一种多枪共享充电控制系统及其组网方法与流程

本发明涉及电动汽车充电，特别指一种多枪共享充电控制系统及其组网方法。

背景技术：

1、电动汽车充电桩与电动汽车之间存在两类通信机制：控制导引通信和高层数字通信。iec 61851-1规定的1khz pwm信号用于连接状态指示、允许电流传输及高层通信触发等控制导引功能。在直流快充场景中，pwm不宜作为直流输出功率的唯一调节手段，直流输出电压、电流和功率通常由iso 15118或din spec 70121等高层通信协商后，通过功率模块执行。plc数字通信在cp针上叠加高频plc信号（1.8mhz~30mhz），用于实现充电参数协商、认证、付费等高层通信功能。两类机制共同构成现有ccs充电通信体系。

2、在欧美市场，典型的大功率直流充电桩常采用每枪独立secc（supply equipmentcommunication controller，供电设备通信控制器）通信控制模块的架构。secc是evse侧（electric vehicle supply equipment，电动汽车供电设备）用于执行iso 15118、dinspec 70121等高层充电通信协议的通信控制功能单元。工程产品中的secc通信控制模块通常包括用于运行协议栈的secc mcu，以及用于实现homeplug green phy物理层通信的plc调制解调器。每个充电枪对应一套secc mcu和plc调制解调器，各枪之间通常通过can或以太网进行功率协调。相关标准包括iso 15118系列（iso 15118-1~20）、din spec 70121、homeplug green phy规范等。

3、结合图1所示，现有yaoq主要厂商的公开资料主要体现为每枪独立secc通信控制模块或每枪独立plc调制解调器方案。

4、现有技术方案存在以下四个主要问题：

5、1、硬件成本过高

6、每枪独立配置secc通信控制模块，硬件成本随枪数线性增长。每增加一把充电枪，就需要增加一套secc mcu、协议栈运行资源和plc调制解调器，造成协议处理硬件和物理层通信硬件的重复配置。

7、2、共享plc资源后缺少多枪通信对应机制

8、当多把充电枪共用同一plc调制解调器时，来自不同车辆的slac广播报文和持续通信报文汇聚至同一plc接口。若不能依据每枪控制导引状态、hlc触发时机、车辆mac地址、runid及后续连接或会话标识建立枪车对应关系，共享secc mcu将无法判断报文所属充电枪，也无法同时维护多个车辆的充电通信过程。

9、3、多枪支路并接引起plc信号传输条件变化

10、当多把充电枪的耦合解耦支路并联接入同一plc信号通道时，在线车辆数量、枪线长度以及各支路耦合参数的变化会改变共享端口的等效负载，并可能引起plc信号幅度和频率响应变化。传统每枪独立plc调制解调器方案不存在多支路共用同一plc端口的问题，因而缺少针对共享plc信号通道的统一信号调理结构。

11、4、mcu接口数量限制了充电枪的最大数量

12、在传统每枪独立plc调制解调器的架构中，每个plc调制解调器与主控mcu或seccmcu之间通过spi等接口进行数据通信。然而，mcu通常仅提供有限数量的高速外设接口，若每枪均配置独立plc调制解调器，接口数量会限制可支持的充电枪数量。若需支持更多枪数，则需要增加mcu数量、secc通信控制模块数量或使用接口扩展芯片，这不仅增加硬件复杂度与成本，还会带来通信延迟增加和实时性下降的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多枪共享充电控制系统及其组网方法，解决现有多枪充电桩重复配置secc mcu和plc调制解调器造成的硬件成本高、共享plc资源后多枪通信对应关系不明确、外设接口扩展复杂，以及多枪耦合支路并接后plc信号传输条件发生变化等技术问题。

2、为达成上述目的，本发明的解决方案为：

3、第一方面，本发明提供一种多枪共享充电控制系统，包括：

4、至少两把充电枪；

5、共享secc mcu，用于运行iso 15118和/或din spec 70121高层充电通信协议栈，并分别维护各充电枪对应的充电通信上下文；

6、共享plc调制解调器，通过通信接口与所述共享secc mcu连接，被配置为经共享plc信号通道与各充电枪对应的车端plc节点进行链路层报文收发，并支持至少两个车端plc节点加入共享plc逻辑网络；

7、plc信号调理网络，连接于所述共享plc调制解调器与各充电枪对应的耦合解耦回路之间，用于形成所述共享plc信号通道并适应多支路接入引起的plc信号传输条件变化；

8、每把充电枪分别对应独立的pwm生成模块、控制导引状态检测电路和耦合解耦回路，所述pwm生成模块用于向对应充电枪的cp线路输出控制导引信号，所述控制导引状态检测电路用于检测对应cp线路的电压或状态，所述耦合解耦回路用于在共享plc信号通道与对应充电枪的cp/pe线路之间双向耦合plc信号；

9、各耦合解耦回路的plc侧端口并联接入所述共享plc信号通道，各耦合解耦回路的线缆侧端口分别连接对应充电枪的cp/pe线路，各pwm生成模块和控制导引状态检测电路分别连接对应充电枪的cp线路；

10、所述共享secc mcu根据车辆通信标识与充电枪通信上下文之间的对应关系，将所述共享plc调制解调器收发的报文对应至相应充电枪。

11、优选方案，所述plc信号调理网络包括：

12、发送调理支路，包括有源滤波电路以及可变增益或衰减单元，用于对所述共享plc调制解调器输出的发送信号进行工作频段选择、频率响应补偿和幅度调节；

13、接收调理支路，包括有源滤波电路以及可变增益单元，用于对从所述共享plc信号通道接收的信号进行工作频段选择、带外干扰抑制和幅度调节；

14、收发分路/合路及端口负载适配单元，分别连接所述发送调理支路、接收调理支路和共享plc信号通道，用于形成双向公共端，并通过阻尼网络、可切换终端网络、反馈网络或可调阻抗网络中的至少一种进行端口适配；

