用于触发电动车辆与充电站之间的高级通信的计算机实施的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于触发电动车辆与充电站之间的高级通信的计算机实施的方法和控制装置。电动车辆包括控制单元，该控制单元用于充电站与电动车辆之间的高级通信以及用于充电站与电动车辆之间的低级通信。

背景技术

基本通信用于检测充电站与电动车辆之间的连接以及执行电动车辆与充电站之间的基本信令。高级通信用于控制电动车辆的充电过程。在ISO和IEC 61851标准文档中也解释了基本信令和高级通信。电动车辆与充电站之间的基本信令以及高级通信需要不同的资源。高级通信需要较高的通信资源，这可能引起较高的功率/电流消耗，并且低级通信涉及需要较低的功率/电流消耗的基本信令。

控制电动车辆与充电站之间的通信的标准控制单元具有一个微控制器，该微控制器控制充电站与电动车辆之间的高级通信和低级通信。具有一个微控制器的这种控制单元在电动车辆的充电过程期间以及同样在电动车辆的正常操作期间(当电动车辆与充电站之间没有建立连接时)具有相对高的功率/电流消耗。在后一种情况下，控制单元总是被启用，只是为了捕获来自充电站或电动车辆到充电站的连接的信号以便开始电动车辆的充电过程。即使当电动车辆与充电站之间没有建立连接时，对电动车辆的控制单元的这种持续启用也会导致控制单元仅为了检测电动车辆到充电站的连接所造成的非常高的功率消耗和电流消耗。

发明内容

因此，本公开的目的是产生一种计算机实施的方法和控制装置，其减少了电动车辆的能量消耗和/或提高了电动车辆的效率。

该目的通过包括独立权利要求的特征的计算机实施的方法以及通过用于执行根据独立权利要求的计算机实施的方法的控制装置来实现。在独立权利要求中指定了该方法和控制装置的有利实施例。

指定了一种用于触发电动车辆与充电站之间的高级通信的计算机实施的方法。电动车辆包括控制单元，该控制单元具有第一微控制器和第二微控制器，第一微控制器用于充电站与电动车辆之间的高级通信，第二微控制器用于充电站与电动车辆之间的基本通信。根据本公开，控制单元包括两个微控制器，每个微控制器具有其特定的任务。第一微控制器具有用于高级通信的任务，并且第二微控制器具有用于基本通信的任务。用于触发电动车辆与充电站之间的高级通信的方法包括以下步骤：

-仅操作控制单元的第二微控制器以便检测来自电动车辆到充电站的可能连接的唤醒信号并保持第一微控制器停用。换句话说，在电动车辆的正常操作期间，例如在行驶或停止期间，第一微控制器停用且不需要任何电能，并且仅第二微控制器在操作中以便检测来自电动车辆到充电站的可能连接的可能的唤醒信号。唤醒信号是自电动车辆到充电站的连接所触发的信号，或者是当将充电站的插头插入到电动车辆中以进行充电时直接来自充电站的信号。在电动车辆的正常操作期间，仅第二微控制器需要能量来检测唤醒信号。

-将电动车辆连接到充电站，借此至少一个唤醒信号被发送到控制单元。在该步骤中，电动车辆连接到充电站以对电动车辆再充电。由于该连接所致，唤醒信号被发送至控制单元以开始控制单元与充电站之间的通信，从而管理电动车辆的充电过程。

-利用第二微控制器检测到来自电动车辆到充电站的连接的唤醒信号。在该步骤中，第二微控制器检测到唤醒信号，该唤醒信号本身直接来自电动车辆到充电站的连接或者来自充电站。第二微控制器被设计成检测来自电动车辆到充电站的连接的唤醒信号。

-当检测到唤醒信号时，启用第一微控制器以便进行电动车辆与充电站之间的高级通信。换句话说，当第二微控制器检测到来自电动车辆到充电站的连接的唤醒信号时，于是例如使用第二微控制器来启用第一微控制器，以便进行电动车辆到充电站之间所需的高级通信，从而起始对电动车辆的再充电过程。

