一種基于T-BOX的新能源汽車智能補電技術

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A

0 引言

隨著電動汽車技術的快速進步，電動汽車的銷量和市場份額迅速增長。智能化、網聯化是電動汽車的重要發展方向，電動汽車上搭載了如車聯網智能終端（T-BOX，Telematics BOX）、車身控制單元（BCM）、網關（GW）、整車控制器（VCU）、車機以及智能駕駛控制單元等多種電子控制單元（ECU），作為滿足智能網聯化的基礎支持。此外，用戶還會按需加裝行車記錄儀、GPS定位儀等產品，各類電子電器模塊的異常喚醒或長期不休眠等問題，增加了對低壓蓄電池的負擔，導致低壓蓄電池虧電的影響因素增多。

電動汽車的ECU模塊也可能存在被其他網絡節點異常喚醒一直不休眠或多次喚醒最終導致蓄電池虧電的現象。車輛蓄電池完全虧電后無法起動車輛，嚴重影響車輛的正常使用。而用戶一般沒有備用電源給車輛搭電，因此一旦車輛發生虧電，用戶只能撥打救援電話。虧電問題導致用戶用車體驗很差，用戶容易產生不滿的情緒。

基于GB/T 32960–2016《電動汽車遠程服務與管理系統技術規范》的要求，電動汽車需搭載可聯網的車載終端T-BOX。T-BOX作為電動汽車的主要聯網節點，可通過網絡連接云端并與云端交互;而在車端則可通過CAN 網絡、以太網等方式與車內其他節點進行通訊。圖1所示為經典“MCU+ 開放MPU架構”的T-BOX 交互鏈路圖和車聯網的鏈路。T-BOX中的微控制單元（MCU，Micro controller Unit） 端通過CAN控制器接收CAN 網絡上的報文和控制自身模塊報文的發送，通過串口與微處理器（MPU，Micro Processor Unit）模塊交互;MPU模塊通過嵌入式SIM 卡接入網絡，應用層軟件運行于Linux環境，一般采用模塊化設計。電動汽車T-BOX 的主要功能就是采集車端CAN網絡上的數據，將數據組包后通過網絡上傳至云端服務平臺（TSP，Telematics ServiceProvider）。

車企根據此基本原理開發手機APP，具有調用TSP 平臺接口查詢車輛當前時間狀態的功能，如查詢電量、里程、小計里程、定位、電池包狀態和門窗鎖止狀態等。一般的查詢策略有2 種.一種是APP可以隨時調用車輛的實時狀態，而實時狀態數據需要通過TSP平臺發送喚醒指令將T-BOX及其他節點喚醒。當異常情況或反復刷新APP拉取數據時，可能存在導致某一節點無法休眠的風險。這種方式可能是導致蓄電池虧電的低風險因素。

另一種是APP無法實時調用控制T-BOX 喚醒來查詢車輛的實時狀態，只能讀取車輛最后上傳至平臺的數據。T-BOX可設置定時喚醒策略，來一起保證用戶讀取到的車輛狀態信息是最近數小時內的數據。

在以T-BOX為車-云通信核心的架構下，可以考慮開發基于T-BOX的遠程控制指令。鑒于上述提到的各種因素對電動汽車低壓蓄電池的挑戰，可以考慮開發一種特定場景下控制動力電池對低壓蓄電池充電的功能。

本文提出一種基于T-BOX的智能補電功能，由T-BOX作為指令交互中轉的節點，接收并轉發控制指令，最終控制動力電池包給低壓蓄電池補電。依托于新能源汽車大數據的蓄電池虧電預警，當用戶接收到蓄電池虧電預警時，可以選擇開啟“一鍵補電”或者“手動補電”來選擇性使用智能補電功能。在車輛滿足補電條件的情況下，智能補電能有效降低車輛的虧電情況。

1智能補電邏輯鏈路設計

智能補電功能的指令是由用戶在智能終端的APP 上選擇開啟，該指令經4G 網絡傳輸至車企的TSP 平臺，TSP 平臺下發智能補電指令至車端T-BOX。T-BOX 接入TSP 平臺需要進行認證和授權，TSP 平臺與T-BOX 之間的交互通過MQTT 協議進行，并配置了安全加密。T-BOX首次入網認證時，通過https登陸平臺，調用由平臺提供的接口進行認證，認證通過后平臺返回T-BOX 登陸MQTT 服務器的相關信息。T-BOX登陸MQTT 服務器后也需要進行認證，建立加密通信，登陸成功后才能進行業務交互。

T-BOX與TSP平臺控制指令業務的交互過程如圖2 所示。云端平臺將控制指令發布到MQTT 服務器，車端T-BOX 訂閱相應設備的主題，接收來自平臺的字節流數據，然后在車端進行業務處理。而設備發送給云端的數據為json 字符串，云端服務器讀取相關主題的數據進行業務處理。車端T-BOX 的網絡狀態和網聯環境可能隨時變化，為了維持TSP 平臺與T-BOX 的連接，T-BOX可以設計添加周期發送的連接維持包至TSP，TSP 平臺以此為依據顯示當前設備的連接狀態。

