CN117284144B - 一种新能源电动汽车evcc通信模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开提供一种新能源电动汽车EVCC通信模组，包括：PP信号处理电路、CP信号处理电路、PLC处理电路、电源电路、第一微控制单元、第二微控制单元。本申请的EVCC通信模组可对CP信号及PP信号进行处理并进行逻辑判断，完成通信协议的转换，便于直接集成至新能源汽车内部的VCU、BMS、OBC控制器内进行使用。

Description

一种新能源电动汽车EVCC通信模组
技术领域
本发明涉及新能源电动汽车充电设备技术领域，尤其涉及一种新能源电动汽车EVCC通信模组。
背景技术
随着世界各国对环境保护、技术进步和能源安全重视程度的加深，消耗化石能源的内燃机在公路交通领域逐渐被其他能源的动力系统所取代，这也为以电动化为技术背景的新能源汽车行业发展带来了良机。
由于电动汽车需要专门的充电设施对其进行充电，因此国内标准组织、国外ISO和IEC工作组均已经就车辆和充电设施之间的接口进行了大量的标准化工作，但两者的软硬件接口并不兼容。目前若要使国产电动车可适应使用欧标、美标、日标等标准的充电设施，需对充电接口进行大幅改动，不仅改动操作流程复杂，提高成本，而且开发难度大。因此需要设计一种充电协议转换的硬件模块，可以集成至新能源汽车内部进行使用，且充电协议转换模块需要大量的信号数据的通信，通信时间的长短关系着用户充电体验，需要提高充电协议转换硬件内部的信号通信效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新能源电动汽车EVCC通信模组，以解决由于目前国产电动汽车与国外充电设施软硬件接口不兼容，导致需对充电接口进行大幅改动的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种新能源电动汽车EVCC通信模组，包括：
PP信号处理电路，用于采集PP信号并进行处理，同时对外输出WAKE_UP信号，所述WAKE_UP信号中包含有已插接充电枪的通知信息，处理后的部分PP信号输入第一微控单元，判断是否插入充电枪，WAKE_UP输出信号后，对汽车充电过程中电池管理系统进行激活，同时实现汽车暂停移动功能；
CP信号处理电路，用于采集CP信号并进行处理；
第一微控制单元，包括：插枪判断子单元、充电方式判断子单元；所述插枪判断子单元，用于获取所述PP信号处理电路处理后的信号，并判断充电枪是否正确插接，充电枪正确连接后引起充电电路的电阻值发生变化，进而激活充电机；所述充电方式判断子单元，用于获取所述CP信号处理电路处理后的信号并判断当前所需的充电方式，所述充电方式包括交流充电和直流充电。
进一步的，所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，还包括：PLC处理电路，用于采集CP信号中的部分信号并进行处理；第二微控制单元，用于接收所述PP信号处理电路处理后的控制信号，同时对外输出三路路用于对外通讯的串口信号。
进一步的，所述第二微控制单元接收PLC处理电路处理的CP信号，分析信号中的占空比信号，分析结果传递至第一微控制单元，当占空比信号满足慢充的范围，判断进行慢充充电，所述第一微控制单元输出CAN信号至充电管理系统，进一步接通电路，实现慢充充电，直至充电完成；当占空比信号满足快充的范围，判断进行快充充电，所述第一微控制单元输出CAN信号至充电管理系统，进一步接通电路，实现快充充电，直至充电完成；
进一步的，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元通过SPI和IIC通讯方式进行通信，且所述第一微控制单元用于接收所述CP信号处理电路处理后的控制信号以及所述PLC处理电路处理后的控制信号。
