一种基于T-BOX的新能源汽车智能补电技术

吴明林　程登　庄济宁　张森　张亮

中图分类号：U469.7 文献标识码：A

0 引言

随着电动汽车技术的快速进步，电动汽车的销量和市场份额迅速增长。智能化、网联化是电动汽车的重要发展方向，电动汽车上搭载了如车联网智能终端（T-BOX，Telematics BOX）、车身控制单元（BCM）、网关（GW）、整车控制器（VCU）、车机以及智能驾驶控制单元等多种电子控制单元（ECU），作为满足智能网联化的基础支持。此外，用户还会按需加装行车记录仪、GPS定位仪等产品，各类电子电器模块的异常唤醒或长期不休眠等问题，增加了对低压蓄电池的负担，导致低压蓄电池亏电的影响因素增多。

电动汽车的ECU模块也可能存在被其他网络节点异常唤醒一直不休眠或多次唤醒最终导致蓄电池亏电的现象。车辆蓄电池完全亏电后无法起动车辆，严重影响车辆的正常使用。而用户一般没有备用电源给车辆搭电，因此一旦车辆发生亏电，用户只能拨打救援电话。亏电问题导致用户用车体验很差，用户容易产生不满的情绪。

基于GB/T 32960–2016《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》的要求，电动汽车需搭载可联网的车载终端T-BOX。T-BOX作为电动汽车的主要联网节点，可通过网络连接云端并与云端交互;而在车端则可通过CAN 网络、以太网等方式与车内其他节点进行通讯。图1所示为经典“MCU+ 开放MPU架构”的T-BOX 交互链路图和车联网的链路。T-BOX中的微控制单元（MCU，Micro controller Unit） 端通过CAN控制器接收CAN 网络上的报文和控制自身模块报文的发送，通过串口与微处理器（MPU，Micro Processor Unit）模块交互;MPU模块通过嵌入式SIM 卡接入网络，应用层软件运行于Linux环境，一般采用模块化设计。电动汽车T-BOX 的主要功能就是采集车端CAN网络上的数据，将数據组包后通过网络上传至云端服务平台（TSP，Telematics ServiceProvider）。

车企根据此基本原理开发手机APP，具有调用TSP 平台接口查询车辆当前时间状态的功能，如查询电量、里程、小计里程、定位、电池包状态和门窗锁止状态等。一般的查询策略有2 种.一种是APP可以随时调用车辆的实时状态，而实时状态数据需要通过TSP平台发送唤醒指令将T-BOX及其他节点唤醒。当异常情况或反复刷新APP拉取数据时，可能存在导致某一节点无法休眠的风险。这种方式可能是导致蓄电池亏电的低风险因素。

另一种是APP无法实时调用控制T-BOX 唤醒来查询车辆的实时状态，只能读取车辆最后上传至平台的数据。T-BOX可设置定时唤醒策略，来一起保证用户读取到的车辆状态信息是最近数小时内的数据。

在以T-BOX为车-云通信核心的架构下，可以考虑开发基于T-BOX的远程控制指令。鉴于上述提到的各种因素对电动汽车低压蓄电池的挑战，可以考虑开发一种特定场景下控制动力电池对低压蓄电池充电的功能。

本文提出一种基于T-BOX的智能补电功能，由T-BOX作为指令交互中转的节点，接收并转发控制指令，最终控制动力电池包给低压蓄电池补电。依托于新能源汽车大数据的蓄电池亏电预警，当用户接收到蓄电池亏电预警时，可以选择开启“一键补电”或者“手动补电”来选择性使用智能补电功能。在车辆满足补电条件的情况下，智能补电能有效降低车辆的亏电情况。

1智能补电逻辑链路设计

智能补电功能的指令是由用户在智能终端的APP 上选择开启，该指令经4G 网络传输至车企的TSP 平台，TSP 平台下发智能补电指令至车端T-BOX。T-BOX 接入TSP 平台需要进行认证和授权，TSP 平台与T-BOX 之间的交互通过MQTT 协议进行，并配置了安全加密。T-BOX首次入网认证时，通过https登陆平台，调用由平台提供的接口进行认证，认证通过后平台返回T-BOX 登陆MQTT 服务器的相关信息。T-BOX登陆MQTT 服务器后也需要进行认证，建立加密通信，登陆成功后才能进行业务交互。

T-BOX与TSP平台控制指令业务的交互过程如图2 所示。云端平台将控制指令发布到MQTT 服务器，车端T-BOX 订阅相应设备的主题，接收来自平台的字节流数据，然后在车端进行业务处理。而设备发送给云端的数据为json 字符串，云端服务器读取相关主题的数据进行业务处理。车端T-BOX 的网络状态和网联环境可能随时变化，为了维持TSP 平台与T-BOX 的连接，T-BOX可以设计添加周期发送的连接维持包至TSP，TSP 平台以此为依据显示当前设备的连接状态。

