CN113276720A - 一种基于bms报文监视的电动汽车安全充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，包括如下步骤：安全控制模块建立与BMS电池系统和充电桩控制模块的通信连接，并实时采集BMS电池系统和充电桩控制模块的通信报文；安全控制模块内部署有多个安全防护算法，多个安全防护算法对通信报文进行处理，以判定报文异常；安全控制模块判断是否存在至少一个安全防护算法异常；若是，则所述安全控制模块控制充电桩断开通电。还公开了包含此方法的充电系统，对通信报文进行监视进行二次安全保护，进一步提高了充电的安全性，利用BMS电池系统，在BMS电池系统异常的情况下，依然有效的保证充电安全。

Description

一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统和方法
技术领域
本发明涉及新能源充电技术领域，尤其涉及一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统和方法。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆，由于环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。目前，随着电动汽车行业的快速发展，充电安全问题愈发突出。电动汽车火灾事故中，在充电中发生自燃的占比较高。自燃的主要原因包括：电池产品测试验证不足、车辆使用过程中可靠性恶化、充电安全管理技术水平低下及电池系统热蔓延抑制技术水平有限。其中充电安全管理技术水平低下与充电桩有关。为了提高充电过程中的安全性， BMS电池管理系统被广泛应用到电动汽车中。但是,部分BMS厂商和充电机厂商未严格执行国标，导致在BMS失效或误工作情况下，无法及时停止充电。单纯依靠充电桩和BMS无法保证充电安全。目前充电安全管理技术存在以下不足：
1、部分BMS(电池管理系统)厂商和充电机厂商未严格执行GB/T 27930-2015 《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》。GB/T 38661-2020中要求的故障诊断基本项目共6项，分别是：电池温度大于温度设定值、单体电压大于电压设定值、单体电压小于电压设定值、单体一致性偏差大于设定条件、充电电流(功率)大于最大充电电流(功率)值、放电电流(功率)大于最大放电电流(功率)值。
2、直流充电未采用专用网络，与整车总线共用，导致充电网络上充斥大量充电无关数据，负载率高。
3、BMS充电管理未按照功能安全要求进行设计，在电压、电流检测失效情况下，无法有效避免过充。
4、充电机未建立与BMS有效的充电配合与功能校验，在BMS失效或误工作情况下，无法及时停止充电。
上述缺陷使电动汽车在充电时容易发生过充等问题导致损坏或自燃。如何提高电动汽车充电过程中的安全性，成为有待解决的问题。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，以解决现在存在的电动汽车在充电中容易由于BMS电池系统控制缺陷发生自燃或损坏的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、安全控制模块建立与BMS电池系统和充电桩控制模块的通信连接，并实时采集BMS电池系统和充电桩控制模块的通信报文；
步骤2、所述安全控制模块内部署有多个安全防护算法，多个安全防护算法对通信报文进行处理，以判定报文异常；
步骤3、所述安全控制模块判断是否存在至少一个安全防护算法异常；
步骤4、若是，则所述安全控制模块控制充电桩断开通电。
进一步来说，所述步骤2中安全防护算法为5种，包括所述安全控制模块内的阈值R1与充电机状态报文的电压输出值和电池充电总状态报文的电压测量值偏差值A1进行比较，当A1大于R1时，则判定报文异常；所述安全控制模块内的阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较，当A2大于R2时，则判定报文异常；所述安全控制模块对SOC、最大需求电流、最大需求电压、单体最高电压、单体最高温度数值与设定的范围进行比较，当超出设定范围时，则判定报文异常；所述安全控制模块对电池充电总状态报文的最高单体动力蓄电池电压V1与电池充电参数报文的单体电池最高允许充电电压V1max进行比较，当V1大于V1max时，则判定报文异常；所述安全控制模块对电池充电总状态报文的电压测量值V2与电池充电参数报文的的最高允许充电总电压V2max进行比较，当V2大于V2max时，则判定报文异常。，
