CN115284963A - 一种车载控制器和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载控制器和车辆。车载控制器包括换电控制模块和协议转换模块；换电控制模块用于向换电站发送第一指令，其中，第一指令包括车辆对应的换电上箱体型号，并接收换电站发送的第二指令，换电控制模块用于接收到第二指令后控制换电插销解锁以使换电站控制机械臂取下车辆上的待更换的换电上箱体，并装上新的换电上箱体；换电控制模块还用于在新的换电上箱体安装后控制换电插销闭锁；其中，换电上箱体包括电池控制单元；协议转换模块用于当车辆的整车控制器的通讯协议与新的换电上箱体的电池控制单元的通讯协议不匹配时，进行协议转换使整车控制器与电池控制单元进行通讯。本发明实现换电车辆与换电站之间通讯，保证换电过程顺利完成。
Description
技术领域
本发明实施例涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种车载控制器和车辆。
背景技术
随着新能源技术的发展，很多新能源换电站直接使用充满电的换电上箱体对换电式纯电动半挂牵引车电量即将耗尽的换电上箱体进行更换，以减少换电式纯电动半挂牵引车的充电时间，换电站与换电式纯电动牵半挂引车之间的信息交互成为换电式纯电动半挂牵引车能否正常运行的关键。
目前市场主流的重卡车辆的换电上箱体的通讯协议均一致，但整车控制器通讯协议多种多样，当整车控制器的通讯协议与换电上箱体不匹配时，车辆是无法换电的，即使换上新的电池，由于电池控制单元无法与整车控制器通讯，车辆也无法使用。
发明内容
本发明提供一种车载控制器和车辆，以实现换电车辆与换电站之间的信息通讯，保证换电过程的顺利完成。
根据本发明的一方面，提供了一种车载控制器，该车载控制器包括：换电控制模块和协议转换模块；
所述换电控制模块用于向换电站发送第一指令，其中，所述第一指令包括车辆对应的换电上箱体型号，并接收所述换电站发送的第二指令，所述换电控制模块用于接收到所述第二指令后控制换电插销解锁以使所述换电站控制机械臂取下车辆上的待更换的换电上箱体，并装上新的换电上箱体；所述换电控制模块还用于在所述新的换电上箱体安装后控制所述换电插销闭锁；
其中，所述换电上箱体包括动力电池、电池控制单元以及电池水冷机组控制单元；
所述协议转换模块用于当车辆的整车控制器的通讯协议与新的换电上箱体的电池控制单元的通讯协议不匹配时，进行协议转换使所述整车控制器与所述电池控制单元进行通讯。
可选地，所述协议转换模块还用于接收所述整车控制器的报文或信号，按照预设规则对所述报文或信号进行整体整合或拆分整合，并通过目标网络发送给所述电池控制单元。
可选地，所述换电控制模块还用于实时采集所述换电插销的状态，当所述换电插销状态改变时，将所述换电插销的当前状态发送给所述电池控制单元作为是否允许换电的依据。
可选地，所述换电控制模块还用于实时采集车辆的换电连接器的温度，当所述换电连接器温度超过预设温度时，将所述换电连接器的当前温度发送给所述电池控制单元，使所述电池控制单元报警。
可选地，所述协议转换模块还用于将整车控制器的诊断协议转换为符合统一诊断服务标准的诊断协议，以实现整车控制器与电池控制单元之间的故障诊断，并将转换后的指定故障码进行存储。
可选地，所述协议转换模块还用于接收唤醒信号并对所述车载控制器进行休眠唤醒，所述唤醒信号包括钥匙门ON挡信号、充电桩充电A+信号和CAN唤醒信号。
可选地，车载控制器还包括：非金属外壳上盖、电源模块、主板、非金属外壳底座和低压通讯插接器；
所述电源模块为所述主板、所述换电控制模块和所述协议转换模块供电，所述主板用于连接所述换电控制模块和所述协议转换模块；所述非金属外壳上盖和所述非金属外壳底座用于保护所述主板、所述换电控制模块和所述协议转换模块；所述低压通讯插接器的公端与整车通讯线束连接，所述低压通讯插接器的母端与所述换电控制模块连接。
可选地，所述非金属外壳底座包括四个固定连接孔，所述固定连接孔与换电式纯电动半挂牵引车换电下托架连接，所述换电式纯电动半挂牵引车换电下托架通过螺栓连接固定到换电式纯电动半挂牵引车车架纵梁上。
可选地，所述换电控制模块还用于根据当前车辆行驶的方向和路径信息，寻找最优的换电站并向该所述换电站发送换电请求。