进一步的，所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，为了降低信号传递的数据量大小，进而提高信号通信效率，通过改进的低维处理算法，对信号进行压缩处理，构造测量矩阵，基于测量矩阵/>，/>对信号进行低维处理，测量矩阵表示为：/>其中/>分别表示为测量矩阵第1行第1列的元素值、测量矩阵第1行第n列的元素值、测量矩阵第i行第j列的元素值、测量矩阵第m行第1列的元素值、测量矩阵第m行第n列的元素值，其中各个元素值为随机变量，密度函数/>表示如下：/>其中q表示为各个元素值未知数，k表示为求和过程中的每一个数值，再将原始信号X进行稀疏性处理，所述原始信号表示为/>，其中/>分别表示为第1个、第2个、第i个、第n个一维信号，计算一维信号/>的稀疏系数/>，公式如下：/>其中/>表示一维信号/>的第i个元素，T表示一维信号的元素个数，/>表示稀疏系数的阶数，基于稀疏系数，将一维信号按照重大到小的顺序排列，进行稀疏处理，取前/>个元素，表示为在/>阶数下不大于/>的最大整数，其余元素置零，组成新的稀疏一维信号，表示为/>，对所有一维信号进行稀疏处理，形成新的稀疏信号/>，表示为表示为新的第1个、第2个、第n个稀疏信号，基于测量矩阵和稀疏信号，对信号进行低维处理，公式如下：/>其中/>表示低维信号，所述测量矩阵/>，将一维信号/>处理成有m个数值的一维信号，低维信号组成低维信号矩阵，/>，表示为/>，其中/>分别表示低维信号。本发明通过改进的信号压缩算法对信号进行压缩，构造观测矩阵用于对信号进行低维处理，在基于稀疏系数，利用顺序排列和置零处理的低维信号代替原始信号进行低维观测处理，本发明与传统压缩处理算法相比，能在保留原始信号重要信息和包含精确重构信号所需的重要信息的的情况下，进一步对信号进行压缩处理，提高数据的压缩率。
进一步的，所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，所述低维信号，基于稀疏字典，对低维信号进行重构，对测量矩阵进行正交化/>，表示为：/>其中/>分别表示矩阵/>的第1行第1列的元素值、第1行第n列的元素值、第m行第1列的元素值、第i行第j列的元素值、第m行第n列的元素值，利用小波变换函数，构造冗余字典/>，冗余字典中元素值计算公式如下：/>冗余字典/>表示为分别表示冗余字典中的各个列向量，冗余字典和测量矩阵构成稀疏字典/>，表示为：/>其中表示为测量矩阵的列向量，计算稀疏字典的重构系数向量/>，表示为，其中/>分别表示各个重构系数，重构系数计算公式如下：/>基于条件概率，得到原信号/>满足高斯分布如下：/> 表示方差， />表示期望，所述方差和期望表示为：/>其中/>表示转置，基于低维信号/>，计算可能性最大的原信号假设，进行信号重构
进行信号重构。本发明基于稀疏字典，对信号进行重构，正交化观测矩阵，利用小波算法构造冗余矩阵，通过冗余矩阵和观测矩阵共同构建稀疏字典，再利用稀疏字典的重构稀疏向量基于条件概率，得到原信号的高斯分布，对原信号进行重构，本发明相比于传统的信号重构，利用冗余矩阵和观测矩阵共同构建的稀疏字典进行信号重构，提高了信号重构的精确度。
进一步的，所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，还包括：电源电路，用于按照5V/1A和12V/100mA的电源输入要求，对模组各个电路芯片进行供电。
进一步的，所述PP信号处理电路包括：电容C43、电阻R30以及运算放大器AMP1，且电容C43为100nF，电阻R30为51K；当PP信号通过引脚从外界输入后，先通过由电容C43并联、电阻R30串联电路，再从运算放大器AMP1的正输入端输入，运算放大器AMP1的负输入端与输出端连接作为反馈信号，PP信号通过运算放大器AMP1的输出端输出后，传递至所述第一微控制单元进行逻辑判断处理。
进一步的，所述CP信号处理电路包括：电容C50、运算放大器AMP2、电容C51、电容C52、二极管D11，且电容C50为100pF，电容C51与电容C52为10uF；当CP信号输入至模组后，先通过电容C50，再从运算放大器AMP2的正输入端输入，运算放大器AMP2的负输入端和输出端连接形成反馈，处理后的CP信号自运算放大器AMP2的输出端输出，经过由电容C51、电容C52、电阻R52并联，再串联二极管D11组成一个防反向输出滤波电路，并传递至所述第一微控制单元进行逻辑判断处理。
进一步的，所述CP信号处理电路还包括：电阻R50、电阻R52，且电阻R50为1.3K，电阻R52为33K；处理后的CP信号自运算放大器AMP2的输出端输出，并经过由电容C51、电容C52、电阻R52并联，串联二极管D11，再由电阻R53、电阻R56串联与电容C53并联构成限流滤波输出电路。