T-BOX完成与云端的认证且登陆成功接收到云端的智能补电指令后，T-BOX的MPU模块向云端返回接收指令应答，表示T-BOX已经接收到指令，并开始执行智能补电。此时T-BOX的MCU向CAN网络发送1帧网络唤醒帧，唤醒CAN 网络，并周期发送[ 补电请求=0x0]的报文至整车控制器VCU。T-BOX在没有接收到智能补电指令时，默认发送停止补电报文，即[ 补电请求=0x1]。此后的处理均在车端进行闭环处理，MCU通过事件报文将补电状态信息反馈给MPU，MPU通过网络将补电指令运行结果发送至云端（图3）。

VCU接收到来自T-BOX 的补电请求后，判断当前车辆状态是否满足补电条件。若满足补电条件，则向CAN 网络发送正常状态为可补电模式报文，BMS 接收到可补电模式报文后，控制DC-DC 开始工作，由动力电池给低压蓄电池充电。若车辆状态不满足补电条件，向CAN 网络发送非补电模式报文。

使用智能补电功能时，车辆需要同时满足以下条件。

（1）车辆处于下电状态，钥匙档位在OFF。

（2）动力蓄电池电量SOC大于设定阈值。

（3）充电枪未插入。

（4）车辆DC 状态无故障，可正常上高压。

（5）蓄电池电压处于可补电的区间9.0～12.3V。

T-BOX若持续接收到来自VCU发出的非补电模式报文超过2min，T-BOX则停止发送补电请求报文，并向云端TSP 反馈“不满足补电条件”。

若持续接收到来自VCU 发出的可补电模式报文，则车辆进入补电模式，持续发送补电请求，并向TSP 平台反馈进入“补电中”。当补电完成后，T-BOX 停止发送补电请求报文，向TSP平台反馈“补电完成”。当车辆从满足补电状态时进入补电状态后，若整车电量SOC刚好从大于等于设定阈值下降到小于设定阈值时，补电不中断，仍可补电至完成。

当车辆处于补电状态中，出现如表1所示任意一种状态时，经VCU判断，将发送对应的非补电模式报文。此时T-BOX持续10s检测到来自VCU 的非补电模式报文，T-BOX则停止发送补电请求报文，并向云端TSP 反馈当前补电中断的原因。

APP在設计智能补电的接口时，包括手动补电以及自动补电，应当有明显的补电条件相关说明（图4）。自动补电功能应当请求用户的许可签订协议才能正常使用，该功能与云端蓄电池亏电预警功能匹配使用。当TSP 经预警算法检测到车辆发生轻度亏电时，则自动下发智能补电，使车辆进入补电模式，使蓄电池得到保障。

基于T-BOX 上传的车辆状态数据来对车辆进行蓄电池亏电预警。当车辆出现一级亏电预警时，提示信息会发送给用户（短信、APP消息通知或弹窗等），此时用户可以选择使用智能补电功能，无需给车辆上电即可使车辆进入补电的状;也可以按需签订协议开启自动补电功能。若用户忽略一级亏电预警提示，且车辆仍处于不健康的状态时，会出现二级亏电预警，此时无法满足补电条件，建议用户给车辆保持上电，给蓄电池补电。

2 验证方案设计

根据前文定义的智能补电功能设计，台架试验以T-BOX为核心，利用CANoe等工具建立台架试验环境，设计如下。

（1）先在台架上调通T-BOX 与TSP 平台的接口交互，在APP 端下发补电功能指令。指令通过TSP转发到T-BOX，完成T-BOX与TSP的交互，根据交互的结果记录试验的状态及问题。

（2）在T-BOX与TSP平台建立交互成功的前提，搭建台架模拟TSP——T-BOX——车端CAN的实车交互网络环境，进行补电功能验证，并能在APP端反馈执行结果。

（3）在车端其他ECU 的软件功能条件支持T-BOX进行实车验证时，分别设计满足补电条件、不满足补电条件以及满足补电条件时退出补电的用例进行实车测试。

3 结束语

T-BOX作为新能源车联网技术连接云端、车端和用户端的桥梁，本文提出了一种基于T-BOX的智能补电技术。该功能正式上线后，结合亏电预警算法和亏电远程提醒技术，可以有效地减少车辆深度亏电以至于无法起动的现象次数，大大提升用户的用车体验。当然， 此功能仅做辅助用途，关键还是在于控制车辆各模块节点休眠电流以及车辆的规范使用。