块，所述暂存器用于实时存储充电机数据，主存器用于存储软件编码和充电机黑匣子数据，所述控制器通过传感器检测充电机是否发生黑匣子触发事件，在发生黑匣子触发事件时，存储当时的充电机数据。
所述黑匣子触发事件为车载充电机由正常充电状态跳转到故障状态，故障状态为输入电压过高、输入电压过低、输出电压过高、输出电压过低、输入过流、输出过流、输出短路、温度过高故障中的一种或多种。
所述传感器采用电压传感器、电流传感器、温度传感器中的一种或多种。
所述控制器通过通信工具与黑匣子上位机交互，实现主存器中黑匣子数据的读取、解析、清除、保存。
所述充电机数据包括工作模式、输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流、输出功率、温度参数、故障标志位中的一种或多种。
所述暂存器采用RAM储存器，所述主存器采用Flash储存器。
本发明还设计一种电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，所述系统包括上述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，所述控制方法包括：用暂存器实时存储充电机数据，当检测到充电机发生黑匣子触发事件时，存储当时的充电机数据。
所述控制方法具体包括以下步骤：步骤10、充电机上电黑匣子初始化；步骤20、将历史已经存储在Flash存储器中的充电机数据更新到RAM存储器中；步骤30、实时更新与处理RAM存储器中的充电机数据；步骤40、充电机数据保存。
所述步骤30包括：步骤31、当检测到黑匣子触发事件时，将充电机数据存入RAM存储器；步骤32、对充电机数据进行分类。
所述步骤30还包括：未检测到黑匣子触发事件时，所述RAM存储器按设定的时间周期实时更新充电机数据。
所述步骤31包括：以发生所述黑匣子触发事件的时刻为基准时刻，将基准时刻、基准时刻之前T1时间段、以及基准时刻之后T2时间段的充电机数据存入RAM存储器。
所述步骤40包括：根据充电机数据种类和存储规则进行充电机数据存储。
所述暂存器和主存器中的充电机数据读取与清除的软件机制借助整车UDS诊断规范实现，黑匣子UDS数据读取和清除需要控制器先下发黑匣子使能命令方能执行。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明与车载充电机的MCU相集成，无需专门的黑匣子设备，当检测到黑匣子触发事件时，MCU首先获取与车载充电机工作相关的黑匣子充电机数据，然后对充电机数据进行分类和存储，黑匣子数据读取与清除的软件机制可直接借助整车UDS（Unified DiagnosticServices，统一诊断服务）实现，实际应用中可通过黑匣子上位机更方便直观的读取、解析、清除、保存黑匣子数据；便于分析车载充电机和整车的工作情况，提高产品的可靠性。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1为本发明控制器的结构示意图；
图2为本发明黑匣子软件主流程示意图；
图3为本发明黑匣子控制方法的流程示意图；
图4为充电机5种工作模式示意图；
图5为黑匣子数据分类功能模块结构示意图；
图6为Flash存储器分区的结构示意图；
图7为黑匣子数据读取和保存机制示意图；
图8为黑匣子UDS充电机数据读取和清除与整车UDS充电机数据读取和清除机制的差异对比图；
图9为UDS诊断报文的结构示意图；
图10为充电机与黑匣子上位机交互的结构示意图；
图11为本发明存储时序示意图。
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楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种电动汽车车载充电机黑匣子系统，其包括充电机本体、设置于充电机本体内的传感器、以及控制器，所述控制器包括充电机控制模块和黑匣子控制模块，所述暂存器用于实时存储充电机数据，主存器用于存储软件编码和充电机黑匣子数据，所述控制器通过传感器检测充电机是否发生黑匣子触发事件，在发生黑匣子触发事件时，存储当时的充电机数据。
图1示出了控制器（车载充电机MCU）的结构示意图，黑匣子功能的实现直接与车载充电机的MCU控制软件相集成，无需专门的黑匣子设备。具体特点为：
1、车载充电机MCU（101）同时包括充电机控制模块（MCU控制软件 1011）和黑匣子控制模块（黑匣子软件1012），即黑匣子功能的实现无需专门的黑匣子设备，具有经济性和易操作性；
2、车载充电机唤醒工作后即可开启黑匣子功能；