本发明所带来的有益效果：本申请的EVCC通信模组可对CP信号及PP信号进行处理并进行逻辑判断，完成通信协议的转换，便于直接集成至新能源汽车内部的VCU、BMS、OBC控制器内进行使用。通过改进的低维处理算法，对EVCC通信模组中的信号进行低维压缩和重构，提高EVCC通信模组的数据信号传输效率。通过改进的信号压缩算法对信号进行压缩，构造观测矩阵用于对信号进行低维处理，在基于稀疏系数，利用顺序排列和置零处理的低维信号代替原始信号进行低维观测处理，本发明与传统压缩处理算法相比，能在保留原始信号重要信息和包含精确重构信号所需的重要信息的的情况下，进一步对信号进行压缩处理，提高数据的压缩率。基于稀疏字典，对信号进行重构，正交化观测矩阵，利用小波算法构造冗余矩阵，通过冗余矩阵和观测矩阵共同构建稀疏字典，再利用稀疏字典的重构稀疏向量基于条件概率，得到原信号的高斯分布，对原信号进行重构，本发明相比于传统的信号重构，利用冗余矩阵和观测矩阵共同构建的稀疏字典进行信号重构，提高了信号重构的精确度，较高的信号压缩率能在满足信号精确重构的条件下，进一步压缩信号，提高各模块之间的信号传输效率，降低数据传输的能耗。所述EVCC通信模组通过实现较低的数据传输，能够进一步缩小EVCC模组，能够更方便的集成至汽车内部进行使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1是本发明一种新能源电动汽车EVCC通信模组的结构框图；
图2是本发明PP信号处理电路的电路图；
图3是本发明CP信号处理电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，在一些说明性的实施例中，本发明提供一种新能源电动汽车EVCC通信模组，包括：PP信号处理电路1、CP信号处理电路2、PLC处理电路3、电源电路4、第一微控制单元MCU1、第二微控制单元MCU2。
具体的，PP信号处理电路1，用于采集PP信号并进行处理，其中，PP信号用于作为电动汽车充电枪是否正确插上的判断逻辑，PP信号处理电路1同时对外输出WAKE_UP信号，WAKE_UP信号中包含有已插接充电枪的通知信息，告知外围电路电动汽车是否插枪，以便做进一步处理。
具体的，如图2所示，PP信号处理电路包括：电容C43、电阻R30以及运算放大器AMP1，且电容C43为100nF，电阻R30为51K。电容C43并联、电阻R30串联后与运算放大器AMP1的正输入端连接，运算放大器AMP1的输出端与第一微控制单元MCU1连接。
具体的，当PP信号通过引脚从外界输入后，先通过由电容C43并联、电阻R30串联组成的电路，再从运算放大器AMP1的正输入端输入，运算放大器AMP1的负输入端与输出端连接作为运算放大器的反馈信号，PP信号通过运算放大器AMP1的输出端输出后，传递至第一微控制单元MCU1进行逻辑判断处理。
具体的，CP信号处理电路2，用于采集CP信号并进行处理，以便后续电路通过获取的CP信号判断电动汽车的充电方式，是交流充电还是直流充电。
具体的，如图3所示，CP信号处理电路2包括：电容C50、运算放大器AMP2、电容C51、电容C52、二极管D11、电阻R50、电阻R52。电容C50为100pF，电容C51与电容C52为10uF，电阻R50为1.3K，电阻R52为33K。
具体的，当CP信号输入至模组后，先通过电容C50，再从运算放大器AMP2的正输入端输入，运算放大器AMP2的负输入端和输出端连接形成反馈，处理后的CP信号自运算放大器AMP2的输出端输出，经过由电容C51、电容C52、电阻R52并联，串联二极管D11，再由电阻R53、电阻R56串联与电容C53并联构成限流滤波输出电路，并传递至第一微控制单元MCU1进行逻辑判断处理。
具体的，PLC处理电路3，用于采集CP信号中的部分信号并进行处理。CP信号中的部分信号是指可作为充电流程判断标准的信号。CP信号由外部输入后，先通过变压器进行电压转换，转换为RX信号和TX信号，同时起到安全隔离的作用，TX信号和RX信号经过电容和电感组成的电路进行滤波信号处理后，传递给第二微控制单元MCU2处理。
具体的，电源电路4，用于按照5V/1A和12V/100mA的电源输入要求，对模组各个电路芯片进行供电，即为PP信号处理电路1、CP信号处理电路2、PLC处理电路3、第一微控制单元MCU1与第二微控制单元MCU2进行供电，由电容和二极管组成的电路滤波和过电压、过电流保护等电路处理。
具体的，第一微控制单元MCU1，包括：插枪判断子单元、充电方式判断子单元。第一微控制单元MCU1与第二微控制单元MCU2通过SPI和IIC通讯方式进行通信，且第一微控制单元MCU1用于接收CP信号处理电路2处理后的控制信号以及PLC处理电路3处理后的控制信号。
具体的，插枪判断子单元，用于获取PP信号处理电路1处理后的信号，并依据处理后的信号判断充电枪是否正确插接。充电方式判断子单元，用于获取CP信号处理电路2处理后的信号并判断当前所需的充电方式，充电方式为交流充电或直流充电。
