充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置及其方法

摘要

本发明公开充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置及其方法，利用现有的监控中心、充电装置和电动车辆，通过统一的通讯协议规范，同时增加监控中心、充电装置以及电动车辆上各电子控制模块的软件功能来实现，在前期规划时就就增加该功能而且几乎不增加成本，只需遵循统一的通讯协议规范，在其产品软件中增加相应功能即能实时收集线路上运营的电动车辆的故障状态、充电频次、充电时间、充电电量等状态信息，通过车辆VIN码监控、分析每一辆电动车辆运行状态，收集运行数据，实现实时监控和优化调度。

权利要求

1.充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置，其特征在于：包括监控中心、与监控中心连接的充电装置和设置有与充电装置配合的电子电气模块的电动车辆；所述监控中心包括主控软件、人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块，所述主控软件分别连接人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块；所述充电装置包括控制器、第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机；所述监控中心的主控软件通过第一数据收发转换模块连接至充电装置内的第二数据收发转换模块，所述控制器还分别与第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机连接，所述电动车辆内的电子电气模块包括高压配电盒、动力电池、电机控制器、电机、BMS模块、DC/DC模块、车载网关、若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块；所述车载网关通过CAN总线分别连接若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块，所述BMS模块、DC/DC模块和电机控制器也通过CAN总线连接至车载网关，所述电机控制器连接电机用于控制电机，所述高压配电盒分别连接至BMS模块和动力电池，所述电机控制器还与高压配电盒相互连接，所述高压配电盒与充电装置内的充电机相互配合，所述BMS模块与充电装置内的通讯模块相互配合。

2.根据权利要求1所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置，其特征在于：所述BMS模块具备若干路以上CAN网络通讯功能。

3.充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于步骤如下：

步骤a：需要充电的电动车辆通过充电接口连接至充电装置，充电装置的通讯模块通过电动车辆内电子电气模块的BMS模块建立通讯，充电装置内的充电机输出端与电动车辆内电子电气模块的高压配电盒连接；

步骤b：充电装置再与电动车辆建立通讯并取得电动车辆授权后开始给电动车辆进行充电；

步骤c：在电动车辆充电过程中或充电结束后，充电装置的控制器通过通讯模块CAN网络使用统一的诊断服务协议向电动车辆发出请求进行故障诊断和车辆信息数据读取的报文；

步骤d：电动车辆的BMS模块收到请求的报文后对电动车辆的状态进行综合分析判断，若当前电动车辆的状态正常则进行消极应答，拒绝充电装置的诊断服务请求，进入步骤g；

若当前电动车辆的状态异常则进行积极应答，授权充电装置进行诊断服务，进入步骤e；

步骤e：电动车辆获得诊断服务授权，充电装置就提取接收到的请求报文，获取其中电动车辆的VIN号并将其发送至监控中心；

步骤f：监控中心收到电动车辆的VIN号后就在数据库中查找该电动车辆的信息，并将该电动车辆的配置信息发送给充电装置，充电装置根据电动车辆的信息再发送请求读取报文给电动车辆，读取电动车辆的电池核电状态SOC、电池健康指数SOH、已充电次数，然后根据电子电气模块的诊断服务CAN优先级ID扫描获取电子电气模块内所有模块的故障信息和状态数据，所有数据获取完成进行整合发送给监控中心；

步骤g：监控中心将获取的所有数据存入数据库中对应电动车辆的信息区域中，然后根据获取的所有数据与该电动车辆的历史数据进行对比分析以及与同一线路上所有电动车辆进行分析对比，并将分析数据存入数据库中对应信息区域；

步骤h：若经过分析对比后发现电动车辆出现异常就通过4G网络将信息发送给司机，完成电动车辆信息采集处理。

4.根据权利要求3所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于：所述步骤b中电动车辆的BMS模块通过控制高压配电盒来闭合和断开充电装置的充电电能。

5.根据权利要求3所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于：所述步骤e中电动车辆未获得诊断服务授权，则继续进行得诊断服务请求直至获取授权为止。

6.根据权利要求3所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于：若电动车辆在充电过程中由于通讯故障导致无法连接到监控中心，充电装置则会通过预先默认的车辆配置信息对电动车辆进行故障诊断和状态数据收集并存入自身的非易失存储器中，等待网络恢复时在传送到监控中心或由工作人员来复制再存入监控中心的数据库。