T-BOX完成與云端的認證且登陸成功接收到云端的智能補電指令后，T-BOX的MPU模塊向云端返回接收指令應答，表示T-BOX已經接收到指令，并開始執行智能補電。此時T-BOX的MCU向CAN網絡發送1幀網絡喚醒幀，喚醒CAN 網絡，并周期發送[ 補電請求=0x0]的報文至整車控制器VCU。T-BOX在沒有接收到智能補電指令時，默認發送停止補電報文，即[ 補電請求=0x1]。此后的處理均在車端進行閉環處理，MCU通過事件報文將補電狀態信息反饋給MPU，MPU通過網絡將補電指令運行結果發送至云端（圖3）。

VCU接收到來自T-BOX 的補電請求后，判斷當前車輛狀態是否滿足補電條件。若滿足補電條件，則向CAN 網絡發送正常狀態為可補電模式報文，BMS 接收到可補電模式報文后，控制DC-DC 開始工作，由動力電池給低壓蓄電池充電。若車輛狀態不滿足補電條件，向CAN 網絡發送非補電模式報文。

使用智能補電功能時，車輛需要同時滿足以下條件。

（1）車輛處于下電狀態，鑰匙檔位在OFF。

（2）動力蓄電池電量SOC大于設定閾值。

（3）充電槍未插入。

（4）車輛DC 狀態無故障，可正常上高壓。

（5）蓄電池電壓處于可補電的區間9.0～12.3V。

T-BOX若持續接收到來自VCU發出的非補電模式報文超過2min，T-BOX則停止發送補電請求報文，并向云端TSP 反饋“不滿足補電條件”。

若持續接收到來自VCU 發出的可補電模式報文，則車輛進入補電模式，持續發送補電請求，并向TSP 平臺反饋進入“補電中”。當補電完成后，T-BOX 停止發送補電請求報文，向TSP平臺反饋“補電完成”。當車輛從滿足補電狀態時進入補電狀態后，若整車電量SOC剛好從大于等于設定閾值下降到小于設定閾值時，補電不中斷，仍可補電至完成。

當車輛處于補電狀態中，出現如表1所示任意一種狀態時，經VCU判斷，將發送對應的非補電模式報文。此時T-BOX持續10s檢測到來自VCU 的非補電模式報文，T-BOX則停止發送補電請求報文，并向云端TSP 反饋當前補電中斷的原因。

APP在設計智能補電的接口時，包括手動補電以及自動補電，應當有明顯的補電條件相關說明（圖4）。自動補電功能應當請求用戶的許可簽訂協議才能正常使用，該功能與云端蓄電池虧電預警功能匹配使用。當TSP 經預警算法檢測到車輛發生輕度虧電時，則自動下發智能補電，使車輛進入補電模式，使蓄電池得到保障。

基于T-BOX 上傳的車輛狀態數據來對車輛進行蓄電池虧電預警。當車輛出現一級虧電預警時，提示信息會發送給用戶（短信、APP消息通知或彈窗等），此時用戶可以選擇使用智能補電功能，無需給車輛上電即可使車輛進入補電的狀;也可以按需簽訂協議開啟自動補電功能。若用戶忽略一級虧電預警提示，且車輛仍處于不健康的狀態時，會出現二級虧電預警，此時無法滿足補電條件，建議用戶給車輛保持上電，給蓄電池補電。

2 驗證方案設計

根據前文定義的智能補電功能設計，臺架試驗以T-BOX為核心，利用CANoe等工具建立臺架試驗環境，設計如下。

（1）先在臺架上調通T-BOX 與TSP 平臺的接口交互，在APP 端下發補電功能指令。指令通過TSP轉發到T-BOX，完成T-BOX與TSP的交互，根據交互的結果記錄試驗的狀態及問題。

（2）在T-BOX與TSP平臺建立交互成功的前提，搭建臺架模擬TSP——T-BOX——車端CAN的實車交互網絡環境，進行補電功能驗證，并能在APP端反饋執行結果。

（3）在車端其他ECU 的軟件功能條件支持T-BOX進行實車驗證時，分別設計滿足補電條件、不滿足補電條件以及滿足補電條件時退出補電的用例進行實車測試。

3 結束語

T-BOX作為新能源車聯網技術連接云端、車端和用戶端的橋梁，本文提出了一種基于T-BOX的智能補電技術。該功能正式上線后，結合虧電預警算法和虧電遠程提醒技術，可以有效地減少車輛深度虧電以至于無法起動的現象次數，大大提升用戶的用車體驗。當然， 此功能僅做輔助用途，關鍵還是在于控制車輛各模塊節點休眠電流以及車輛的規范使用。