根据本发明的另一方面，还提供了一种车辆，包括本发明任意实施例所提供的车载控制器。
本实施例的技术方案，通过设置换电控制模块和协议转换模块，使得车载控制器兼有换电控制功能和协议转换功能，解决了现有技术中整车控制器与电池控制单元的通讯协议不匹配，车辆换电后无法正常工作的问题，极大的提高了换电式纯电动牵引车换电适用范围和活动半径，可以在不同换电站进行换电操作，车载控制器与换电站之间进行信息通讯有效可靠；可以通过协议转换使得整车控制器与电池控制单元的通讯协议匹配，从而保证整车控制器与电池控制单元之间的正常通讯。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的示意图；
图2是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的正面示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的背面示意图；
图4是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的侧面示意图；
图5是根据本发明实施例提供的又一种车载控制器的侧面示意图；
图6是根据本发明实施例提供的一种车载控制器在车辆上的装配图；
图7是根据本发明实施例提供的又一种车载控制器在车辆上的装配图；
图8是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的网络拓扑图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明实施例提供的一种车载控制器的示意图，本实施例可适用于换电式纯电动半挂牵引车与换电站之间进行信息交互的情况，参考图1，车载控制器1包括：换电控制模块10和协议转换模块20；换电控制模块10用于向换电站发送第一指令，其中，所述第一指令包括车辆对应的换电上箱体型号，并接收换电站发送的第二指令，换电控制模块10用于接收到第二指令后控制换电插销解锁以使换电站控制机械臂取下车辆上的待更换的换电上箱体，并装上新的换电上箱体；换电控制模块10还用于在新的换电上箱体安装完成后控制换电插销闭锁；其中，换电上箱体包括动力电池、电池控制单元以及电池水冷机组控制单元；
协议转换模块20用于当车辆的整车控制器的通讯协议与新的换电上箱体的电池控制单元的通讯协议不匹配时，进行协议转换使整车控制器与电池控制单元进行通讯。
具体的，换电控制模块10与换电站之间距离较短时可以采用WIFI或者蓝牙的方式进行通讯；距离较远时可以采用4G或者5G的方式进行通讯。可选地，换电控制模块10还用于根据当前车辆行驶的方向和路径信息，寻找最优的换电站并向该换电站发送换电请求。
当车辆到换电站进行换电操作时，换电控制模块10通过WIFI与换电站进行通讯，换电控制模块10向换电站发送第一指令，换电站接收到第一指令后在车辆到达换电站之前准备好与车辆型号相匹配的充满电的换电上箱体，并向换电控制模块10发送第二指令进行反馈，表示已经做好换电准备，可以随时进行换电操作，换电控制模块10接收到第二指令后控制车辆上的液压结构操作换电插销，换电插销解锁开始换电；换电站控制站内机械臂取下车辆上的待更换的换电上箱体，给车辆装上充满电的新的换电上箱体。换电完成后换电控制模块10通过液压机构控制换电插销闭锁，完成整个换电动作，车辆驶离换电站继续行驶。
当整车控制器的通讯协议与新的换电上箱体的电池控制单元的通讯协议不匹配时，协议转换模块20具有网关和翻译器的功能，可以对电池控制单元和电池水冷机组控制单元的相关报文信息进行协议转换，并将转换后的信息转发到整车控制器，同时接受整车控制器下发的报文信息和指令，并转换后发送到电池控制单元和电池水冷机组控制单元，从而保证整车控制器与电池控制单元之间的信息交互。
本实施例的技术方案，通过设置换电控制模块和协议转换模块，使得车载控制器兼有换电控制功能和协议转换功能，解决了现有技术中整车控制器与电池控制单元的通讯协议不匹配，车辆换电后无法正常工作的问题，极大的提高了换电式纯电动牵引车换电适用范围和活动半径，可以在不同换电站进行换电操作，车载控制器与换电站之间进行信息通讯有效可靠；可以通过协议转换使得整车控制器与电池控制单元的通讯协议匹配，从而保证整车控制器与电池控制单元之间的正常通讯。