15、所述发送调理支路、接收调理支路以及收发分路/合路及端口负载适配单元能够分立设置、部分集成或集成于所述共享plc调制解调器的模拟前端。

16、优选方案，每把充电枪的所述耦合解耦回路包括：

17、耦合电容，用于在共享plc信号通道与对应充电枪的cp/pe线路之间耦合plc高频信号；

18、耦合变压器以及阻尼或滤波网络，用于实现电气隔离、频率选择或振铃抑制；

19、各耦合解耦回路的plc侧端口并联接入经所述plc信号调理网络形成的共享plc信号通道，各耦合解耦回路的线缆侧端口分别连接对应充电枪的cp/pe线路。

20、优选方案，所述共享secc mcu被配置为分别控制各pwm生成模块输出高层通信触发状态，并对尚未进入匹配过程的待匹配充电枪设置相互区分的hlc触发窗口。

21、优选方案，所述共享plc逻辑网络为homeplug green phy逻辑网络avln；

22、所述共享plc调制解调器在所述共享secc mcu控制下为所述avln配置并使用一组网络标识nid和网络成员密钥nmk；

23、至少两个车端plc节点分别使用不同的mac地址加入所述avln；

24、所述共享secc mcu根据车辆mac地址、runid、网络层地址、传输层连接标识或iso15118会话标识中的至少一种，将所述共享plc调制解调器收发的报文映射至对应充电枪的通信上下文。

25、优选方案，各充电枪对应支路的耦合电容参数、阻尼网络或滤波网络参数以及plc信号调理参数，根据枪线长度等级、支路插入损耗、耦合参数或端口等效负载中的至少一种进行标定或选取。

26、第二方面，本发明提供一种多枪共享充电组网方法，该组网方法应用于包括共享secc mcu、共享plc调制解调器、plc信号调理网络及至少两把充电枪的充电桩，所述组网方法包括

27、分别检测各充电枪的控制导引状态，并通过各充电枪对应的独立pwm生成模块控制对应cp线路的控制导引信号；

28、当至少两把待匹配充电枪存在时，为所述待匹配充电枪设置相互区分的hlc触发窗口，在相应hlc触发窗口内使所选充电枪输出高层通信触发状态，并使尚未进入匹配过程的其他待匹配充电枪维持非高层通信触发状态；

29、接收车端plc节点广播的cm_slac_parm.req报文，并根据所述hlc触发窗口、报文源mac地址和runid，将所述车端plc节点与对应充电枪的通信上下文建立绑定；

30、完成所述绑定后，分别维护各充电枪对应的slac上下文，并允许多个slac上下文在时间上重叠推进；

31、匹配完成后，使至少两个车端plc节点使用不同mac地址加入由所述共享plc调制解调器配置并使用的共享plc逻辑网络；

32、根据车辆mac地址、网络层地址、传输层连接标识或iso 15118会话标识中的至少一种，将持续通信报文映射至对应充电枪的通信上下文。

33、优选方案，slac参数交换包括车端plc节点广播cm_slac_parm.req报文以及共享secc mcu经共享plc调制解调器回复cm_slac_parm.cnf报文；

34、slac匹配包括车端plc节点发送cm_slac_match.req报文以及共享secc mcu经共享plc调制解调器回复cm_slac_match.cnf报文；

35、共享secc mcu并行维护的slac上下文数量满足适用版本iso 15118-3规定的evse并行匹配处理能力，且错开hlc触发窗口不用于将完整slac过程依次串行执行。

36、优选方案，在车端plc节点加入共享plc逻辑网络后：

37、共享plc调制解调器接收携带源mac地址或目的mac地址的链路层报文；

38、共享secc mcu依据mac地址查询对应的充电枪通信上下文和逻辑secc实例；

39、共享secc mcu依据网络层地址、传输层连接标识或iso 15118会话标识进一步区分同一车辆对应的持续通信连接；

40、共享secc mcu将接收报文分发至对应逻辑secc实例，并将各逻辑secc实例的发送报文封装为以目标车辆mac地址为目的地址的链路层报文。

41、优选方案，当某充电枪在加入共享plc逻辑网络之前发生slac超时或匹配失败时，删除或暂停该充电枪对应的slac上下文和枪车绑定，不将其作为持续通信会话处理；

42、当某充电枪在加入共享plc逻辑网络之后发生持续通信中断时，删除或暂停该充电枪对应的链路层地址、连接标识或会话标识映射，并释放其占用的持续通信处理资源；

43、其余充电枪对应的slac上下文、plc耦合支路和持续通信会话保持运行。

44、采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

45、1、本发明通过至少两把充电枪共享同一secc mcu和同一plc调制解调器，减少每枪重复配置的协议处理硬件和plc通信硬件。

46、2、本发明为每把充电枪保留独立的pwm生成模块、控制导引状态检测电路和耦合解耦回路，使各枪控制导引状态能够分别处理。

47、3、本发明通过具有发送调理路径、接收调理路径以及收发分路/合路和端口负载适配功能的plc信号调理网络，适应多枪支路接入引起的信号传输条件变化。

48、4、本发明通过hlc触发窗口、车辆mac地址和runid建立枪车绑定，并在共享plc逻辑网络中依据链路层地址及会话标识分发报文，使单一共享plc调制解调器能够对应多个车端plc节点。