電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)在多對(duì)多場(chǎng)景下的一種解決方案

【摘要】通過(guò)將無(wú)線充電引入電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，可以有效提高電動(dòng)汽車(chē)充電的便利性和安全性，用戶(hù)無(wú)需插拔充電槍即可完成充電，極大地降低了充電帶給用戶(hù)的額外使用負(fù)擔(dān)。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了個(gè)人私樁的應(yīng)用場(chǎng)景下，通過(guò)車(chē)樁綁定，實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電系統(tǒng)車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備之間的相互識(shí)別、連接和通信。為應(yīng)對(duì)多車(chē)對(duì)多樁的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景，需要一種基于中心節(jié)點(diǎn)架構(gòu)的多對(duì)多無(wú)線充電系統(tǒng)解決方案。首先，方案在地面端設(shè)備間引入了中心節(jié)點(diǎn)的概念，由中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理多個(gè)地面端設(shè)備，中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備通過(guò)CAN進(jìn)行通信，組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。其次，方案提出了一套局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的尋址和通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面端設(shè)備的有效管理。最后，方案通過(guò)檢測(cè)地面線圈電流頻率來(lái)辨識(shí)地面端設(shè)備的方法，實(shí)現(xiàn)車(chē)載端設(shè)備可與任一地面端設(shè)備之間相互識(shí)別。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 無(wú)線充電 多車(chē)對(duì)多樁 中心節(jié)點(diǎn) 通信流程 對(duì)位檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20240087

A Solution for Electric Vehicle Wireless Charging System in Multi-to-Multi Scenario

Li Jinghe1， Hu Yue1， Wang Jinming1， Yao Chen2， Kou Qiulin2

（1. Global Ramp;D Centre， China FAW CorporationLimited， Changchun 130013; 2. YiChuangZhiLian（Zhejiang）Electronic Technologies Co.， Ltd.， Shanghai 201299）

【Abstract】By introducing wireless charging into the field of electric vehicles， the convenience and safety of electric vehicle charging can be effectively improved， and users can complete charging without plugging and unplugging the charging gun， which greatly reduces the extra burden of charging on users. Currently the GB/T standard regulate the application scenario of individual private piles， through the vehicle-pile binding， it can solve the mutual identification， connection and communication problems between the wireless charging system vehicle assembly and ground assembly. For more complicated application scenario of multi-vehicle-to-multi-pile， a solution is proposed based on the center node architecture. This solution firstly introduces a central node among ground assemblies， and it is responsible for managing multiple ground assemblies. The central node communicates with the ground assemblies via CAN to form a local area network. Secondly， this solution raises a set of addressing and communication mechanisms within the local area network for effective management of ground assemblies. Finally， in order to realize that the vehicle assemblies can recognize each other with any ground assemblies， this solution introduces a method to recognize the ground assemblies by detecting the ground coil current frequency.

keywords：Electric vehicle， wireless charging， multi-to-multi， central node， communication protocol， position detection

0 引言

隨著電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)逐步成熟，越來(lái)越多的電動(dòng)汽車(chē)將會(huì)支持無(wú)線充電技術(shù)，與此同時(shí)提供無(wú)線充電功能的停車(chē)場(chǎng)也將會(huì)逐漸普及，利用無(wú)線充電技術(shù)可以構(gòu)造一個(gè)更加智能、便捷、安全的電動(dòng)汽車(chē)充電生態(tài)[1-3]。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外發(fā)布了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4-8]。在個(gè)人私樁應(yīng)用場(chǎng)景下，車(chē)載端設(shè)備（Vehicle Assembly， VA）與地面端設(shè)備（Wall Box， WB）的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。通常，VA與WB使用WiFi技術(shù)進(jìn)行通信，當(dāng)車(chē)輛駛近WB時(shí)，VA向WB發(fā)起WiFi連接請(qǐng)求，通信建立后，無(wú)線充電系統(tǒng)進(jìn)入對(duì)位流程，當(dāng)VA進(jìn)入地面線圈的容忍范圍后，系統(tǒng)可進(jìn)入充電狀態(tài)。無(wú)線充電系統(tǒng)提供的對(duì)位和充電功能都需要建立在VA與WB能夠進(jìn)行通信的基礎(chǔ)上，在使用私樁時(shí)VA只需與特定的單一WB進(jìn)行通信，因此VA只需要記錄對(duì)應(yīng)WB的相關(guān)信息，即可與特定WB建立通信連接。