3、MCU控制软件包括采样、算法、逻辑、通讯、诊断等部分，黑匣子可直接获取相关信息，保证了数据来源的可靠性；
4、黑匣子软件在车载充电机MCU控制软件的主循环中周期调用，提高了数据的真实性和实时性。
需要说明的是，根据车载充电机设计的不同，其他如采用DSP软件和黑匣子软件集成等可想到的变化或替换形式，均应涵盖在本申请的保护范围之内。
所述黑匣子触发事件为车载充电机由正常充电状态跳转到故障状态，故障状态为输入电压过高、输入电压过低、输出电压过高、输出电压过低、输入过流、输出过流、输出短路、温度过高故障中的一种或多种。
所述传感器采用电压传感器、电流传感器、温度传感器中的一种或多种。
所述控制器通过通信工具与黑匣子上位机交互，实现主存器中黑匣子数据的读取、解析、清除、保存。
所述充电机数据包括工作模式、输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流、输出功率、温度参数、故障标志位中的一种或多种。
在较佳实施例中，所述暂存器采用RAM储存器，所述主存器采用Flash储存器。
本发明还公开了一种电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，所述系统包括上述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，所述控制方法包括：用暂存器实时存储充电机数据，当检测到充电机发生黑匣子触发事件时，存储当时的充电机数据。
在较佳实施例中，参看图2示出的黑匣子软件主流程示意图。所述控制方法具体包括以下步骤：步骤10、充电机上电黑匣子初始化；步骤20、将历史已经存储在Flash存储器中的充电机数据更新到RAM存储器中；步骤30、实时更新与处理RAM存储器中的充电机数据；步骤40、充电机数据保存。
在较佳实施例中，所述步骤20包括：将历史已经存储到Flash存储器中的充电机数据更新到RAM存储器中，后续充电机数据的更新与处理均在RAM存储器中进行。具体的，包括将历史已经存储到Flash的黑匣子有效数据更新到RAM区域中，一方面，保证黑匣子相关统计信息，如最大最小值等数据得到真实有效地计算；另一方面，后续黑匣子数据的更新与处理均在RAM中进行，可以加快数据处理操作时间。
如图3示出的较佳实施例，所述步骤30包括：步骤31、当检测到黑匣子触发事件时，将充电机数据存入RAM存储器；步骤32、对充电机数据进行分类。
在较佳实施例中，所述步骤30还包括：未检测到黑匣子触发事件时，所述RAM存储器按设定的时间周期实时更新充电机数据。
在较佳实施例中，所述步骤40包括：根据充电机数据种类和存储规则进行充电机数据存储。
需要指出，当检测到黑匣子触发事件时，MCU获取与车载充电机工作相关的黑匣子数据。具体特点为：由于黑匣子软件与车载充电机MCU控制软件直接集成，则黑匣子软件可以实时获取当前车载充电机的工作状态及相关信息，在车载充电机任意一种工作模式下，当检测到黑匣子触发事件时，捕获当前的黑匣子数据。其中，黑匣子触发事件表示车载充电机由正常充电状态跳转到故障状态。
正常充电状态模式（401）如图4所示，包括以下五种：
1、OBC（4011），即纯OBC（On-board charger，车载充电机）交流到直流转换模式；
2、OBC+DCDC（4012），即OBC模式时开DCDC（DC/ DC Converter，直流到直流转换）模式；
3、DCDC（4013），即纯DCDC模式；
4、INV（4014），即纯INV（Inverter，逆变器）直流到交流转换模式（针对不带DCDC的模块）；
5、DCDC+INV（4015），即DCDC时开INV模式。
需要指出，步骤32对充电机数据进行分类的具体实施中，
MCU根据黑匣子功能模块对黑匣子数据进行分类。黑匣子数据分类功能模块结构示意图如图5所示，黑匣子功能模块包括以下三类：
1. 数据快照。具体指车载充电机在所述的五种工作模式下，当前车载充电机由正常充电状态跳转到故障状态时的数据快照，例如工作模式、工作状态、电压、电流、温度等数据；
2. 五种工作模式数据统计。具体指所述的五种工作模式下的数据统计，例如电压、电流、温度等的最大最小值；
3. 其他信息统计。具体指车载充电机其他的信息统计，例如工作时间统计、充电量统计等。
值得说明的是，上述各种车载充电机工作模式、黑匣子功能模块、黑匣子数据包括但不限于上述描述，具体实施时可以根据不同需求或标准设置工作模式分类、黑匣子功能模块分类、黑匣子数据记录的内容。
所述步骤40中根据充电机数据种类和存储规则进行充电机数据存储，其中黑匣子数据存储规则包括以下两方面：