进一步来说，所述步骤4中，所述安全控制模块首先通知充电桩的充电桩控制器停止充电，若充电桩未动作，则断开充电桩的直流输出接触器，停止充电。
进一步来说，所述安全控制模块通过RS485总线通知充电桩控制器停止充电，并通过控制线控制直流输出接触器动作。
进一步来说，所述安全控制模块通过CAN总线与BMS电池系统通信连接。
本发明的有益效果在于：增设安全控制模块，安全控制模块实时采集BMS 电池系统采集的通信报文，并对报文进行解析，期内部署有个安全防护算法，任一算法异常时，即判定充电异常，断开充电桩进行保护。在设置有BMS电池系统的前提下，对通信报文进行监视进行二次安全保护，进一步提高了充电的安全性，利用BMS电池系统，在BMS电池系统异常的情况下，依然有效的保证充电安全。
本发明还提供一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，以解决现在存在的电动汽车在充电中容易由于BMS电池系统控制缺陷发生自燃或损坏的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，包括车载电池和为车载电池进行充电的充电桩，所述车载电池还通信连接有位于电动汽车内的BMS电池系统，其特征在于：所述充电桩包括充电桩控制模块、安全控制模块和直流输出接触器，所述安全控制模块通过CAN线与BMS电池系统通信连接，所述安全控制模块实时采集BMS电池系统的通信报文，并对通信报文进行解析；所述安全控制模块通过RS485总线与充电桩控制模块通信连接并通过控制线控制直流输出接触器动作，当所述安全控制模块检测到通信报文异常时，控制充电桩断开充电。
进一步来说，所述安全控制模块包括CAN总线接口、数据处理单元、存储单元和以太网通讯单元，所述CAN总线接口用于连接CAN总线，所述数据处理单元用于接收BMS电池系统的通信报文并对报文信息进行处理，所述数据处理单元内部署有多个对报文信息进行处理的安全防护算法，所述存储单元用于存储通信报文并通过以太网通讯单元传输至位于外部的处理器。
进一步来说，所述安全防护算法中出现至少一个异常时，则安全控制模块控制充电桩断开充电。
进一步来说，所述安全控制模块首先通过RS485总线通知充电桩的充电桩控制器停止充电，若充电桩未动作，则通过控制线断开充电桩的直流输出接触器，停止充电。
附图说明
图1为本发明实施例一的流程图；
图2为本发明实施例二的结构框图。
图中：
100、充电桩；200、电动汽车；1、BMS电池系统；2、充电桩控制模块、3、安全控制模块；4、直流输出接触器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
参见附图1所示，本发明的一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，包括如下步骤：
步骤1、安全控制模块3建立与BMS电池系统1和充电桩控制模块2的通信连接，并实时采集BMS电池系统1的通信报文。安全控制模块3和充电桩控制模块2设置在充电桩100内，BMS电池系统1设置在电动汽车200内，安全控制模块3通过CAN总线和BMS电池系统1和充电桩控制模块2通信连接，用于收集BMS电池系统1和充电桩控制模块2采集的通信报文。
按照GB/T 27930-2015《电动汽车200非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》的要求，电动汽车200在充电过程中与充电桩100实时通信，并根据报文内容执行相应的动作。
通信报文分为5类：
1、低压辅助上电及充电握手阶段报文。双方发送辨识报文，确定电池和充电桩100的必要信息。
2、充电参数配置阶段报文。充电桩100向BMS电池系统1发送充电桩100 最大输出能力报文，BMS电池系统1根据充电桩100最大输出能力判断是否能够进行充电。
3、充电阶段报文。在整个充电阶段，BMS电池系统1实时向充电桩100发送电池充电需求，充电桩100根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过程中，充电桩100和BMS电池系统1相互发送各自的充电状态。
除此之外，BMS电池系统1根据要求向充电桩100发送动力蓄电池具体状态信息及电压、温度等信息。BMS电池系统1根据充电过程是否正常、电池状态是否达到BMS自身设定的充电结束条件以及是否收到充电桩100中止充电报文来判断是否结束充电；充电桩100根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到BMS电池系统1中止充电报文来判断是否结束充电。