在公樁或一些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，需要無(wú)線充電實(shí)現(xiàn)互操作性，包括電磁互操作以及通信互操作[9，10]。在通信互操作層面，需要實(shí)現(xiàn)多車(chē)對(duì)多樁的充電[11]，即VA會(huì)隨機(jī)地使用任一可用的WB進(jìn)行充電，而VA無(wú)法提前獲知要使用的WB的相關(guān)信息，因此如何讓VA與相應(yīng)WB建立通信連接是多對(duì)多場(chǎng)景下需要解決的一個(gè)問(wèn)題。與此同時(shí)，當(dāng)VA靠近任一WB時(shí)，都應(yīng)當(dāng)能夠得到對(duì)位檢測(cè)的支持，如何在VA與WB尚未建立直接通信的情況下提供對(duì)位功能，如何對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的多個(gè)WB進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理是需要解決的問(wèn)題。最后，在多對(duì)多場(chǎng)景下，多個(gè)設(shè)備間如何進(jìn)行通信，通信流程應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)，以及如何能夠盡可能的兼容私樁場(chǎng)景下的通信流程，這也是多對(duì)多應(yīng)用能夠走向落地需要面對(duì)的一道難關(guān)。

針對(duì)以上多對(duì)多場(chǎng)景下的問(wèn)題，本文提出了一種能兼容GB/T 38775私樁通信標(biāo)準(zhǔn)[4]的解決方案。該解決方案的核心要點(diǎn)是在個(gè)人私樁的VA與WB雙端架構(gòu)下引入了中心節(jié)點(diǎn)（Central Node， CN），通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)中繼構(gòu)成一個(gè)三端系統(tǒng)，由中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理多個(gè)地面端設(shè)備，同時(shí)中心節(jié)點(diǎn)還將負(fù)責(zé)與VA間的直接通信。基于中心節(jié)點(diǎn)的多對(duì)多系統(tǒng)架構(gòu)可有效解決上述問(wèn)題。

1 公樁通信架構(gòu)拓?fù)?/p>

如圖1所示，中心節(jié)點(diǎn)與其所管理的地面端設(shè)備間通過(guò)CAN總線連接，構(gòu)成一種一對(duì)多的通信模式；中心節(jié)點(diǎn)與車(chē)載端設(shè)備間通過(guò)WiFi進(jìn)行通信，同樣也構(gòu)成一種一對(duì)多的通信模式。通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)的中繼車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備形成了多對(duì)多的通信架構(gòu)。中心節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)以太網(wǎng)連接的方式進(jìn)行拓展，從而可以在更大區(qū)域范圍內(nèi)支持更多的地面端設(shè)備接入，也能夠同時(shí)為更多的車(chē)載端設(shè)備提供服務(wù)。

基于上述架構(gòu)，多對(duì)多通信的核心問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為了車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)之間以及地面端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)一對(duì)多的通信問(wèn)題。

1.1 中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備間的通信和管理

由于CAN通信不采用傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，因此為了能夠讓中心節(jié)點(diǎn)與單一地面端設(shè)備間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信需要在應(yīng)用層增加尋址機(jī)制。尋址機(jī)制通過(guò)在中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備的通信報(bào)文數(shù)據(jù)中增加一個(gè)16 bit的地面端設(shè)備ID實(shí)現(xiàn)，中心節(jié)點(diǎn)管理的每一個(gè)地面端設(shè)備都有一個(gè)唯一的16 bit 設(shè)備 ID。中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)設(shè)備ID來(lái)識(shí)別報(bào)文來(lái)自哪一臺(tái)設(shè)備，地面端設(shè)備通過(guò)設(shè)備ID來(lái)確認(rèn)一個(gè)CAN報(bào)文是否為中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送給自己的報(bào)文。因此，在中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備通信前，中心節(jié)點(diǎn)需要獲得對(duì)應(yīng)地面端設(shè)備的ID，為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要引入地面端設(shè)備的注冊(cè)流程。