根据本公开，对于充电过程而言，高级通信和低级通信的任务在控制单元的第一微控制器与第二微控制器之间是分开的。第一微控制器负责需要高功率消耗的高级通信，并且第二微控制器负责充电站与电动车辆之间的不需要高能量消耗的基本通信。因此，有可能除了电动车辆的实际充电过程之外对于电动车辆的大部分操作时间保持第一微控制器停用。这可仅使用第二微控制器实现，该第二微控制器监测唤醒信号是来自电动车辆到充电站的连接还是直接来自充电站。因此，可以在电动车辆的使用寿命上降低控制单元的总功率消耗，这因此增加了电动车辆的行驶里程并提高了电动车辆的总效率。根据一个实施例，可构想的是，微控制器从另一控制单元接收唤醒信号，该控制单元预测例如来自规划再充电过程的导航系统的未来充电过程。

根据一个实施例，第二微控制器使用轮询序列来操作以便检测来自电动车辆到充电站的连接的唤醒信号。轮询是控制单元等待外部装置来检查其准备度或状态的过程。在该实施例中，轮询序列用于检测唤醒信号。对于轮询序列，第二微控制器也并不总是被启用。第二微控制器仅在轮询序列启用第二微控制器时才被启用。因此，通过使用轮询序列来检测来自电动车辆的连接的唤醒信号，同样可以进一步降低第二微控制器的功率消耗，从而提高控制单元的总效率并因此提高电动车辆的总效率。因此，用于检测唤醒信号的轮询序列有助于实现控制单元的所期望的效率。

根据一个实施例，轮询序列和唤醒信号的长度彼此适应，以便每个唤醒信号被第二微控制器检测到。唤醒信号具有预先限定的长度，该预先限定的长度为例如100毫秒或200毫秒。轮询序列包括高点(highs)和低点(lows)，并且当轮询序列的高点和唤醒信号同时出现时该唤醒信号才将由第二微控制器检测到。因此，轮询序列短于唤醒信号的长度是必要的。换句话说，轮询序列的高点与低点之间的时间必须小于唤醒信号的总长度。在这种情况下，出现了轮询序列的至少一个高点，其检测到来自电动车辆与充电站之间的连接的唤醒信号的存在。因此，根据该实施例，检测来自电动车辆与充电站之间的连接的每个唤醒信号是简单且可靠的。进一步地，对轮询序列和唤醒信号的长度的适应产生了与第二微控制器的低功率消耗相结合的一种检测到每一个唤醒信号的可靠且有效的方法。

根据一个实施例，轮询序列包括快速轮询序列和/或慢速轮询序列。根据该实施例，轮询序列可以是快速轮询序列、慢速轮询序列、或者快速轮询序列和慢速轮询序列的组合。快速轮询序列与慢速轮询序列之间的差异在于，快速轮询序列具有比慢速轮询序列更高的频率。例如，快速轮询序列可具有是慢速轮询序列的五倍的频率。根据一个实施例，快速轮询序列用于检测快速唤醒信号(比如，按钮、挡板或开关)，并且慢速轮询序列用于检测慢速唤醒信号/源(比如，ADC输入和来自充电站的控制导频信号)。

根据一个实施例，使用第二微控制器上的PWM信号来实施每个轮询序列。PWM信号是具有恒定的周期时间的脉宽调制信号。慢速轮询序列的周期例如是快速轮询序列的周期的五倍。PWM信号特别容易在第二微控制器上实施并实现所期望的优点以便检测唤醒信号。因此，它是一种在第二微控制器上实施所需的检测功能的简单且易行的方式，以便可靠地检测到来自电动车辆与充电站之间的连接的唤醒信号。