第一方面，将黑匣子数据存储于车载充电机MCU的Flash（601）中，无需专门的黑匣子存储设备。由于采用Flash存储，对Flash空间进行了分区，如图6所示，将MCU软件编码和黑匣子数据分别存在MCU软件编码区（6011）和黑匣子数据存储区（6012）中，严格区分，保证了功能的独立性，不会造成相互影响或损坏。采用Flash存储还具有按扇区操作、容量大、集成度高、读写延迟较低、能耗低、以及可靠性高等优点。
第二方面，黑匣子存储规则设有上电后时间确认、黑匣子数据读取和保存机制。设定上电后时间确认机制，是为了避免当反复插拔充电枪时，可能导致反复擦写Flash从而影响Flash寿命的问题。黑匣子数据读取和保存机制如图7所示，在车载充电机上电时进行黑匣子功能相关的初始化，然后将历史已经存储到Flash的黑匣子有效数据更新到RAM（Random Access Memory，随机存储器）区域中，后续黑匣子数据的更新与处理均在RAM中进行，最后在车载充电机进入休眠模式前，将RAM存储器中的黑匣子数据保存到Flash中，保证数据的有效保存。
参看图11示出的本发明较佳实施例存储时序示意图，所述步骤31包括：以发生所述黑匣子触发事件的时刻为基准时刻，将基准时刻、基准时刻之前T1时间段、以及基准时刻之后T2时间段的充电机数据存入RAM存储器。
在较佳实施例中，所述暂存器和主存器中的充电机数据读取与清除的软件机制借助整车UDS诊断规范实现，黑匣子UDS数据读取和清除需要控制器先下发黑匣子使能命令方能执行。包括以下四个方面：
第一方面，UDS诊断规范面向整车所有ECU（Electronic Control Unit，电控单元），具有规范性和普遍性，按所述的黑匣子功能模块分类的黑匣子数据，可直接借助整车UDS诊断规范，通过诊断服务，利用不同的诊断DID（Data Identifier，数据标识符）或清除指令数据参数实现读取和清除；
第二方面，黑匣子UDS通讯协议网络层遵循UDS诊断规范；
第三方面，黑匣子UDS数据读取和清除与整车UDS数据读取和清除机制也存在不同点，如图8所示，二者的区别在于整车UDS数据读取和清除可以通过直接下发整车UDS诊断命令实现；而黑匣子UDS数据读取和清除需要先下发黑匣子使能命令，再下发黑匣子UDS诊断命令，如果没有下发黑匣子使能命令直接下发黑匣子UDS诊断命令，则无法获得黑匣子信息，提高了黑匣子数据的安全性；
第四方面，黑匣子使能命令和黑匣子UDS诊断命令的下发均遵循CAN（ControllerArea Network，控制器局域网络）通讯规范。
上述黑匣子使能命令包括：使能命令报文ID（Identifier，标识符）、使能命令解锁、使能命令数据内容确认；
上述黑匣子UDS诊断命令包括：诊断报文ID、数据长度、诊断服务ID、诊断DID或清除指令数据参数。
此外，为了提高黑匣子数据读取与清除的安全性，防止误操作，黑匣子软件进行了如下约束：
所述黑匣子使能命令报文ID和整车CAN通信矩阵报文ID不冲突，所述黑匣子使能命令解锁、使能命令数据内容确认机制均与整车CAN通信矩阵不冲突；
所述黑匣子UDS诊断命令和整车UDS诊断命令不冲突，如图9所示，UDS诊断报文901包括：诊断报文ID 9011、诊断报文内容9012。诊断报文ID 9011、诊断报文内容9012中Byte0数据长度、Byte 1诊断服务ID，均与整车UDS协议一致。但读取或清除所述不同功能模块的黑匣子数据时，诊断DID或清除指令数据参数，即诊断报文内容9012中Byte 2—Byte n数据参数，与整车已有协议不一致。
值得说明的是，本发明遵循的通讯规范包括但不限于上述的CAN通讯规范，根据车载充电机及整车网络设计的不同，其他如采用LIN（Local Interconnect Network，局域互连网络）通讯、SCI（Serial Communications Interface，串行通信接口）通讯等可想到的变化或替换形式，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
控制器连接通信工具，实际应用中可通过黑匣子上位机更方便直观的读取、解析、清除、保存黑匣子数据。
本发明提供的一种电动汽车车载充电机与黑匣子上位机交互的结构示意图如图10所示，包括：车载充电机（1001）、CAN分析工具（1002）、黑匣子上位机（1003）。具体特点为：
1、利用CAN分析工具，如CANoe，将计算机与车载充电机相连，即可实现黑匣子上位机与车载充电机的交互；
2、黑匣子上位机支持不同CAN分析工具，提高了适用性；
3、黑匣子上位机界面简单易操作，通过点击即可实现车载充电机黑匣子数据的读取、清除；