注冊(cè)流程由地面端設(shè)備發(fā)起，通過(guò)發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)入注冊(cè)流程，中心節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求報(bào)文后根據(jù)自身當(dāng)前狀態(tài)決定是否進(jìn)入注冊(cè)流程，并通過(guò)注冊(cè)響應(yīng)報(bào)文告知地面端設(shè)備結(jié)果。如果地面端設(shè)備收到接受注冊(cè)的響應(yīng)，則通過(guò)隨機(jī)數(shù)算法生成一個(gè)16 bit設(shè)備ID，并通過(guò)ID注冊(cè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)收到ID注冊(cè)請(qǐng)求報(bào)文后需要檢查待注冊(cè)的ID是否與其他已注冊(cè)的地面端設(shè)備ID出現(xiàn)沖突，如果出現(xiàn)沖突，中心節(jié)點(diǎn)會(huì)通過(guò)ID注冊(cè)響應(yīng)報(bào)文告知地面端設(shè)備注冊(cè)失敗，地面端設(shè)備可以自主選擇是否重新進(jìn)行注冊(cè)；如果未出現(xiàn)沖突，則注冊(cè)成功，中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備可以通過(guò)設(shè)備ID進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。圖2概括了地面端設(shè)備的注冊(cè)流程狀態(tài)機(jī)，圖3概括了中心節(jié)點(diǎn)接受注冊(cè)流程的狀態(tài)機(jī)。

注冊(cè)成功后，中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備進(jìn)入正常通信流程，進(jìn)行周期性的報(bào)文交互，通信順序如圖4所示。中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)控制報(bào)文來(lái)控制地面端設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)也會(huì)提供一些必要的狀態(tài)信息，地面端設(shè)備通過(guò)狀態(tài)報(bào)文來(lái)通告自身狀態(tài)信息及動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果等信息。

表1給出了地面端設(shè)備的通信報(bào)文。其中，在地面端設(shè)備狀態(tài)報(bào)文中，主要包括狀態(tài)機(jī)信息，保護(hù)功能相關(guān)信息，WiFi連接狀態(tài)信息，WiFi配置狀態(tài)信息以及地面端線圈實(shí)際電流值。表2給出了中心節(jié)點(diǎn)的控制報(bào)文。其中，主要包括設(shè)備注銷(xiāo)控制位，LPE使能控制位，WiFi配置請(qǐng)求，VA連接狀態(tài)信息，對(duì)位狀態(tài)信息以及LPE（Low Power Excitation，低功率激勵(lì)）[4，5]頻率控制信息。基于以上信息可以實(shí)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)對(duì)地面端設(shè)備的有效控制和管理。

中心節(jié)點(diǎn)與地面端設(shè)備的一組實(shí)際通信報(bào)文如圖5所示，報(bào)文序號(hào)0-3為注冊(cè)流程，之后的報(bào)文為正常通信流程。在注冊(cè)流程中，地面端設(shè)備首先發(fā)送0x400報(bào)文請(qǐng)求開(kāi)啟注冊(cè)流程，中心節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后回復(fù)0x300報(bào)文表示接受請(qǐng)求。地面端設(shè)備接著通過(guò)0x401報(bào)文發(fā)送自己請(qǐng)求注冊(cè)的ID，即0x5355，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)0x301報(bào)文回復(fù)相應(yīng)的地面端設(shè)備表示接受注冊(cè)。此時(shí)注冊(cè)流程完成，緊接著進(jìn)入周期性的正常通信流程，地面端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)設(shè)備ID 0x5355實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，地面端設(shè)備以100 ms為周期發(fā)送0x402報(bào)文，通告自己狀態(tài)信息，中心節(jié)點(diǎn)以100 ms為周期發(fā)送0x302報(bào)文對(duì)地面端設(shè)備進(jìn)行管理和控制。