根据一个实施例，快速轮询序列被设计成捕获数字输入的状态，并且慢速轮询序列被设计成监测来自充电站的PWM信号和/或来自充电站的ADC输入信号。数字输入指代构成由快速轮询序列监测的快速唤醒源的开关和挡板。控制导频信号(PWM信号)和ADC用于基本信令，并且由慢速轮询序列进行监测。通信标准仅提及控制导频和ADC，快速轮询源例如是附加要求，这将确保充电器插头成功连接到充电站。这可以基于要求进行使用，因为实施方式是通用的，使得可以检测到所有可能的唤醒源。根据一个实施例，控制导频信号确定连接状态、可用于充电的电压和在AC充电的情况下的充电状态，在DC充电的情况下，它产生恒定占空比的脉冲，这指示充电过程必须切换到高级通信。以这样的方式实施指定的设计，使得具有不同的快速唤醒信号和慢速唤醒信号的不同类型的连接器可以由相同的软件识别，可以以最少的更新重复用于多个车辆。

根据一个实施例，通过启用第一微控制器的电源经由第二微控制器来启用第一微控制器，借此第一微控制器被唤醒以便进行电动车辆与充电站之间的高级通信。根据该实施例，第一微控制器或控制单元包括用于第一微控制器的电源。对第一微控制器的该电源的启用启用了第一微控制器以便进行电动车辆与充电站之间的所期望的高级通信。根据该实施例，第二微控制器只是为了启用第一微控制器才启用第一微控制器的电源。由此，根据该实施例，在检测到来自电动车辆与充电站之间的连接的唤醒信号之后启用第一微控制器是特别简单且可靠的。

根据一个实施例，第二微控制器在检测到唤醒信号之后切换到传输模式，其中，在该传输模式中，来自电动车辆到充电站的连接的数据和/或来自和去往充电站的高级通信数据经由第二微控制器传输到第一微控制器以及从第一微控制器传输。在传输模式中，第二微控制器仅将来自充电站的数据转移到第一微控制器以及将来自第一微控制器的数据转移到充电站。这减少了所需的布线并降低了控制单元的整体复杂性。

根据一个实施例，第二微控制器在快速和慢速轮询期间记录唤醒信号。如果数据与唤醒事件一致，则第一微控制器的唤醒完成。在第一微控制器被唤醒之后，按照要求，来自第二微控制器的唤醒记录被发送到第一微控制器。根据该实施例，在第一微控制器启用之后，数据被收集在第二微控制器内并被发送到第一微控制器。

根据一个实施例，第一微控制器与第二微控制器之间的通信是从第一微控制器到第二微控制器的同步至异步通信(synchronous to asynchronous communication)。通信呈请求响应格式。请求是从第一微控制器发送的，并且响应是从第二微控制器发送的。用于通信的整个持续时间的时钟参考由第一微控制器给出。所实施的软件支持两种类型的格式，一种格式包括16字节格式(16个时钟脉冲)，且第二种类型格式包括24字节格式(24个时钟脉冲)。特定类型格式的使用取决于从第二微控制器请求的功能。第二种类型格式主要用于需要超过8字节响应的响应。那些格式类型(类型1和类型2)将8字节用于请求且将其余8或16字节用于响应，这减少了第二微控制器上的通信负荷。请求与响应之间的空闲时间大于第二微控制器执行请求和收集响应的数据所需的最大时间。这是为了确保在第二个时钟脉冲序列开始之前准备好正确的响应。第二微控制器在启动期间默认处于接收模式，并且只有当将要发送对来自第一微控制器的请求的响应时才切换到传输模式。因此，利用以上设计，得以以特别有利的方式管理第一微控制器与第二微控制器之间的同步至同步通信。

根据本公开，在所有不同类型连接器之间，比如电动车辆与充电站之间的类型1(IEC 62196类型1)、类型2(IEC 62196类型2)、CHAdeMO、Chaoji、China AC和ChinaDC连接器，有可能检测电动车辆与充电站之间的连接并触发控制单元与充电站之间的高级通信。

根据一个实施例，唤醒信号作为PWM信号是来自电动车辆与充电站之间的连接，也称为来自充电站的控制导频。控制导频可在AC和DC充电两者中使用。在AC充电中，它用于将充电站的状态确定为标准IEC 61851-1中限定的状态。在DC充电中，它也可用于强制进行高级通信。

