[发明专利]一种电动汽车充电故障诊断及安全检测系统与方法

权利要求书

1.一种电动汽车充电故障诊断及安全检测系统，其特征在于，包括BMS(1)、CAN线(2)、VCU(3)、车载充电机(4)、直流充电桩(5)、交流充电桩(6)、电池(7)、车载充电接口(8)、充电接口(9)和充电枪(10)，其特征在于，在车载充电接口(8)、充电枪(10)的充电接口(9)之间的CAN线(2)上连接充电故障诊断及安全检测系统(11)，充电故障诊断及安全检测系统(11)通过收集VCU(3)采集的BMS(1)的报文信息和直流充电桩(5)、交流充电桩(6)的通信报文，并与电动车充电国家标准比对：若完全吻合则通过验证，允许连接充电；否则报错，不允许连接充电，并确定导致充电通信失败的信息原因。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电故障诊断及安全检测系统，其特征在于，所述充电故障诊断及安全检测系统(11)包括信号采集单元(12)、国标存储器(13)、处理单元(14)、人机交互界面(15)和继电器(16)，所述信号采集单元(12)采集车载充电接口(8)电信号和充电桩电信号，与国标存储器(13)内存储的国标进行比对和判断，当出现不一致时，通过处理单元(14)进行逻辑判断，并将判断的结果通过人机交互界面(15)反馈到界面上：当处理单元(14)判断逻辑出现错误时，在人机交互界面(15)上显示充电故障，继电器(16)不接通；当处理单元(14)判断一切正常时，继电器(16)接通。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电故障诊断及安全检测系统，其特征在于，电动汽车充电模式分为直流充电模式和交流充电模式，其中：

(1)直流充电模式

通过CAN线(2)将BMS(1)、VCU(3)、车载充电接口(8)、充电接口(9)、充电枪(10)、充电故障诊断及安全检测系统(11)连在一起，进行信息传递，构成闭环检测控制系统，电池(7)接入BMS(1)，充电枪(10)与直流充电桩(5)连接；

(2)交流充电模式

通过CAN线(2)将BMS(1)、VCU(3)、车载充电机(4)、车载充电接口(8)、充电接口(9)、充电枪(10)、充电故障诊断及安全检测系统(11)连在一起，进行信息传递，构成闭环检测控制系统，电池(7)接入BMS(1)，充电枪(10)与交流充电桩(6)连接。

4.一种电动汽车充电故障诊断及安全检测方法，其特征在于，包括：

在车载充电接口(8)和充电枪(10)的充电接口(9)之间外接一个充电故障诊断及安全检测系统(11)，通过CAN线连接进电动车充电系统中；充电故障诊断及安全检测系统(11)通过收集VCU(3)采集的BMS(1)的报文信息和直流充电桩(5)、交流充电桩(6)的通信报文，并与电动车充电国家标准比对：若完全吻合则通过验证，允许连接充电；否则报错，不允许连接充电，并确定导致充电通信失败的信息原因。

5.根据权利要求4所述的电动汽车充电故障诊断及安全检测方法，其特征在于，所述充电故障诊断及安全检测系统(11)包括MCU控制模块、CAN总线接口、人机交互模块、低压辅助模块、高压安全隔离模块、高压电器控制模块、高压电器信号采集模块，其中：