在正常通信流程中實(shí)際交互的報(bào)文信息如圖6所示。

2 多對(duì)多場(chǎng)景下的對(duì)位服務(wù)

由于車(chē)輛在多對(duì)多場(chǎng)景下會(huì)隨機(jī)駛近任一地面端設(shè)備，因此對(duì)位服務(wù)需要在車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備在尚未建立通信的情況下進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本文選擇使用LPE對(duì)位方法[4]，同時(shí)也可以通過(guò)LPE實(shí)現(xiàn)對(duì)于地面端設(shè)備的識(shí)別，表3和表4是車(chē)載端和中心節(jié)點(diǎn)在LPE對(duì)位階段時(shí)，WiFi通信的報(bào)文內(nèi)容。下面將對(duì)這一方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

當(dāng)沒(méi)有車(chē)載端設(shè)備接入中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)及其所管理的地面端設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，中心節(jié)點(diǎn)控制各個(gè)地面端線圈電流處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有車(chē)載端設(shè)備接入時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)控制所有處于可用狀態(tài)的地面端設(shè)備開(kāi)啟線圈電流，處于可用狀態(tài)是指地面端設(shè)備未與車(chē)載端設(shè)備建立通信連接且未處于無(wú)故障狀態(tài)。與此同時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)還會(huì)控制各個(gè)地面線圈電流處于不同頻率。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備靠近某個(gè)地面端設(shè)備時(shí)可以檢測(cè)到線圈的頻率，車(chē)載端設(shè)備會(huì)把檢測(cè)到的電流頻率發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)電流頻率可以查找到對(duì)應(yīng)的地面端設(shè)備，并將其當(dāng)前的線圈實(shí)際電流值發(fā)送到車(chē)載端，車(chē)載端設(shè)備收到實(shí)際電流值后可以計(jì)算得到當(dāng)前位置能夠輸出的最大功率，并判斷當(dāng)前是否處于對(duì)齊狀態(tài)。在對(duì)位流程中，車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)之間會(huì)實(shí)時(shí)交互電流頻率、實(shí)際電流值以及對(duì)位狀態(tài)，中心節(jié)點(diǎn)會(huì)將接收到的對(duì)位狀態(tài)通過(guò)控制報(bào)文發(fā)送給對(duì)應(yīng)的地面端設(shè)備，地面端設(shè)備可以根據(jù)對(duì)位狀態(tài)調(diào)整相應(yīng)的指示信息，如燈帶狀態(tài)，從而實(shí)時(shí)展示對(duì)位狀態(tài)。

5 2 WB線圈電流 WORD Factor：0.1 Offset：0

車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)在對(duì)位流程下的通信報(bào)文如上表所示。車(chē)載端設(shè)備的請(qǐng)求報(bào)文主要包括LPE對(duì)位使能請(qǐng)求位，線圈頻率檢測(cè)值，對(duì)齊狀態(tài)。中心節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)報(bào)文包括線圈頻率匹配結(jié)果，匹配到的地面端設(shè)備線圈的實(shí)際電流值。雙方在對(duì)位流程下以100 ms為周期進(jìn)行周期性報(bào)文交互。

3 車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備建立直接通信的解決方法

在車(chē)載端設(shè)備接收到來(lái)自用戶(hù)的充電請(qǐng)求前，車(chē)載端設(shè)備不需要與地面端設(shè)備建立直接的通信連接，因?yàn)榇藭r(shí)車(chē)輛隨時(shí)有可能駛離當(dāng)前地面端設(shè)備。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備收到充電請(qǐng)求后，為了可以進(jìn)行充電流程，車(chē)載端設(shè)備需要與地面端設(shè)備建立直接的通信連接。下面對(duì)建立直接通信連接的解決方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

為了增強(qiáng)安全性，中心節(jié)點(diǎn)管理的地面端設(shè)備的WiFi熱點(diǎn)處于隱藏狀態(tài)，由中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理各個(gè)WiFi熱點(diǎn)的相關(guān)信息，包括SSID和密碼。當(dāng)需要建立通信連接時(shí)，車(chē)載端設(shè)備需要從中心節(jié)點(diǎn)處獲得相應(yīng)地面端設(shè)備的WiFi熱點(diǎn)信息，同時(shí)為了保證熱點(diǎn)信息的可用性?xún)H為本次充電，中心節(jié)點(diǎn)需要在每次車(chē)載端設(shè)備請(qǐng)求熱點(diǎn)信息時(shí)為相應(yīng)的地面端設(shè)備配置一組完全不同的隨機(jī)熱點(diǎn)信息。