可选地，协议转换模块还用于接收整车控制器的报文或信号，按照预设规则对报文或信号进行整合或拆分整合，并通过目标网络发送给电池控制单元。
具体的，协议转换模块实时接收整车控制器的报文或信号，按照约定协议进行转化，转化为目标网络可识别的报文或信号，进行整合或拆分整合后发送给电池控制单元。
示例性的，可以按照J1939协议转化。报文或信号包括车速信号、高压继电器控制信号、车辆VIN、换电系统状态信号、换电连接器温度检测信号、驻车制动开关信号、动力电池电压、动力电池电流、动力电池剩余电量、动力电池系统状态、动力电池充电请求、动力电池充电状态、动力电池脉冲充电可用功率、动力电池脉冲放电可用功率、动力电池最高温度、动力电池最低温度、动力电池单体或蓄电池模块最高电压、动力电池单体或蓄电池模块最低电压、动力电池单体或蓄电池模块最高电压所在编号、动力电池单体或蓄电池模块最低电压所在编号、最高温度探针单体代号、最低温度探针单体代号、电池SOH、主负继电器断开请求、主负继电器状态、充电插头连接状态、充电正继电器状态、充电负继电器状态、动力电池单体电压、动力电池检测点温度、最高电压电池子系统号、最低电压电池子系统号、最高温度子系统号、最低温度子系统号、可充电储能子系统个数、可充电储能子系统号、单体电池总数、可充电储能温度探针个数、电池控制单元发送DM1故障码、可充电储能系统编码长度、琥珀色报警灯状态、红色停止灯状态、SPN、FMI、绝缘阻值、绝缘监测仪系统状态、绝缘监测仪报警等。
可选地，换电控制模块还用于实时采集换电插销的状态，当换电插销状态改变时，将换电插销的当前状态发送给电池控制单元作为是否允许换电的依据。
具体的，当车辆正常行驶、驻车时，换电控制模块作为网关发送电池控制单元和电池水冷机组控制单元相关报文到整车CAN总线；换电控制模块持续检测换电插销的状态，当换电插销状态发生变化时，通过CAN协议将换电插销的当前状态上报给电池控制单元。电池控制单元根据换电插销的当前状态判断是否满足换电条件，若换电插销的当前状态为解锁时，可以进行换电操作；若换电插销的当前状态为未解锁时，则不能进行换电操作。当换电完成后，换电插销必须闭锁，车辆方可开动；若更换完换电上箱体后换电插销未闭锁，车辆无法开动。
换电控制模块还用于将车辆数据上传给平台，支持自身OTA远程升级和远程故障诊断，其故障诊断功能包含电压异常诊断、节点异常诊断、BUS OFF诊断等。
可选地，换电控制模块还用于实时采集车辆的换电连接器的温度，当换电连接器温度超过预设温度时，将换电连接器的当前温度发送给电池控制单元，使电池控制单元报警。
具体的，车辆的换电连接器包括两部分，第一部分位于换电上箱体，第二部分位于车辆的下托架，换电连接器上有高低压线束，高压电和通讯信号都通过高低压线束进行传输。换电控制模块可以对换电连接器的温度进行实时监控，当换电连接器温度出现异常时，通过电池控制单元进行报警，提醒用户及时处理，避免故障的发生，全面加强换电的可靠性。
可选地，协议转换模块还用于根据指定诊断规范将整车控制器的诊断协议转换为符合统一诊断服务标准的诊断协议，以实现整车控制器与电池控制单元之间的故障诊断，并将转换后的指定故障码进行存储。
具体的，协议转换模块具有诊断协议转换的功能，根据指定诊断规范将不同整车控制器的诊断协议转换为符合统一诊断服务标准的诊断协议，便于整车控制器与电池控制单元之间的故障诊断，还可以将转换后的指定故障码进行存储。协议转换模块还可以通过指定诊断CAN网络进行应用程序在线刷写。
当车辆出现故障需进行故障诊断时，协议转换模块通过其诊断CAN网络发送故障诊断报文、电压异常诊断报文、节点异常诊断报文和BUS OFF诊断报文，支持车辆快速完成故障诊断和处理。
可选地，协议转换模块还用于接收唤醒信号并对车载控制器进行休眠唤醒，唤醒信号包括钥匙门ON挡信号、充电桩充电A+信号和CAN唤醒信号。
具体的，车载控制器长时间不工作会进入休眠状态，需要协议转换模块对其进行唤醒。协议转换模块接收到钥匙门ON挡信号、充电桩充电A+信号和CAN唤醒信号中的至少一种即可唤醒车载控制器。