4、充电结束阶段报文。在此阶段BMS电池系统1向充电桩100发送整个充电过程中的充电统计数据，包括：初始SOC、终了SOC、电池最低电压和最高电压；充电桩100收到BMS的充电统计数据后，向BMS电池系统1发送整个充电过程中的输出电量、累计充电时间等信息，最后停止低压辅助电压的输出。
5、错误报文。在整个充电阶段，当BMS电池系统1或充电桩100检测到存在错误时，发送错误报文。
在充电过程中，充电桩100和车辆BMS电池系统1通过解析通信报文控制充电过程。国标对充电流程有详细规定。正常情况下，充电过程按国标流程进行，充电桩100或BMS电池系统1出现异常时能够结束充电。
步骤2、安全控制模块3内部署有多个安全防护算法，多个安全防护算法对通信报文进行处理，以判定报文异常。增设的安全控制模块3，再次根据BMS电池系统1采集的通信报文进行计算，通过多个安全防护算法进行多方位的安全计算。
安全防护算法为5种，包括安全控制模块3内的阈值R1与充电机状态报文的电压输出值和电池充电总状态报文的电压测量值偏差值A1进行比较，当A1 大于R1时，则判定报文异常。安全控制模块3内的阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较，当A2大于 R2时，则判定报文异常；安全控制模块3对SOC、最大需求电流、最大需求电压、单体最高电压、单体最高温度数值与设定的范围进行比较，当超出设定范围时，则判定报文异常；安全控制模块3对电池充电总状态报文的最高单体动力蓄电池电压V1与电池充电参数报文的单体电池最高允许充电电压V1max进行比较，当V1大于V1max时，则判定报文异常；安全控制模块3对电池充电总状态报文的电压测量值V2与电池充电参数报文的的最高允许充电总电压V2max进行比较，当V2大于V2max时，则判定报文异常。
步骤3、安全控制模块3判断是否存在至少一个安全防护算法异常。
步骤4、若是，则安全控制模块3控制充电桩100断开通电。安全防护算法实时及计算，若在充电过程中，直至完成充电。
安全控制模块3首先通知充电桩100的充电桩100控制器停止充电，若充电桩100未动作，则断开充电桩100的直流输出接触器4，停止充电。
安全控制模块3通过RS485总线通知充电桩100控制器停止充电，并通过控制线控制直流输出接触器4动作。安全控制模块3通过CAN总线与BMS电池系统1通信连接。
当充电电流大于最大充电电流值时，正常状态下车辆BMS电池系统1可以检测到充电电流大于预设值，进行断电保护。但是当电流测量回路出现故障时，检测电流偏离真实值，BMS电池系统1不能实现安全防护。此时安全控制模块3 将发挥二次安全保护的作用，利用上述算法中阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较，其原理是充电桩100测量到的电流值与BMS电池系统1测量到的电流值进行比较，偏差大于预设值即认为测量回路存在问题，进行断电。
安全控制模块3内的阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较。
实施例2
参见附图2所示，一种基于BMS报文监视的电动汽车200安全充电系统，包括车载电池和为车载电池进行充电的充电桩100，车载电池还通信连接有位于电动汽车200内的BMS电池系统1。充电桩100包括充电桩控制模块2、安全控制模块3和直流输出接触器4，安全控制模块3通过CAN线与BMS电池系统1通信连接，安全控制模块3实时采集BMS电池系统1的通信报文，并对通信报文进行解析。安全控制模块3通过RS485总线与充电桩控制模块2通信连接并通过控制线控制直流输出接触器4动作，当安全控制模块3检测到通信报文异常时，控制充电桩100断开充电。
安全控制模块3包括CAN总线接口、数据处理单元、存储单元和以太网通讯单元，CAN总线接口用于连接CAN总线，数据处理单元用于接收BMS电池系统 1的通信报文并对报文信息进行处理，数据处理单元内部署有多个对报文信息进行处理的安全防护算法，存储单元用于存储通信报文并通过以太网通讯单元传输至位于外部的处理器。
安全防护算法中出现至少一个异常时，则安全控制模块3控制充电桩100 断开充电。安全防护算法为5种，包括安全控制模块3内的阈值R1与充电机状态报文的电压输出值和电池充电总状态报文的电压测量值偏差值A1进行比较，当A1大于R1时，则判定报文异常；安全控制模块3内的阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较，当A2 大于R2时，则判定报文异常；安全控制模块3对SOC、最大需求电流、最大需求电压、单体最高电压、单体最高温度数值与设定的范围进行比较，当超出设定范围时，则判定报文异常；安全控制模块3对电池充电总状态报文的最高单体动力蓄电池电压V1与电池充电参数报文的单体电池最高允许充电电压V1max 进行比较，当V1大于V1max时，则判定报文异常；安全控制模块3对电池充电总状态报文的电压测量值V2与电池充电参数报文的的最高允许充电总电压 V2max进行比较，当V2大于V2max时，则判定报文异常。