具体的，第二微控制单元MCU2，用于接收PP信号处理电路1处理后的控制信号，同时对外输出三路路用于对外通讯的串口信号。
具体的，所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，为了降低信号传递的数据量大小，进而提高信号通信效率，通过改进的低维处理算法，对信号进行压缩处理，构造测量矩阵，基于测量矩阵/>，/>对信号进行低维处理，测量矩阵表示为：/>其中/>分别表示为测量矩阵第1行第1列的元素值、测量矩阵第1行第n列的元素值、测量矩阵第i行第j列的元素值、测量矩阵第m行第1列的元素值、测量矩阵第m行第n列的元素值，其中各个元素值为随机变量，密度函数/>表示如下：/>其中q表示为各个元素值未知数，k表示为求和过程中的每一个数值，再将原始信号X进行稀疏性处理，所述原始信号表示为/>，其中/>分别表示为第1个、第2个、第i个、第n个一维信号，计算一维信号/>的稀疏系数/>，公式如下：其中/>表示一维信号/>的第i个元素，T表示一维信号的元素个数，/>表示稀疏系数的阶数，基于稀疏系数，将一维信号按照重大到小的顺序排列，进行稀疏处理，取前/>个元素，/>表示为在/>阶数下不大于/>的最大整数，其余元素置零，组成新的稀疏一维信号，表示为/>，对所有一维信号进行稀疏处理，形成新的稀疏信号/>，表示为/>表示为新的第1个、第2个、第n个稀疏信号，基于测量矩阵和稀疏信号，对信号进行低维处理，公式如下：其中/>表示低维信号，所述测量矩阵/>，将一维信号/>处理成有m个数值的一维信号，低维信号组成低维信号矩阵，/>，表示为/>，其中/>分别表示低维信号。
具体的，所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，基于稀疏字典，对低维信号进行重构，对测量矩阵进行正交化/>，表示为：其中/>分别表示矩阵/>的第1行第1列的元素值、第1行第n列的元素值、第m行第1列的元素值、第i行第j列的元素值、第m行第n列的元素值，利用小波变换函数，构造冗余字典/>，冗余字典中元素值/>计算公式如下：/>冗余字典/>表示为分别表示冗余字典中的各个列向量，冗余字典和测量矩阵构成稀疏字典/>，表示为：/>其中表示为测量矩阵的列向量，计算稀疏字典的重构系数向量/>，表示为，其中/>分别表示各个重构系数，重构系数计算公式如下：/>基于条件概率，得到原信号满足高斯分布如下：/> 表示方差，/>表示期望，所述方差和期望表示为：其中/>表示转置，基于低维信号/>，计算可能性最大的原信号假设，进行信号重构
本发明用于解决国产新能源电动汽车出口到国外市场，车辆充电软硬件接口不兼容的问题，目前市面上均采用EVCC产品级控制器独立的放置于汽车内部来实现出口汽车充电协议的问题，而本发明将EVCC控制功能由EVCC通信模组完成，便于集成至汽车VCU、BMS、OBC上，采用贴片方式即可安装，可以极大地减低成本、节省车内安装空间，实现集成化，小型化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，包括：
PP信号处理电路，用于采集PP信号并进行处理，同时对外输出WAKE_UP信号，所述WAKE_UP信号中包含有已插接充电枪的通知信息；
CP信号处理电路，用于采集CP信号并进行处理；
第一微控制单元，包括：插枪判断子单元、充电方式判断子单元；所述插枪判断子单元，用于获取所述PP信号处理电路处理后的信号，并判断充电枪是否正确插接；所述充电方式判断子单元，用于获取所述CP信号处理电路处理后的信号并判断当前所需的充电方式，所述充电方式包括交流充电、直流充电；
所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，通过改进的低维处理算法，对信号进行压缩处理，构造测量矩阵基于测量矩阵/>m＜n对信号进行低维处理，测量矩阵表示为：
其中q1,1、q1,n、qi,j、qm,1、qm,n分别表示为测量矩阵第1行第1列的元素值、测量矩阵第1行第n列的元素值、测量矩阵第i行第j列的元素值、测量矩阵第m行第1列的元素值、测量矩阵第m行第n列的元素值，其中各个元素值为随机变量，密度函数p(q)表示如下：
其中q表示为各个元素值未知数，k表示为求和过程中的每一个数值，再将原始信号X进行稀疏性处理，所述原始信号表示为X＝[x1,x2,…,xi,…,xn]，其中x1、x2、xi、xn分别表示为第1个、第2个、第i个、第n个一维信号，计算一维信号xi的稀疏系数公式如下：