MCU控制模块，用于CAN总线接收控制、国标充电通讯协议分析、高压电气系统监控和人机交互控制；

CAN总线接口，采用基于BOSH CAN2.0B版本的总线收发器，用于CAN总线报文的收发工作；

人机交互模块，采用LCD显示屏，用于显示充电各个阶段状态信息、充电故障信息和报警信息；

低压辅助模块，工作电源及连接器接口部分，采用高压LDO线性稳压电源，由国标充电枪A+和A-汲取输入电源，输出为双路隔离电源，隔离电压≧DC4000V；

高压安全隔离模块，信号控制采用数字光耦隔离器，电流传感器和电压传感器模拟信号采用模拟隔离器；

高压电器控制模块，采用松下高压直流接触器，负责充电直流DC+和DC-电力电缆的通断；

高压电器信号采集模块，直流电压采集采用多电阻串联分压采集，直流电流采集采用霍尔传感器实现直流电流采集。

6.根据权利要求5所述的电动汽车充电故障诊断及安全检测方法，其特征在于，充电过程包含6个阶段：物理连接完成、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段；各个阶段，充电桩和BMS如果在规定的时间内没有收到对方报文或者没有收到正确的报文，即判定为超时；当出现超时后，BMS或充电桩发送规定的错误报文，并进入错误处理状态；

在电动汽车充电整个过程中，共有下面5种报文：

①低压辅助上电及充电握手阶段

充电握手阶段分为握手启动阶段和握手辨识阶段，当直流充电桩/车载充电桩和BMS物理连接完成并上电后，开启低压辅助电源，进入握手启动阶段发送握手报文，再进行绝缘检测；

绝缘检测结束后进入握手辨识阶段，双方发送辨识报文，确定电池和充电桩的必要信息；

将充电国标储存在MCU控制模块内，当采集到车载充电接口和充电桩的信息时，作为开始工作的信号；将国标按照时序送入比较器中，与采集到的信号进行比对：若BMS通过车载充电接口的握手信号未在规定时间内发出，则内置继电器不闭合，通过人机交互模块发出“充电失败，BMS握手失败”的提示；若车载充电机返回给BMS的信号未在规定时间内发出，则继电器不闭合，通过人机交互模块发出“充电失败，充电机反馈失败”的信息；若BMS的握手信号和充电桩的反馈信号均按照国标规定的时间发出，则进行下一步判断，即判断BMS的握手报文和充电桩的反馈报文是否按照国标要求的格式：若格式比对错误，则通过人机交互模块发出“充电失败，报文比对失败”的信息；若格式比对成功，则通过人机交互模块发出“握手成功，准备充电的信息；

②充电参数配置阶段

充电桩向BMS发送充电桩最大输出能力的报文，BMS根据充电桩最大输出能力判断是否能够进行充电；

在此阶段，采集BMS的需求信息，包括充电需求电压、电池当前电量、电池单体最大承受电压、电池单体最大承受电流；采集充电桩充电信息，包括充电桩最大输出功率，充电桩最大输出电流，充电桩最大输出电压、充电桩充电时长；

比对BMS和充电桩的信息：若充电需求信息和充电桩的输出信息不对应，则继电器不闭合，并通过人机交互界面输出“充电失败，充电不匹配”的信息；若比对的结果相符合，则继电器闭合，通过人机交互界面输出“匹配完成，等待进入下一个阶段”；

③充电阶段

在整个充电阶段，BMS实时向充电桩发送电池充电需求，充电桩根据电池需求来调整充电电压和充电电流；

在充电过程种，充电桩和BMS相互发送各自的充电状态；BMS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中止报文来判断是否结束充电；充电桩根据是否收到停止充电指令，充电过程是否正常、是否达到认为设定的充电参数值，或者是否收到BMS中止充电的报文来判断是否结束充电；

在此阶段中，通过实时采集BMS信息和充电桩信息，时刻比对需求电压和输出电压，需求功率和输出功率是否匹配，若出现不匹配的情况，那么MCU控制模块主动切断继电器，结束充电过程，并通过人机交互界面输出“充电故障，及时停止”的信息，并根据故障的原因在人机交互界面显示充电故障原因；

④充电结束阶段

当充电桩和BMS停止充电后，双方进入充电结束阶段；在此阶段BMS向充电桩发送整个充电过程的充电统计数据，包括：初始SOC、电池最低电压和最高电压；充电桩收到BMS的充电统计数据后，向BMS发送整个充电过程种的输出电量、累计充电时间信息，最后停止低压辅助模块的输出；

⑤错误报文

在整个充电阶段，当BMS或充电桩检测到存在错误时，发送错误报文，中止充电过程。