控制单元的整体设计与充电站和软件设计相结合，确保了在电动车辆的整体操作期间(包括在充电过程期间)控制单元的非常低的能量/电流消耗，且进一步地，它确保了对所有外围设备的单独控制。

根据本公开的进一步方面，指定了一种用于触发电动车辆与充电站之间的高级通信的控制装置。该控制装置例如是电动车辆的一部分，其中，电动车辆包括控制单元，该控制单元具有第一微控制器和第二微控制器，第一微控制器用于充电站与电动车辆之间的高级通信，第二微控制器用于充电站与电动车辆之间的基本通信，其中，控制装置被设计成执行根据前述权利要求中任一项所述的计算机实施的方法。控制装置可以是控制单元或第二微控制器本身。还可构想的是，控制装置是电动车辆的控制装置的一部分或者是电动车辆的传动系的控制装置的一部分。还可构想的是，控制装置被实施在电动车辆的服务器架构中。

本公开的进一步有利的实施例将从结合附图对示例性实施例的详细描述中变得显而易见。

附图说明

在附图中：

图1以示意性方式示出了根据第一示例性实施例的电动车辆的控制单元的设置，

图2以示意性方式示出了根据第一示例性实施例的第一微控制器与第二微控制器之间的通信设置，

图3以示意性方式示出了根据第一示例性实施例的快速轮询序列和慢速轮询序列。

具体实施方式

图1以示意性方式示出了电动车辆10中的控制单元100。图1进一步示出了用于给电动车辆10再充电的充电站20。控制单元100包括第一微控制器110和第二微控制器120。第一微控制器110被设计成执行充电站20与电动车辆10之间的高级通信。第二微控制器120被设计成执行充电站20与电动车辆10之间的基本通信。控制单元100进一步包括第一电源130和第二电源140。第一电源130被设计成为第一微控制器110提供电能，并且第二电源140被设计成为第二微控制器120提供电能。第一微控制器110到第二微控制器120使用同步通信150至异步通信160。该同步通信150至异步通信160也在图1中示出。

对于同步通信150至异步通信160，时钟脉冲190从第一微控制器110被提供到第二微控制器120，并且数据信号180在第一微控制器110与第二微控制器120之间被传输。图1进一步示出了从第二微控制器120到第一电源130的唤醒线路170。进一步地，图1示出了从第一微控制器110到第二微控制器120的重置线路200，该重置线路被设计成对第二微控制器120进行重置。进一步地，图1示出了第二微控制器120与充电站20之间的模拟/数字线路210。在电动车辆10和控制单元100的正常操作期间，第一微控制器110停用并因此处于待机模式。在这种情况下，第一电源130不将电力供应给第一微控制器110。在该时间期间，仅第二微控制器120被启用，并且第二电源140将电能提供给第二微控制器120。当电动车辆10连接到充电站20时，唤醒信号通过模拟/数字线路210被发送到第二微控制器120。该唤醒信号由第二微控制器120检测到。第二微控制器120可使用轮询序列，该轮询序列可包括用于检测来自电动车辆10与充电站20之间的连接的唤醒信号的快速轮询序列和慢速轮询序列。当由第二微控制器120检测到唤醒信号时，由第二微控制器120经由唤醒线路170启用第一电源130的电力。对第一电源130的启用启用了第一微控制器110，并且第一微控制器110与充电站20之间的高级通信可被启用或者可开始。第二微控制器120可在轮询期间存储所有唤醒源的状态，并且当由第一微控制器110基于接收到的信息通过同步通信150至异步通信160请求唤醒源的状态时，第一微控制器110可启用高级通信。