表5給出了車(chē)載端設(shè)備向中心節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求地面端設(shè)備的WiFi熱點(diǎn)信息時(shí)的請(qǐng)求報(bào)文內(nèi)容。表6給出了中心節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后的響應(yīng)報(bào)文內(nèi)容，同時(shí)使用隨機(jī)生成的一組WiFi熱點(diǎn)配置信息控制相應(yīng)的地面端設(shè)備重新配置WiFi熱點(diǎn)。配置完成后中心節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前生效的WiFi熱點(diǎn)信息發(fā)送給車(chē)載端設(shè)備，車(chē)載端設(shè)備收到此信息后首先通知中心節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)當(dāng)前連接，當(dāng)與中心節(jié)點(diǎn)結(jié)束會(huì)話(huà)后，車(chē)載端設(shè)備利用接收到的WiFi熱點(diǎn)信息與地面端設(shè)備建立直接的通信連接。

在以上流程中涉及中心節(jié)點(diǎn)對(duì)地面設(shè)備的WiFi配置。圖7給出了中心節(jié)點(diǎn)的過(guò)程狀態(tài)機(jī)，圖8給出了地面設(shè)備的過(guò)程狀態(tài)機(jī)。WiFi配置流程由中心節(jié)點(diǎn)發(fā)起，中心節(jié)點(diǎn)首先通過(guò)控制報(bào)文請(qǐng)求對(duì)應(yīng)地面端設(shè)備進(jìn)入WiFi配置流程，地面端設(shè)備收到請(qǐng)求后通過(guò)狀態(tài)報(bào)文更新響應(yīng)結(jié)果，并開(kāi)始等待接收來(lái)自中心節(jié)點(diǎn)的WiFi配置信息，包括SSID和密碼。中心節(jié)點(diǎn)收到響應(yīng)后利用隨機(jī)算法生成一組SSID和密碼信息，它們的長(zhǎng)度均為10字節(jié)，并通過(guò)WiFi配置信息報(bào)文將其發(fā)送給地面端設(shè)備。地面端設(shè)備收到完整的配置信息后重新配置并啟動(dòng)WiFi熱點(diǎn)，并在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)狀態(tài)報(bào)文實(shí)時(shí)更新WiFi熱點(diǎn)配置狀態(tài)。當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)檢查到地面端設(shè)備WiFi熱點(diǎn)配置完成后WiFi配置流程結(jié)束，中心節(jié)點(diǎn)會(huì)把當(dāng)前地面端設(shè)備的熱點(diǎn)信息發(fā)給對(duì)應(yīng)的車(chē)載端設(shè)備，供其進(jìn)行連接。

4 多對(duì)多場(chǎng)景下的整體通信流程設(shè)計(jì)

不同于個(gè)人私樁場(chǎng)景下的通信，多對(duì)多場(chǎng)景下的通信流程涉及到車(chē)載端設(shè)備、中心節(jié)點(diǎn)以及地面端設(shè)備間的通信，同時(shí)也要能夠做到對(duì)私樁通信流程的兼容，下面將對(duì)這一通信流程做整體性地說(shuō)明。

車(chē)載端設(shè)備在尚未建立通信的情況下處于SB（待機(jī)，Standby）狀態(tài)，當(dāng)車(chē)載端設(shè)備搜索到有中心節(jié)點(diǎn)可以連接時(shí)，會(huì)與中心節(jié)點(diǎn)建立WiFi連接，系統(tǒng)進(jìn)入SI（服務(wù)初始化，Service Initiate）狀態(tài)。圖9給出了從待機(jī)到服務(wù)初始化的流程順序。SI狀態(tài)下的通信流程主要是進(jìn)行兼容性檢查，車(chē)載端設(shè)備可以通過(guò)兼容性檢查報(bào)文獲知當(dāng)前連接的設(shè)備是私樁地面端設(shè)備還是中心節(jié)點(diǎn)，從而決定接下來(lái)的通信流程。有些車(chē)載端設(shè)備可能并不支持公樁通信流程，在這種情況下兼容性檢查流程將不會(huì)通過(guò)，車(chē)載端設(shè)備可以斷開(kāi)當(dāng)前通信連接。