其中xi,i表示一维信号xi的第i个元素，T表示一维信号的元素个数，ω表示稀疏系数的阶数，基于稀疏系数，将一维信号按照重大到小的顺序排列，进行稀疏处理，取前个元素，/>表示为在ω阶数下不大于/>的最大整数，其余元素置零，组成新的稀疏一维信号，表示为/>所述系数一维信号/>有n个数值，对所有一维信号进行稀疏处理，形成新的稀疏信号/>表示为/> 表示为新的第1个、第2个、第n个稀疏信号，基于测量矩阵和稀疏信号，对信号进行低维处理，公式如下：
其中yi表示低维信号，所述测量矩阵中m＜n，将一维信号/>处理成有m个数值的一维信号，低维信号组成低维信号矩阵Y，表示为Y＝[y1,y2,…,yi,…,yn]，其中y1、y2、yn分别表示低维信号。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，还包括：PLC处理电路，用于采集CP信号中的部分信号并进行处理；第二微控制单元，用于接收所述CP信号处理电路处理后的控制信号，同时对外输出三路路用于对外通讯的串口信号。
3.根据权利要求2所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元通过SPI和IIC通讯方式进行通信，且所述第一微控制单元用于接收所述CP信号处理电路处理后的控制信号以及所述PLC处理电路处理后的控制信号。
4.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，所述第一微控制单元与第二微控制单元之间的通信信号传递过程，所述低维信号，基于稀疏字典，对低维信号进行重构，对测量矩阵进行正交化/>表示为：
其中u1,1、u1,n、um,1、ui,j、um,n分别表示矩阵的第1行第1列的元素值、第1行第n列的元素值、第m行第1列的元素值、第i行第j列的元素值、第m行第n列的元素值，利用小波变换函数，构造冗余字典/>冗余字典中元素值u′i,j计算公式如下：
冗余字典表示为/> 分别表示冗余字典中的各个列向量，冗余字典和测量矩阵构成稀疏字典/>表示为：
其中表示为测量矩阵的列向量，计算稀疏字典的重构系数向量/>表示为/>其中λ1、λ2、λi、λn分别表示各个重构系数，重构系数计算公式如下：
基于条件概率，得到原信号xi满足高斯分布如下：
p(xi|yi；λi)＝N(μx,ζ,λi)
ζ表示方差，μx表示期望，所述方差和期望表示为：
其中表示转置，基于低维信号yi，计算可能性最大的原信号假设，进行信号重构。
5.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，还包括：电源电路，用于按照5V/1A和12V/100mA的电源输入要求，对模组各个电路芯片进行供电。
6.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，所述PP信号处理电路包括：电容C43、电阻R30以及运算放大器AMP1，且电容C43为100nF，电阻R30为51K；当PP信号通过引脚从外界输入后，先通过由电容C43并联、电阻R30串联电路，再从运算放大器AMP1的正输入端输入，运算放大器AMP1的负输入端与输出端连接作为反馈信号，PP信号通过运算放大器AMP1的输出端输出后，传递至所述第一微控制单元进行逻辑判断处理。
7.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，所述CP信号处理电路包括：电容C50、运算放大器AMP2、电容C51、电容C52、二极管D11，且电容C50为100pF，电容C51与电容C52为10uF；当CP信号输入至模组后，先通过电容C50，再从运算放大器AMP2的正输入端输入，运算放大器AMP2的负输入端和输出端连接形成反馈，处理后的CP信号自运算放大器AMP2的输出端输出，经过由电容C51、电容C52、电阻R52并联，再串联二极管D11组成一个防反向输出滤波电路，并传递至所述第一微控制单元进行逻辑判断处理。
8.根据权利要求5所述的一种新能源电动汽车EVCC通信模组，其特征在于，所述CP信号处理电路还包括：电阻R50、电阻R52，且电阻R50为1.3K，电阻R52为33K；处理后的CP信号自运算放大器AMP2的输出端输出，并经过由电容C51、电容C52、电阻R52并联，串联二极管D11，再由电阻R53、电阻R56串联与电容C53并联构成限流滤波输出电路。
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