图2示出了第一微控制器110与第二微控制器120的通信之间的通信图300。第一微控制器110使用同步通信150，并且第二微控制器120使用异步通信160。图2的通信图300示出了从第一微控制器110到第二微控制器120的请求以及从第二微控制器120到第一微控制器110的响应。在请求期间，第一微控制器110处于传输模式，并且第二微控制器120处于接收模式。第一微控制器110通过数据线路180将时钟脉冲190发送到第二微控制器120并使用8字节将请求发送到第二微控制器120。在请求期间，第二微控制器处于接收模式。在响应中，仍然是，第一微控制器110通过数据线路180将时钟脉冲190发送到第二微控制器120，但是第二微控制器120取决于类型1通信或类型2通信而使用8或16字节将响应发送到第一微控制器110。在响应期间，第二微控制器120处于传输模式，并且第一微控制器110处于接收模式。

图3示出了具有快速轮询序列410和慢速轮询序列420的序列图400。在第二微控制器120内使用和实施轮询序列410、420，以检测来自充电站20或来自电动车辆10到充电站20的连接的唤醒信号。序列图400进一步示出了时间轴430。根据该实施例，用于检测唤醒信号的轮询序列包括快速轮询序列410和慢速轮询序列420。快速轮询序列410和慢速轮询序列420两者都是在第二微控制器120中实施的PWM信号。第一轮询序列410的整周期(即，小循环460)由第一时间跨度T1、第二时间跨度T2和第三时间跨度T3组成。那三个时间跨度构成了小循环460。第一轮询序列410的脉冲由第一时间跨度T1加上第二时间跨度T2来限定。慢速轮询序列420的周期包括四个小循环460和一个第一时间跨度T1、一个第二时间跨度T2、一个第四时间跨度T4、一个第五时间跨度T5和一个第二时间跨度T6、以及另外的一个第三时间跨度T3减去第四时间跨度T4、第五时间跨度T5和第六时间跨度T6这三者的组合。五个小循环460构成了整命令循环470，该命令循环包括快速轮询序列410的五个脉冲和慢速轮询序列420的一个脉冲。在时间段T3期间，控制单元100不能检测唤醒信号，只有在限定快速轮询序列410的PWM信号的脉冲的活动时间段T1和T2期间才能检测唤醒信号。为了检测到每个唤醒信号，唤醒信号长度必须长于时间跨度T3。例如，如果唤醒信号具有200ms的长度，则时间跨度T3具有例如120ms的长度。在这种情况下，每一个唤醒信号传递由快速轮询序列410的时间跨度T1和T2限定的至少一个脉冲，这允许第二微控制器120检测到唤醒信号并因此触发高级通信。根据该实施例，快速轮询序列410读取数字信号，并且慢速轮询序列420读取来自充电站20的模拟信号。快速轮询序列410能够捕获所有快速唤醒源(比如，开关、挡板和按钮)，并且慢速轮询序列420用于监测用于基本信令的控制导频信号和ADC输入，因此具有轮询序列410、420两者的组合允许检测到电动车辆10的所有唤醒源以便进行充电，并且也可以以相对简单的方式实现低级基本信令。

根据一个实施例，快速轮询序列410的脉冲与快速轮询序列420的脉冲不重叠，这也在图3中示出。根据一个实施例，慢速轮询序列420监测特定类型的充电器的所有可能ADC源连同控制导频PWM信号。快速轮询序列410和慢速轮询序列420的定时参数是可取决于需求构造的。

第一节点431、第四节点434、第七节点437、第十节点440和第十三节点443产生接通，并且第三节点433、第六节点436、第九节点439、第十二节点442和第十五节点445将以特定延迟产生对快速轮询序列410的切断。第二节点432、第五节点435、第八节点438、第十一节点441和第十四节点444将在快速轮询序列高点时间期间读取数字输入。第十六节点446和第十八节点448产生慢速轮询序列420的脉冲，并且第十七节点447将以所需的定时读取模拟信号。

根据该实施例，将在慢速轮询序列420的脉冲(第十七节点447)期间捕获模拟和控制导频信号。第十八节点448与第一节点431之间的时间应为(T3-(T4+T5+T6))，以确保快速轮询序列410的脉冲和慢速轮询序列的脉冲不重叠。