说明书

充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆故障诊断分析技术领域，具体涉及充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置及其方法。

背景技术

[0002] 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆；而为了维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展，电动汽车在我国正在如火如荼的进行。

[0003] 目前，充电装置主要通过交流和直流给汽车充电，而不具备对汽车进行诊断，更没有收集分析汽车状态的功能；电动汽车正处于发展阶段，出现故障的几率比较大，车辆的故障信息和运行状态信息对车辆运行安全和技术进步有好大促进作用，特别是公共运营的电动汽车(例如电动大巴、电动公交车等)；因此，在不增加太多成本的基础上收集尽可能多的车辆数据信息，用于防止电动汽车的损坏以及便于接收车辆信息。

[0004] 当前，充电站或者充电桩主要通过交流和直流给电动汽车充电，而不具备对汽车进行诊断，更没有收集分析汽车状态的功能；特别是对于电动公交车这类行驶路线固定的公运车辆，公交公司需要实时收集掌控运营车辆的状态，对车辆是否出现故障、充电频次、充电时间、充电电量、等信息进行掌控分析，实现电动公交的实时监控和优化调度。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了提供一种可以实时收集线路上运营车辆的故障状态、充电频次、充电时间、充电电量等状态信息，通过车辆识别码监控、分析每一台车运行状态，收集运行数据，实现实时监控和优化调度的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置及其方法。

[0006] 本发明通过以下技术方案实现：充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置，其特征在于：包括监控中心、与监控中心连接的充电装置和设置有与充电装置配合的电子电气模块的电动车辆；所述监控中心包括主控软件、人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块，所述主控软件分别连接人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块；所述充电装置包括控制器、第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机；所述监控中心的主控软件通过第一数据收发转换模块连接至充电装置内的第二数据收发转换模块，所述控制器还分别与第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机连接，所述电动车辆内的电子电气模块包括高压配电盒、动力电池、电机控制器、电机、BMS模块、DC/DC模块、车载网关、若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块；所述车载网关通过CAN总线分别连接若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块，所述BMS模块、DC/DC模块和电机控制器也通过CAN总线连接至车载网关，所述电机控制器连接电机用于控制电机，所述高压配电盒分别连接至BMS模块和动力电池，所述电机控制器还与高压配电盒相互连接，所述高压配电盒与充电装置内的充电机相互配合，所述BMS模块与充电装置内的通讯模块相互配合；所述BMS模块具备若干路以上CAN网络通讯功能。

[0007] 充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于步骤如下：

[0008] 步骤a：需要充电的电动车辆通过充电接口连接至充电装置，充电装置的通讯模块通过电动车辆内电子电气模块的BMS模块建立通讯，充电装置内的充电机输出端与电动车辆内电子电气模块的高压配电盒连接；

[0009] 步骤b：充电装置再与电动车辆建立通讯并取得电动车辆授权后开始给电动车辆进行充电；

[0010] 步骤c：在电动车辆充电过程中或充电结束后，充电装置的控制器通过通讯模块CAN网络使用统一的诊断服务协议向电动车辆发出请求进行故障诊断和车辆信息数据读取的报文；

[0011] 步骤d：电动车辆的BMS模块收到请求的报文后对电动车辆的状态进行综合分析判断，若当前电动车辆的状态正常则进行消极应答，拒绝充电装置的诊断服务请求，进入步骤g；若当前电动车辆的状态异常则进行积极应答，授权充电装置进行诊断服务，进入步骤e；

[0012] 步骤e：电动车辆获得诊断服务授权，充电装置就提取接收到的请求报文，获取其中电动车辆的VIN号并将其发送至监控中心；

[0013] 步骤f：监控中心收到电动车辆的VIN号后就在数据库中查找该电动车辆的信息，并将该电动车辆的配置信息发送给充电装置，充电装置根据电动车辆的信息再发送请求读取报文给电动车辆，读取电动车辆的电池核电状态SOC、电池健康指数SOH、已充电次数，然后根据电子电气模块的诊断服务CAN优先级ID扫描获取电子电气模块内所有模块的故障信息和状态数据，所有数据获取完成进行整合发送给监控中心；

