一種換電站藍牙交互系統設計方案

【摘" 要】針對新能源汽車換電站藍牙交互系統的控制策略進行研究，主要介紹新能源車輛到站前、車輛入站、換電準備、換電中、換電完成、車輛出站等交互控制邏輯。

【關鍵詞】換電站；低功耗藍牙；交互系統；控制邏輯

中圖分類號：U463.67" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2022 ）12-0008-02

Design Scheme of BLE Interactive System for Battery Swapping Station

YANG Tu-chao，LAI Rui-fu，SHI Zhi-jian，CHEN Wen-qin，REN Qiang，HOU Li-heng

（Automotive Engineering Research Institute of Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】This paper mainly studies the control strategy of Bluetooth interactive system for new energy vehicle power plant. This paper introduces the interactive control logic of new energy vehicles before arriving at the station，vehicle entering the station，power change preparation，power change in progress，power change completion，vehicle leaving the station，etc.

【Key words】battery swapping station；BLE；interactive system；control method

隨著新能源汽車的飛速發展，僅用充電手段已經難以滿足新能源汽車市場的補能需求，換電模式將成為新能源汽車補能方式的新賽道。換電模式是將新能源汽車的電池進行更換，以滿足車主的續航需求，是一種將車和電池分離進行補能的模式。不同于充電樁充電模式，換電模式可以大大節省車主的補能時間。

本文提出了一種換電站低功耗藍牙交互系統設計方案，換電站藍牙交互系統整體結構如圖1所示，主要包括車輛數字鑰匙藍牙模塊（SBM）、換電站藍牙模塊、控制系統、車聯網TSP、數字鑰匙后臺服務（DK Server）等部件構成。換電站通過低功耗藍牙與車載數字鑰匙藍牙模塊通信。換電站和車輛間建立藍牙數據傳輸通道并且快速地完成信號的交換以進入下一步工序。

換電站通信的關鍵是低功耗藍牙，低功耗藍牙（BLE）為低功耗操作而設計的，工作在2.4GHz無授權ISM頻段，共40個信道傳輸數據。低功耗藍牙起源于Bluetooth4.0版本，至今已發展到5.3版本。

1" 車輛到站前交互控制邏輯

車輛到站前交互控制邏輯如圖2所示，用戶通過手機APP下單換電業務，并將車輛行駛到換電站藍牙可識別范圍，換電站與車端藍牙自動建立連接，車端藍牙把與換電站藍牙連接狀態發送給高壓電池控制模塊。步驟如下。

1）用戶通過手機APP下單，成功后手機APP向TSP發送車輛換電訂單信息，TSP通過車輛VIN號、換電站藍牙模組MAC地址及用戶ID向數字鑰匙后臺請求車輛數字鑰匙相關信息。

2）TSP將車輛VIN號及接收到的數字鑰匙相關信息通過4G遠程通道發送給換電站控制系統，再由換電站控制系統通過UART發送給換電站藍牙模組。

3）換電站藍牙模組根據接收到的信息掃描目標車輛，然后發起連接。

4）換電站藍牙模組與車輛數字鑰匙模塊建立藍牙連接，并通過數字鑰匙認證，建立安全業務通道。

5）車輛數字鑰匙模塊將與換電站的藍牙連接狀態發送給車輛高壓電池控制模塊，換電站藍牙模組也將與車輛的藍牙連接狀態發送給控制系統主機。

2" 車輛到站藍牙交互控制邏輯

車輛到站藍牙交互控制邏輯如圖3所示，換電站根據內部傳感器/其它位置識別車輛進站，同時結合自動駕駛發送的泊車狀態信號發出車輛到站信號，車端藍牙轉發換電站車輛到位信號給高壓電池控制模塊，同時車輛狀態信號方向盤角度、擋位、腳制動、手制動、四門開閉狀態以及車端故障狀態通過車端藍牙轉發給換電站。步驟如下。

1）用戶等待換電業務系統叫號，叫到號后按照提示將車輛行駛到指定換電站前泊車起始區域并在車機上觸發車輛自動泊車。

2）車輛自動泊入到換電區域后，將泊車完成狀態通過藍牙通道發送給換電站藍牙模組，再由藍牙模組發送換電站控制系統。

3）換電站控制系統根據內部傳感器/位置信息以及自動泊車狀態識別車輛進站，并將“車輛進站”狀態信息發送給藍牙模組，再由藍牙模組通過藍牙通道發送給車輛。

4）車輛接收到換電站“車輛進站”狀態信息后，提示用戶進行換電準備前的操作，并將所需車輛狀態信息通過藍牙通道發送給換電站藍牙模組，再由藍牙模組發送換電站控制系統，車輛狀態信息包括：信號方向盤角度、擋位、腳制動、手制動、四門開閉狀態以及車端故障狀態。