需要说明的是协议转换模块还具有Bootloader功能，可以通过CAN总线等方式，对整车控制器的软件版本进行在线/离线优化调校。
图2是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的正面示意图，图3是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的背面示意图，图4是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的侧面示意图，图5是根据本发明实施例提供的又一种车载控制器的侧面示意图，参考图2、图3、图4和图5，可选地，车载控制器还包括：非金属外壳上盖30、电源模块40、主板50、非金属外壳底座60和低压通讯插接器70；电源模块40为主板50、换电控制模块10和协议转换模块20供电，主板50用于连接换电控制模块10和协议转换模块20；非金属外壳上盖30和非金属外壳底60座用于保护主板50、换电控制模块10和协议转换模块20；低压通讯插接器70的公端与整车通讯线束连接，低压通讯插接器70的母端与换电控制模块10连接。
具体的，低压通讯插接器70的公端与整车通讯线束连接，母端与换电控制模块10连接，从而实现换电控制模块10与整车进行通讯。低压通讯插接器的管脚定义如表1所示：
表1
图6是根据本发明实施例提供的一种车载控制器在车辆上的装配图，图7是根据本发明实施例提供的又一种车载控制器在车辆上的装配图，参考图3、图6和图7，可选地，非金属外壳底座60包括四个固定连接孔601，固定连接孔601与换电式纯电动半挂牵引车换电下托架2连接，换电式纯电动半挂牵引车换电下托架2通过螺栓连接固定到换电式纯电动半挂牵引车车架纵梁3上。
具体的，车载控制器的防护等级为IP67，不需外部加装防护装置。车载控制器安装在换电式纯电动半挂牵引车上，可以与换电站之间进行信息交互。车载控制器实时将车辆数据信息上传到车辆数据中心和国家监控平台。车载控制器具备数据上传功能，国标监控数据上传车载控制器与TSP后台的协议结构以TCP/IP网络控制协议作为底层通信承载协议；通过CAN总线的数据上传依据平台下发的时间进行上传。
图8是根据本发明实施例提供的一种车载控制器的网络拓扑图，参考图8，车载控制器包括3路CAN总线通讯，第一路CAN总线与整车通讯，兼具网关和翻译器功能，可以转换及转发电池控制单元和电池水冷机组控制单元相关报文信息到整车CAN，同时接受整车控制器的报文信息和指令；第二路CAN总线是内部CAN，主要与电池控制单和电池水冷机组控制单元通讯，接收电池控制单元和电池水冷机组控制单元的报文信息并转发；第三路CAN总线是诊断CAN，上位机进行故障诊断时收发送诊断报文及诊断指令。车载控制器还可以与换电站进行远程通讯。
车载控制器的功能信息及机械性能信息参数如下表2所示：
表2
| 项目 | 标准依据 |
| 沿电源线的电瞬态传导抗扰度 | GB/T 32960.2 |
| 耦合电瞬态发射抗扰度 | GB/T 32960.2 |
| 辐射抗扰度 | GB/T 32960.2 |
| 静电放电抗扰度 | GB/T 32960.2 |
| 辐射发射和传导发射 | GB/T 32960.2 |
| 工作电压范围 | GB/T 32960.2 |
| 平均工作电流 | ≤150mA |
| 休眠静态电流 | ≤5mA，可标定 |
| 高/低电平状态 | 高电平：≥14V；低电平：≤2V |
| 过电压 | GB/T 32960.2 |
| 电压缓降和缓升 | GB/T 32960.2 |
| 启动时间 | GB/T 32960.2 |
| 反向电压 | GB/T 32960.2 |
| 存储温度范围 | -40℃-+85℃ |
| 工作温度范围 | -40℃-+70℃ |
| 振动 | GB/T 32960.2 |
| 机械冲击 | GB/T 32960.2 |
| 低温存储 | GB/T 32960.2 |
| 低温工作 | GB/T 32960.2 |
| 高温存储 | GB/T 32960.2 |
| 高温工作 | GB/T 32960.2 |
| 温度梯度 | GB/T 32960.2 |
| 湿热循环 | GB/T 32960.2 |