[0014] 步骤g：监控中心将获取的所有数据存入数据库中对应电动车辆的信息区域中，然后根据获取的所有数据与该电动车辆的历史数据进行对比分析以及所有电动车辆进行分析对比，并将分析数据存入数据库中对应信息区域；

[0015] 步骤h：若经过分析对比后发现电动车辆出现异常就通过4G网络将信息发送给司机，完成电动车辆信息采集处理。

[0016] 根据权利要求3所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于：所述步骤b中电动车辆的BMS模块通过控制高压配电盒来闭合和断开充电装置的充电电能。

[0017] 本发明利用现有的监控中心、充电装置和电动车辆，通过统一的通讯协议规范，同时增加监控中心、充电装置以及电动车辆上各电子控制模块的软件功能来实现，在前期规划时就就增加该功能而且几乎不增加成本，只需遵循统一的通讯协议规范，在其产品软件中增加相应功能即能实时收集线路上运营的电动车辆的故障状态、充电频次、充电时间、充电电量等状态信息，通过车辆VIN码监控、分析每一辆电动车辆运行状态，收集运行数据，实现实时监控和优化调度。

[0018] 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：1)能增删修改不同线路的车辆配置信息，并将这些信息作为分区保存到数据库中，当充电站获取相应车辆故障和状态数据信息时能正确保存到对应信息区域中；2)当有为配置车辆进行充电并获取了故障和状态数据信息时，监控中心能临时添加车辆配置信息并提示系统管理员及时确认处理；3)监控中心能对同一车辆和同一线路上的不同车辆进行对比分析和状态监控，为车辆的运行安全提高保证，为，车辆调度提供依据，为车辆和系统的改进提供试验数据；4)充电装置具备有线和无线通讯能力，具备汽车故障诊断的功能，并且具备数据存储功能，能够进行读写修改增删操作，掉电后也不会丢失数据；5)能实时收集线路上运营的电动车辆的故障状态、充电频次、充电时间、充电电量等状态信息，通过车辆VIN码监控、分析每一辆电动车辆运行状态，收集运行数据，实现实时监控和优化调度；6)只需监控中心、充电装置以及电动车辆以及电动车辆的公司都遵循同一的通讯协议规范，通过软件功能就能实现，成本几乎无需增加。

附图说明

[0019] 图1为本发明的框示图。

[0020] 图2为本发明的流程图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。

[0022] 见图1至图2，充电站对电动车辆故障诊断和记录分析装置，其特征在于：包括监控中心、与监控中心连接的充电装置和设置有与充电装置配合的电子电气模块的电动车辆；所述监控中心包括主控软件、人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块，所述主控软件分别连接人机接口、第一数据收发转换模块、数据库和4G通讯模块；所述充电装置包括控制器、第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机；所述监控中心的主控软件通过第一数据收发转换模块连接至充电装置内的第二数据收发转换模块，所述控制器还分别与第二数据收发转换模块、通讯模块和充电机连接，所述电动车辆内的电子电气模块包括高压配电盒、动力电池、电机控制器、电机、BMS模块、DC/DC模块、车载网关、若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块；所述车载网关通过CAN总线分别连接若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块，所述BMS模块、DC/DC模块和电机控制器也通过CAN总线连接至车载网关，所述电机控制器连接电机用于控制电机，所述高压配电盒分别连接至BMS模块和动力电池，所述电机控制器还与高压配电盒相互连接，所述高压配电盒与充电装置内的充电机相互配合，所述BMS模块与充电装置内的通讯模块相互配合；所述BMS模块具备若干路以上CAN网络通讯功能。

[0023] 充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于步骤如下：

[0024] 步骤a：需要充电的电动车辆通过充电接口连接至充电装置，充电装置的通讯模块通过电动车辆内电子电气模块的BMS模块建立通讯，充电装置内的充电机输出端与电动车辆内电子电气模块的高压配电盒连接；

[0025] 步骤b：充电装置再与电动车辆建立通讯并取得电动车辆授权后开始给电动车辆进行充电；

[0026] 步骤c：在电动车辆充电过程中或充电结束后，充电装置的控制器通过通讯模块CAN网络使用统一的诊断服务协议向电动车辆发出请求进行故障诊断和车辆信息数据读取的报文；