5）換電站控制系統根據車輛狀態信息判斷是否滿足換電條件。

3" 換電過程藍牙交互控制邏輯

換電過程藍牙交互控制邏輯如圖4所示，換電中車端藍牙仍需繼續發送車輛狀態信號給換電站，如擋位、方向盤角度、四門開閉狀態、手制動、腳制動狀態以及車輛故障狀態，同時需轉發BMC高壓互鎖狀態、繼電器外側電壓、VCU換電模式狀態信號；車端藍牙需轉發換電站換電狀態信號、故障狀態信號、藍牙連接狀態信號給高壓電池控制模塊。步驟如下。

1）換電站控制系統檢測到車輛狀態滿足換電條件后開始執行換電，并將換電過程中的狀態信息發送給藍牙模組，再由藍牙模組通過藍牙通道發送給車輛，換電狀態信息包括：換電站換電狀態信號及故障狀態信號。

2）車輛接收到換電狀態信息后，將所需車輛狀態信息通過藍牙通道發送給換電站藍牙模組，再由藍牙模組發送換電站控制系統，車輛狀態信息包括：擋位、方向盤角度、四門開閉狀態、手制動、腳制動狀態、車輛故障狀態、BMC高壓互鎖狀態、繼電器外側電壓、VCU換電模式狀態信號。

4" 換電完成藍牙交互控制邏輯

換電完成藍牙交互控制邏輯如圖5所示，換電完成后，藍牙模組需實時轉發換電站狀態、故障狀態信號給車輛，車端藍牙需轉發車輛狀態信號給換電站，包括：BMC_HVIL狀態、VCU換電模式、VCU換電模式有效性信號以及車輛擋位、方向盤角度、四門開閉狀態、 腳制動狀態、手制動狀態、BMC與CCU通信狀態、藍牙通信狀態。步驟如下。

1）換電完成，換電站將換電完成狀態信息發送給藍牙模組，再由藍牙模組通過藍牙通道發送給車輛。

2）車輛接收到換電完成狀態信息后完成自檢，并將所需車輛狀態信息通過藍牙通道發送給換電站藍牙模組，再由藍牙模組發送換電站控制系統，車輛狀態信息包括：BMC_HVIL狀態、VCU換電模式、VCU換電模式有效性信號、車輛擋位、方向盤角度、四門開閉狀態、腳制動狀態、手制動狀態。

5" 車輛出站藍牙交互控制邏輯

車輛出站藍牙交互控制邏輯如圖6所示，換電站根據車輛位置識別以及車輛狀態信號發送“車輛出站”信號，車端藍牙轉發“車輛出站”信號給高壓電池控制模塊，自發送“車輛出站”信號5s后換電站主動斷開與車端的藍牙連接，所有藍牙交互信號停止發送。步驟如下。

1）換電站控制系統根據車輛位置識別以及車輛狀態將“車輛出站”狀態信息發送給藍牙模組，再由藍牙模組通過藍牙通道發送給車輛。

2）車輛收到“車輛出站”狀態信息5s后請求斷開與換電站藍牙連接。

3）藍牙連接斷開后，換電站清除緩存的車輛信息及相關數字鑰匙信息，換電站按照訂單順序同步下一個車輛信息并發起掃描建立連接。

6" 總結

為實現車輛到達換電站換電區后自動無感換電，車輛和換電站實現藍牙認證連接、交互通信，傳遞整車實時狀態信號給換電站，轉發換電站藍牙發出的信號到整車。到達目標車輛換電，后臺叫號后，需要換電站藍牙實時在線搜索目標車輛藍牙，搜索到后主動發起藍牙連接，車端藍牙把連接狀態信息通過總線告知高壓電池控制模塊。要求車、站藍牙識別范圍（＞10m），脫離識別范圍自動斷開連接。車、站藍牙通信需采用統一的、標準的通信協議。車輛、換電站必須都具有藍牙模塊通信相關硬件設備，可相互兼容正常通信。經實際測試驗證，該交互系統無感性能達到理想狀態。

參考文獻：

[1] 楊睿. 一種無人機自動換電系統的設計[J]. 機械工程與自動化，2022（5）：189-191.

[2] 劉洋. 純電動汽車換電模式可行性分析[J]. 時代汽車，2022（13）：97-99.

[3] 葉明瑞. 電動汽車換電站的設計[J]. 機械制造，2022（3）：27-30.

（編輯" 凌" 波）