| 防尘防水 | GB/T 32960.2 |
表2示出了车载控制器在沿电源线的电瞬态传导抗扰度、耦合电瞬态发射抗扰度、辐射抗扰度、静电放电抗扰度、辐射发射和传导发射、工作电压范围、过电压、电压缓降和缓升、启动时间、反向电压、振动、机械冲击、低温存储、低温工作、高温存储、高温工作、温度梯度、湿热循环、防尘防水方面需符合的标准法规，平均工作电流、休眠静态电流、高/低电平状态、存储温度范围和工作温度范围等设计参数。
本发明实施例还提供一种车辆，包括上述实施例所提供的车载控制器。例如，车辆可以为换电式纯电动半挂牵引车。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车载控制器，其特征在于，包括：换电控制模块和协议转换模块；
所述换电控制模块用于向换电站发送第一指令，其中，所述第一指令包括车辆对应的换电上箱体型号，并接收所述换电站发送的第二指令，所述换电控制模块用于接收到所述第二指令后控制换电插销解锁以使所述换电站控制机械臂取下车辆上的待更换的换电上箱体，并装上新的换电上箱体；所述换电控制模块还用于在所述新的换电上箱体安装后控制所述换电插销闭锁；
其中，所述换电上箱体包括动力电池、电池控制单元以及电池水冷机组控制单元；
所述协议转换模块用于当车辆的整车控制器的通讯协议与新的换电上箱体的电池控制单元的通讯协议不匹配时，进行协议转换使所述整车控制器与所述电池控制单元进行通讯。
2.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述协议转换模块还用于接收所述整车控制器的报文或信号，按照预设规则对所述报文或信号进行整合或拆分整合，并通过目标网络发送给所述电池控制单元。
3.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述换电控制模块还用于实时采集所述换电插销的状态，当所述换电插销状态改变时，将所述换电插销的当前状态发送给所述电池控制单元作为是否允许换电的依据。
4.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述换电控制模块还用于实时采集车辆的换电连接器的温度，当所述换电连接器温度超过预设温度时，将所述换电连接器的当前温度发送给所述电池控制单元，使所述电池控制单元报警。
5.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述协议转换模块还用于将整车控制器的诊断协议转换为符合统一诊断服务标准的诊断协议，以实现整车控制器与电池控制单元之间的故障诊断，并将转换后的指定故障码进行存储。
6.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述协议转换模块还用于接收唤醒信号并对所述车载控制器进行休眠唤醒，所述唤醒信号包括钥匙门ON挡信号、充电桩充电A+信号和CAN唤醒信号。
7.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，还包括：非金属外壳上盖、电源模块、主板、非金属外壳底座和低压通讯插接器；
所述电源模块为所述主板、所述换电控制模块和所述协议转换模块供电，所述主板用于连接所述换电控制模块和所述协议转换模块；所述非金属外壳上盖和所述非金属外壳底座用于保护所述主板、所述换电控制模块和所述协议转换模块；所述低压通讯插接器的公端与整车通讯线束连接，所述低压通讯插接器的母端与所述换电控制模块连接。
8.根据权利要求7所述的车载控制器，其特征在于，所述非金属外壳底座包括四个固定连接孔，所述固定连接孔与换电式纯电动半挂牵引车换电下托架连接，所述换电式纯电动半挂牵引车换电下托架通过螺栓连接固定到换电式纯电动半挂牵引车车架纵梁上。
9.根据权利要求1所述的车载控制器，其特征在于，所述换电控制模块还用于根据当前车辆行驶的方向和路径信息，寻找最优的换电站并向该所述换电站发送换电请求。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的车载控制器。
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