安全控制模块3首先通过RS485总线通知充电桩100的充电桩100控制器停止充电，若充电桩100未动作，则通过控制线断开充电桩100的直流输出接触器4，停止充电。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、安全控制模块建立与BMS电池系统和充电桩控制模块的通信连接，并实时采集BMS电池系统和充电桩控制模块的通信报文；
步骤2、所述安全控制模块内部署有多个安全防护算法，多个安全防护算法对通信报文进行处理，以判定报文异常；
步骤3、所述安全控制模块判断是否存在至少一个安全防护算法异常；
步骤4、若是，则所述安全控制模块控制充电桩断开充电。
2.根据权利要求1所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：所述步骤2中安全防护算法为5种，包括所述安全控制模块内的阈值R1与充电机状态报文的电压输出值和电池充电总状态报文的电压测量值偏差值A1进行比较，当A1大于R1时，则判定报文异常；所述安全控制模块内的阈值R2与充电机状态报文的电流输出值与电池充电总状态报文的电流测量值偏差值进行比较，当A2大于R2时，则判定报文异常；所述安全控制模块对SOC、最大需求电流、最大需求电压、单体最高电压、单体最高温度数值与设定的范围进行比较，当超出设定范围时，则判定报文异常；所述安全控制模块对电池充电总状态报文的最高单体动力蓄电池电压V1与电池充电参数报文的单体电池最高允许充电电压V1max进行比较，当V1大于V1max时，则判定报文异常；所述安全控制模块对电池充电总状态报文的电压测量值V2与电池充电参数报文的的最高允许充电总电压V2max进行比较，当V2大于V2max时，则判定报文异常。
3.根据权利要求1所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：所述步骤4中，所述安全控制模块首先通知充电桩的充电桩控制器停止充电，若充电桩未动作，则断开充电桩的直流输出接触器，停止充电。
4.根据权利要求3所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：所述安全控制模块通过RS485总线通知充电桩控制器停止充电，并通过控制线控制直流输出接触器动作。
5.根据权利要求1所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电方法，其特征在于：所述安全控制模块通过CAN总线与BMS电池系统通信连接。
6.一种基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，包括车载电池和为车载电池进行充电的充电桩，所述车载电池还通信连接有位于电动汽车内的BMS电池系统，其特征在于：所述充电桩包括充电桩控制模块、安全控制模块和直流输出接触器，所述安全控制模块通过CAN线与BMS电池系统通信连接，所述安全控制模块实时采集BMS电池系统的通信报文，并对通信报文进行解析；所述安全控制模块通过RS485总线与充电桩控制模块通信连接并通过控制线控制直流输出接触器动作，当所述安全控制模块检测到通信报文异常时，控制充电桩断开充电。
7.根据权利要求5所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，其特征在于：所述安全控制模块包括CAN总线接口、数据处理单元、存储单元和以太网通讯单元，所述CAN总线接口用于连接CAN总线，所述数据处理单元用于接收BMS电池系统的通信报文并对报文信息进行处理，所述数据处理单元内部署有多个对报文信息进行处理的安全防护算法，所述存储单元用于存储通信报文并通过以太网通讯单元传输至位于外部的处理器。
8.根据权利要求7所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，其特征在于：所述安全防护算法中出现至少一个异常时，则安全控制模块控制充电桩断开充电。
9.根据权利要求6所述的基于BMS报文监视的电动汽车安全充电系统，其特征在于：所述安全控制模块首先通过RS485总线通知充电桩的充电桩控制器停止充电，若充电桩未动作，则通过控制线断开充电桩的直流输出接触器，停止充电。
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