SI通信流程通過(guò)后，系統(tǒng)進(jìn)入AA（等待對(duì)齊，Awaiting Alignment）階段，如圖10所示，車(chē)載端設(shè)備在AA階段下進(jìn)行對(duì)位流程，此時(shí)車(chē)輛可以選擇駛近任一地面端設(shè)備，只要車(chē)載端設(shè)備能夠感應(yīng)到電流就能夠識(shí)別到對(duì)應(yīng)的地面端設(shè)備并進(jìn)行對(duì)位。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備之間的相對(duì)位置進(jìn)入到充電容忍區(qū)域后，車(chē)載端設(shè)備可以選擇結(jié)束對(duì)位，當(dāng)然車(chē)輛也可以選擇駛向另一個(gè)地面端設(shè)備，此時(shí)將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行對(duì)位流程。具體的對(duì)位流程細(xì)節(jié)可以參看第3節(jié)。

AA通信流程結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入IDLE（空閑）狀態(tài)，當(dāng)不需要充電時(shí)，車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行保活報(bào)文的交互。當(dāng)需要充電時(shí)，車(chē)載端設(shè)備首先需要從中心節(jié)點(diǎn)獲取對(duì)應(yīng)地面端設(shè)備的WiFi熱點(diǎn)信息，然后與中心節(jié)點(diǎn)結(jié)束會(huì)話(huà)，最后通過(guò)WiFi熱點(diǎn)信息與地面端設(shè)備建立WiFi連接。圖11給出了空閑階段的流程順序。

車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備建立直接通信后進(jìn)行的通信流程與私樁保持一致。首先車(chē)載端設(shè)備需要與地面端設(shè)備進(jìn)行鎖頻通信流程，鎖頻結(jié)束后系統(tǒng)進(jìn)入PT階段，系統(tǒng)在PT階段進(jìn)行功率傳輸，直至充電完成后停止充電，系統(tǒng)返回到SB狀態(tài)，整個(gè)多對(duì)多通信流程結(jié)束。圖12給出了PT階段的流程順序。

5 多對(duì)多通信實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本節(jié)將展示實(shí)測(cè)中記錄的一組多對(duì)多通信報(bào)文數(shù)據(jù)。本節(jié)數(shù)據(jù)不包括鎖頻及功率傳輸階段的報(bào)文數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@兩個(gè)階段的報(bào)文與個(gè)人私樁場(chǎng)景下的報(bào)文完全一致。

如表7所示，在SI階段，車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)交互兼容性檢查報(bào)文，0x20為兼容性檢查請(qǐng)求報(bào)文命令碼，0x21為兼容性檢查響應(yīng)報(bào)文命令碼。報(bào)文數(shù)據(jù)項(xiàng)包含了進(jìn)行兼容性檢查的必要信息。