[0027] 步骤d：电动车辆的BMS模块收到请求的报文后对电动车辆的状态进行综合分析判断，若当前电动车辆的状态正常则进行消极应答，拒绝充电装置的诊断服务请求，进入步骤g；若当前电动车辆的状态异常则进行积极应答，授权充电装置进行诊断服务，进入步骤e；

[0028] 步骤e：电动车辆获得诊断服务授权，充电装置就提取接收到的请求报文，获取其中电动车辆的VIN号并将其发送至监控中心；

[0029] 步骤f：监控中心收到电动车辆的VIN号后就在数据库中查找该电动车辆的信息，并将该电动车辆的配置信息发送给充电装置，充电装置根据电动车辆的信息再发送请求读取报文给电动车辆，读取电动车辆的电池核电状态SOC、电池健康指数SOH、已充电次数，然后根据电子电气模块的诊断服务CAN优先级ID扫描获取电子电气模块内所有模块的故障信息和状态数据，所有数据获取完成进行整合发送给监控中心；

[0030] 步骤g：监控中心将获取的所有数据存入数据库中对应电动车辆的信息区域中，然后根据获取的所有数据与该电动车辆的历史数据进行对比分析以及与所有电动车辆进行分析对比，并将分析数据存入数据库中对应信息区域；

[0031] 步骤h：若经过分析对比后发现电动车辆出现异常就通过4G网络将信息发送给司机，完成电动车辆信息采集处理。

[0032] 根据权利要求3所述的充电站对电动车辆故障诊断和记录分析方法，其特征在于：所述步骤b中电动车辆的BMS模块通过控制高压配电盒来闭合和断开充电装置的充电电能。

[0033] 本实施方式中，监控中心主要由主控软件、第一数据收发转换模块、人机接口、数据库和4G通讯等模块组成；第一数据收发转换模块连接4G等无线通信和以太网，通过英特网实时接收充电站发回的信息和向充电站发送指令信息；人机接口负责整个监控中心的人机交互工作；数据库除了存放监控中心原有数据外，针对本发明还增加存放车辆的原始配置信息、采集到的车辆原始数据以及车辆的分析处理信息等，4G通讯模块负责与司机进行通讯，将相关信息和指令实时通知司机；主控软件实现各个子系统的整合，进行数据分析、信息处理、车辆调度优化等工作，通过协调控制其他模块完成监控工作。

[0034] 本实施方式中，充电装置包括第二数据收发转换模块、控制器、通讯模块和充电机；第二数据收发转换模块连接4G等无线通信和以太网，通过英特网实时与监控中心进行数据交换；通讯模块负责与车辆建立通讯(包括充电通讯和故障诊断信息收集)，实现与车辆在充电和故障诊断过程中的信息交互；充电机负责为车辆动力电池充电；控制器进行整合控制，根据通讯模块的信息进行充电工作，并将通讯模块的车辆故障信息和状态信息进行转换整合，再通过数据收发转换模块发送给监控中心。

[0035] 本实施方式中，电动车辆的电子电气模块包括高压配电盒、动力电池、电机控制器、电机、BMS模块、DC/DC模块、车载网关、若干动力子网电子模块、若干安全子网电子模块、若干舒适子网电子模块和若干车身子网电子模块；由于车辆CAN网络负荷限制，可以将这些电子电气模块通过功能分为动力子网CAN1、安全子网CAN2、舒适子网CAN3、车上子网CAN4等(也可以通过其他方法进行划分，建议划分为2—6个子网，每个子网可以有几个到几十个电子模块不等)，各个子网的波特率不一样，中间需要通过车载网关进行子网之间模块的信息交互转换；BMS模块必须具备2路及以上CAN网络通讯功能，承担着副网关的职责，负责将充电站与车辆上其他电子模块交互的信息转发。