4、黑匣子上位机自动将黑匣子数据进行解析，显示数据含义说明及单位，便于理解、分析；
5、黑匣子上位机具有数据一键保存功能，可以将黑匣子数据以不同的文件格式导出到计算机中，便于数据的保存以及后续问题的分析定位。
值得说明的是，图10提供的电动汽车车载充电机与黑匣子上位机交互方式，包括但不限于上述描述的CAN分析工具，具体实施时可以根据不同的车载充电机及整车网络通信方式，使用不同的通讯分析工具。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (13)

1.一种电动汽车车载充电机黑匣子系统，包括充电机本体、设置于充电机本体内的传感器、以及控制器，其特征在于，所述控制器包括充电机控制模块和黑匣子控制模块，所述控制器内的存储装置包括暂存器和主存器，所述暂存器用于实时存储充电机数据，主存器用于存储软件编码和充电机黑匣子数据，所述控制器通过传感器检测充电机是否发生黑匣子触发事件，在发生黑匣子触发事件时，存储当时的充电机数据。
2.如权利要求1所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，其特征在于，所述黑匣子触发事件为车载充电机由正常充电状态跳转到故障状态，故障状态为输入电压过高、输入电压过低、输出电压过高、输出电压过低、输入过流、输出过流、输出短路、温度过高故障中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，其特征在于，所述传感器采用电压传感器、电流传感器、温度传感器中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，其特征在于，所述控制器通过通信工具与黑匣子上位机交互，实现主存器中黑匣子数据的读取、解析、清除、保存。
5.如权利要求1所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，其特征在于，所述充电机数据包括工作模式、输入电压、输入电流、输入功率、输出电压、输出电流、输出功率、温度参数、故障标志位中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，其特征在于，所述暂存器采用RAM储存器，所述主存器采用Flash储存器。
7.一种电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述系统包括权利要求1至6任一项所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统，所述控制方法包括：用暂存器实时存储充电机数据，当检测到充电机发生黑匣子触发事件时，存储充电机数据。
8.如权利要求7所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤10、充电机上电黑匣子初始化；
步骤20、将历史已经存储在Flash存储器中的充电机数据更新到RAM存储器中；
步骤30、实时更新与处理RAM存储器中的充电机数据；
步骤40、充电机数据保存。
9.如权利要求8所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述步骤30包括：
步骤31、当检测到黑匣子触发事件时，将充电机数据存入RAM存储器；
步骤32、对充电机数据进行分类。
10.如权利要求9所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述步骤30还包括：未检测到黑匣子触发事件时，所述RAM存储器按设定的时间周期实时更新充电机数据。
11.如权利要求9所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述步骤31包括：以发生所述黑匣子触发事件的时刻为基准时刻，将基准时刻、基准时刻之前T1时间段、以及基准时刻之后T2时间段的充电机数据存入RAM存储器。
12.如权利要求8所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述步骤40包括：根据充电机数据种类和存储规则进行充电机数据存储。
13.如权利要求7所述的电动汽车车载充电机黑匣子系统控制方法，其特征在于，所述暂存器和主存器中的充电机数据读取与清除的软件机制借助整车UDS诊断规范实现，黑匣子UDS数据读取和清除需要控制器先下发黑匣子使能命令方能执行。
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