如表8所示，在AA階段，車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)交互LPE對(duì)位報(bào)文，0x2C為L(zhǎng)PE請(qǐng)求報(bào)文命令碼，0x2D為L(zhǎng)PE響應(yīng)報(bào)文命令碼。在對(duì)位流程開(kāi)始時(shí)，車(chē)載端設(shè)備會(huì)發(fā)送開(kāi)啟對(duì)位請(qǐng)求，同時(shí)請(qǐng)求的電流大小為16 A。接著，當(dāng)車(chē)載端設(shè)備檢測(cè)到線圈頻率后，會(huì)將檢測(cè)到的結(jié)果發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，如報(bào)文179所示，此時(shí)檢測(cè)到的線圈頻率為83500 Hz。中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的線圈頻率檢查是否與某個(gè)地面端設(shè)備匹配，如果匹配成功，則將匹配結(jié)果及對(duì)應(yīng)地面端設(shè)備的線圈電流實(shí)際值發(fā)送給車(chē)載端設(shè)備，如報(bào)文24217所示。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備收到匹配成功的結(jié)果后，為進(jìn)一步提高對(duì)位檢測(cè)精度，會(huì)將請(qǐng)求電流值提升至32 A，中心節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后控制相應(yīng)地面端設(shè)備的電流值提升至32 A。在此狀態(tài)下，車(chē)載端設(shè)備可以進(jìn)行對(duì)位狀態(tài)的判定，并將結(jié)果發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，如報(bào)文189所示，此時(shí)系統(tǒng)處于已對(duì)齊狀態(tài)。當(dāng)對(duì)齊完成后，車(chē)載端設(shè)備發(fā)送停止對(duì)位請(qǐng)求，中心節(jié)點(diǎn)收到該請(qǐng)求后控制相應(yīng)地面端設(shè)備的線圈電流降至0 A，對(duì)位結(jié)束。

如表9所示，系統(tǒng)進(jìn)入IDLE狀態(tài)后，在未開(kāi)啟充電時(shí)，車(chē)載端設(shè)備與中心節(jié)點(diǎn)只交互保活報(bào)文，其中0x05為車(chē)載端保活報(bào)文命令碼，0x06為中心節(jié)點(diǎn)保活報(bào)文命令碼。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備需要進(jìn)行充電時(shí)，首先會(huì)向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送充電樁信息請(qǐng)求報(bào)文，中心節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后控制相應(yīng)地面端設(shè)備進(jìn)行WiFi配置，同時(shí)將配置狀態(tài)發(fā)送到車(chē)載端設(shè)備。當(dāng)WiFi配置完成后，中心節(jié)點(diǎn)會(huì)將WiFi熱點(diǎn)信息，包括SSID和密碼，發(fā)送到車(chē)載端設(shè)備，如報(bào)文24547所示。當(dāng)車(chē)載端設(shè)備收到WiFi熱點(diǎn)信息后，會(huì)發(fā)送通信結(jié)束請(qǐng)求報(bào)文，請(qǐng)求結(jié)束與中心節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前會(huì)話(huà)，當(dāng)收到中心節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)后，車(chē)載端設(shè)備斷開(kāi)與中心節(jié)點(diǎn)的通信，與地面端設(shè)備進(jìn)行連接，多對(duì)多通信至此結(jié)束。

6 結(jié)論

針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)在多對(duì)多應(yīng)用場(chǎng)景下需要面對(duì)的一些重要問(wèn)題，本文提出的基于中心節(jié)點(diǎn)架構(gòu)的解決方案都能有效應(yīng)對(duì)。

1）對(duì)于車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備間的對(duì)位與識(shí)別問(wèn)題，通過(guò)使用中心節(jié)點(diǎn)作為通信中繼，可以實(shí)現(xiàn)在車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備不建立直接通信連接的情況下做到識(shí)別和對(duì)位。

2）對(duì)于車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備如何建立直接通信連接的問(wèn)題，通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理地面端設(shè)備的WiFi熱點(diǎn)信息，在增強(qiáng)了安全性的同時(shí)，使車(chē)載端設(shè)備與地面端設(shè)備能夠建立起一次性的WiFi通信連接。

3）對(duì)于多個(gè)地面端設(shè)備如何管理的問(wèn)題，通過(guò)引入中心節(jié)點(diǎn)以及基于CAN的局域網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，有效解決了多設(shè)備管理的問(wèn)題。

4）對(duì)于多對(duì)多場(chǎng)景下的通信流程問(wèn)題，本文提出了一種行之有效的解決方案，并保證了對(duì)于私樁場(chǎng)景下的兼容。

本文提出的解決方案經(jīng)過(guò)了實(shí)際驗(yàn)證，可以應(yīng)用于多對(duì)多場(chǎng)景下的無(wú)線充電，但是如何做到在更大區(qū)域范圍內(nèi)支持更多的設(shè)備還有待進(jìn)一步探索。

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