[0036] 本实施方式中，充电装置通过充电接口(国标直流充电接口、交流充电接口以及受电弓方式等)于电动车辆连接时，通讯线路和充电接口将同时于电动车辆联通，充电装置的通讯模块与车辆的BMS模块建立通讯，充电装置的充电机输出端与电动车辆的高压配电盒连接；充电装置在与电动车辆建立通讯并取得电动车辆授权后开始给电动车辆进行充电，电动车辆的BMS模块通过控制高压配电盒来闭合和断开充电装置的充电电能；在电动车辆充电过程中或充电结束后(充电接口任在连接状态)，充电装置的控制器通过通讯模块CAN网络使用统一的诊断服务协议(该协议可以使用ISO14229/ISO15765等标准协议加上自定义协议)向车辆发出请求进行诊断/数据读取的报文，BMS模块收到请求报文后对电动车辆状态进行综合分析判断，如果满足要求则给充电装置回复积极应答报文，授权充电装置进行诊断服务，如果车辆当前状态不满足要求则回复消极应答，拒绝诊充电装置的诊断服务请求；如果充电装置未获得诊断授权，则等待一定时间后再进行诊断服务请求，直到获取授权为止；如果已获得诊断授权，则通过预先定义后的请求报文分别获取车辆的VIN号，然后将改VIN号发送给监控中心，监控中心在数据库中查找该电动车辆的信息，并将电动车辆的配置信息(主要是电动车辆各电子电气模块的诊断服务CAN优先级ID)发送给充电装置，充电装置根据根据电动车辆的信息再发送相关请求报文给电动车辆，读取电动车辆的电池核电状态SOC、电池健康指数SOH、已充电次数等信息，然后根据各电子电气模块的诊断服务CAN优先级ID扫描获取这些模块的故障信息和状态数据，所有数据获取完成后进行整合发送给监控中心；电动车辆充电完成后充电装置还要将电动车辆的充电信息(例如本次充电电量、充电时间、充电后电池核电状态SOC、充电后电池健康指数SOH、累积充电次数、最大充电电流、电池包最高电压、电池单体最高和最低电压等)也发送给监控中心；监控中心将这些数据存入数据库中对应电动车辆(用VIN号进行识别)的信息区域，然后再将这些数据与该电动车辆的历史数据进行对比分析以及与该线路上所有车辆进行对比分析，将分析数据存入数据库中对应区域，如果电动车辆有异常将通过4G等无线网络通知司机；如果电动车辆未在监控中心的数据库中找到配置信息，则认为该电动车辆不属于该线路的运营车辆或者是该电动车辆为新增电动车辆但未在数据库中录入，这种情况监控中心使用该线路上其他电动车辆标准配置信息作为该电动车辆的配置信息让充电装置进行故障诊断和数据收集工作，同时在数据库中增加存储该电动车辆信息并提示系统管理员进行异常处理；如果在电动车辆充电过程中由于通讯故障或其他原因导致无法连接到监控中心，充电装置通过预先默认的电动车辆配置信息对电动车辆进行故障诊断和状态数据收集并存入自身的非易失存储器中，等待有网络时再传送给监控中心或由工作人员来复制再存入监控中中心的数据库。

[0037] 本实施方式中，系统管理员增删修改不同线路的电动车辆配置信息(主要是车辆VIN号及该车辆各个电子电气模块的CAN优先级ID)，并将这些信息作为分区保存到数据中，当充电装置获取相应电动车辆故障和状态数据信息时能正确保存到对应应区域中；当有为配置电动车辆进行充电并获取了故障和状态数据信息时，监控中心能临时添加电动电动车辆配置信息并提示系统管理员及时确认处理；监控中心能对同一车辆和同一线路上的不同电动电动车辆进行对比分析和状态监控，为车辆的运行安全提高保证(及时发现故障车辆并处理)，为电动车辆调度提供依据(车辆利用率，车辆健康状态，线路任务量，有无闲置车辆或过度使用车辆、每辆车的工作量等等)，为电动车辆和系统的改进提供试验数据(每辆车的电池充放电次数、电池寿命、各个故障的故障率等等)。

[0038] 本实施方式中，所述充电装置具备有线和无线通讯能力，也具备汽车故障诊断仪的功能；还具备一定容量的数据存储功能，能够进行读写修改增删等操作，并且掉电后不会丢失。

[0039] 本实施方式中，BMS模块作为辅助网关使用，为充电装置与电动车辆其他电子电气模块通讯提供数据转发服务；在出厂时需要将车辆VIN号固化到其非易失存储器中，便于充电装置获取电动车辆的唯一标识；还具备电动车辆状态综合判定能力，能够确定电动车辆处于何种状态，是否适合进行诊断服务。

[0040] 本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。