基于车联网网络连接的在线预约充电系统设计

黄秋光 张 亮 庄济宁 程 登

（ 上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

1 研究背景

随着新能源技术的发展，越来越多的新能源汽车已经进入到各大城市的市场当中。且城市的新能源汽车充电桩增设逐渐增多，造成电网负荷增加。各电网机构为了均衡用电时间，缓解电网负荷，采取了分时段的用电收费模式，显然高峰期时段用电费用较高[1-2]。目前各大充电桩也提出了预约充电的方法，但是充电桩进行预约充电的方式需要插上充电枪以后且需要维持网络信号良好状态下进行预约充电。该方式无法解决地下库网络信号不佳问题和插充电枪才能预约显然不便于用户使用。

2 车联网网络连接方式

远程预约充电需要通过车联网网络连接的方式实现。整车需要与车辆网远程服务平台保持长连接的通信状态，可以实时进行远程预约充电。但现有的网络连接存在这样的矛盾点：车载终端作为整车与远程服务平台的接口，如何能保证整车处于响应状态，又确保整车不容易馈电即保证静态电流控制在标定范围内[3]。预约充电功能需要车载终端实时响应远程服务平台的指令，在接收到预约充电请求和预约充电时间时能进行计时比较运算，在到达预约充电时间时给整车下发允许充电指令到CAN 网络。对于预约充电这样的要求，需要定义车载终端的休眠唤醒策略。

车载终端与远程服务平台链接采用TCP/IP 的协议栈，保持与车载终端维持长连接状态。车载终端与远程服务平台的远程控制指令交互分为实时指令和异步指令。

对于同步指令，当车载终端接收到远程控制指令时，将整车网络唤醒，维持15 秒的网络唤醒帧，并在15 秒内将整车远程控制结果反馈到远程服务平台。每一个控制指令维持15 秒钟唤醒源后，未接收到远程控制指令时，将进入休眠状态。进入休眠后的零部件，每隔9 分30 秒发送心跳包，心跳包维持时间30秒。

图1 车载终端的网络唤醒和休眠策略

图2 在线预约充逻辑

异步指令是针对远控指令中执行器模块执行超过15 秒或者存在其他远程控制指令需要在超过15 秒后的某个时间点执行动作。对于异步指令，远程服务平台下发控制指令给到车载终端后，15 秒内直接反馈远程服务平台指令是否收到，若平台没有收到，则认为服务超时。车载终端接收到指令后开始计时并进入休眠状态，此时车载终端保持心跳包的方式与远程服务平台保持长连接，在9 分30 秒内车载终端进入完全休眠状态，静态电流低于5mA。之后30 秒内向远程服务平台发送心跳包，UCU 处于半休眠状态，即不发送报文，但会进行逻辑判断，如会判断当前是否需要唤醒CAN 网络并发送指令或者反馈整车状态，30 秒内车载终端静态电流低于30mA。

预约充电则采用了异步指令的网路连接方法，该方法很好地保证网络长连接及平衡了车辆能量功耗，降低整车亏电风险。（图1、图2）

3 在线预约充电系统设计

当远程服务平台将预约充电指令下发到车载终端后，车载终端收到预约充电请求后存储对应的预约充电时间。车载终端首先会判断整车CAN 网络是否处于唤醒状态，当整车处于唤醒状态，比当前时间和预约充电时间。若当前时间未达到预约充电时间，则向CAN 网络发禁止充电请求，整车控制器将限制OBC 系统执行高压充电。此时若CAN 网络保持唤醒状态，则UCU 会实时比较当前时间与预约充电时间，到预约充电时间时将持续发送允许充电指令，不再进行时间校验。

当整车处于未行车和充电情况会进行整车网络休眠来确保低压蓄电池的供电时长。因此预约充电的使用场景更多是处于网络休眠状态。当整车处于休眠状态时，车载终端收到预约充电请求后先存储对应的预约充电时间且不唤醒整车网络。车载终端判断当前时间是否到达预约充电时间，若到达预约充电时间则唤醒整车并下发允许充电请求，则对应的整车控制器和高压系统模块允许充电。若未到达预约充电时间则终端持续休眠，按照异步指令的方式每十分钟发起心跳包并且在30 秒的心跳包内终端进入半休眠状态，期间持续判断当前时间是否已经处于预约充电时间。当到达预约充电时间，车载终端立即唤醒整车并下发允许充电指令，整车进入可充电模式。

假设休眠期间存在整车类似人为用车、中途插充电枪等场景引起的CAN 网络唤醒，则车载终端也会立即随着CAN 网络唤醒，并判断当前时间是否到达预约充电时间，若没有到达预约充电时间发出禁止充电指令请求，之后会随着CAN 网络唤醒休眠。

4 结论

本文探讨了一种基于车联网网络连接策略的预约充电管理系统，在有效避免整车唤醒时间生产的亏电风险的基础上，解决了现有的预约充电系统存在的网络信号不好下无法进行预约充电和受限于充电桩类型、厂家的问题。