電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議(GB/T 27930-2011)

1范圍 　　本標準規(guī)定了電動汽車非車載傳導式充電機（以下簡稱充電機）與電池管理系統(tǒng)（Battery Manage-ment System，以下簡稱BMS)之間基于控制器局域網（CAN）的通信物理層、數(shù)據鏈路層及應用層的定義。 　　本標準適用于采用傳導式充電方式的電動汽車非車載充電機與BMS(或具有充電控制功能的其他車輛控制單元）之間的通信協(xié)議。 　　2規(guī)范性引用文件 　　下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。 　　GB/T 19596電動汽車術語 　　ISO 11898-1:2003道路車輛 控制器局域網絡 第1部分：數(shù)據鏈路層和物理信令（Road vehi-cle-Control area network(CAN）一Part 1:Data link layer and physical signaling) 　　SAE J1939-11:2006商用車控制系統(tǒng)局域網CAN通信協(xié)議 第11部分：物理層一250K比特/秒，屏蔽雙絞線（Recommented practice for serial control and communication vehicle network-Part 11:Physical layer-250K bits/s，twisted shielded pair) 　　SAE J1939-21:2006商用車控制系統(tǒng)局域網CAN通信協(xié)議 第21部分：數(shù)據鏈路層（Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 21:Data link layer) 　　SAE J1939-73:2006商用車控制系統(tǒng)局域網CAN通信協(xié)議 第73部分：應用層一診斷（Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 73:Application Layer-Diagnostics 　　3術語和定義 　　GB/T 19596界定的以及下列術語和定義適用于本文件。 　　3.1 　　幀frame 　　組成一個完整信息的一系列數(shù)據位。 　　3.2 　　CAN數(shù)據幀CAN data frame 　　組成傳輸數(shù)據的CAN協(xié)議所必需的有序位域，以幀起始（SOF）開始，幀結束（EOF）結尾。 　　3.3 　　報文messages 　　一個或多個具有相同參數(shù)組編號的“CAN數(shù)據幀”。 　　3.4 　　標識符identifier 　　CAN仲裁域的標識部分。 　　3.5 　　標準幀standard frame 　　CAN總線中定義的使用11位標識符的CAN數(shù)據幀。 　　3.6 　　擴展幀extended frame 　　CAN總線中定義的使用29位標識符的CAN數(shù)據幀。 　　3.7 　　優(yōu)先權priority 　　在標識符中一個3位的域，設置傳輸過程的仲裁優(yōu)先級，最高優(yōu)先權為0級，最低優(yōu)先權為7級。 　　3.8 　　參數(shù)組parameter group；PG 　　在一報文中傳送參數(shù)的集合。參數(shù)組包括：命令、數(shù)據、請求、應答和否定應答等。 　　3.9 　　參數(shù)組編號parameter group number；PGN 　　用于唯一標識一個參數(shù)組的一個24位值。參數(shù)組編號包括：保留位、數(shù)據頁、PDU格式域(8位）、組擴展域(8位）。 　　3.10 　　可疑參數(shù)編號suspect parameter number；SPN 　　應用層通過參數(shù)描述信號，給每個參數(shù)分配的一個19位值。 　　3.11 　　協(xié)議數(shù)據單元protocol data unit；PDU 　　一種特定的CAN數(shù)據幀格式。 　　3.12 　　傳輸協(xié)議transport protocol 　　數(shù)據鏈路層的一部分，為傳送數(shù)據在9字節(jié)或以上的PGN提供的一種機制。 　　3.13 　　電子控制單元electronic control unit；ECU 　　電子控制單元，即車載電腦，由微機和外圍電路組成。 　　3.14 　　診斷故障代碼diagnostic trouble code；DTC 　　一種用于識別故障類型、相關故障模式以及發(fā)生次數(shù)的4字節(jié)數(shù)值。 　　4總則 　　4.1本標準充電機與BMS之間通信網絡采用CAN通信協(xié)議。 　　4.2在充電過程中，充電機和BMS監(jiān)測電壓、電流和溫度等參數(shù)，同時BMS根據充電控制算法管理整個充電過程。 　　4.3充電機與BMS之間的CAN通信網絡應由充電機和BMS兩個節(jié)點組成。 　　4.4本標準數(shù)據傳輸采用低位先發(fā)送的格式。正的電流值代表放電，負的電流值代表充電。 　　5物理層 　　采用本標準的物理層應符合ISO 11898-1:2003，SAE J1939-11:2006中關于物理層的規(guī)定。本標準充電機與BMS的通信應使用獨立于動力總成控制系統(tǒng)之外的CAN接口。充電機與BMS之間的通信速率可選用50kbit/s，125kbit/s或250kbit/s，本標準推薦采用250kbit/s。 　　6數(shù)據鏈路層 　　6.1幀格式 　　采用本標準的設備應使用CAN擴展幀的29位標識符，具體每個位分配的相應定義應符合SAEJ1939-21:2006的5.1中數(shù)據幀的規(guī)定． 　　6.2協(xié)議數(shù)據單元（PDU) 　　每個CAN數(shù)據幀包含一個單一的協(xié)議數(shù)據單元（PDU)，見表1。協(xié)議數(shù)據單元由七部分組成，分別是優(yōu)先權、保留位、數(shù)據頁、PDU格式、特定PDU，源地址和數(shù)據域。 　　6.3協(xié)議數(shù)據單元（PDU）格式 　　本標準選用SAE J1939-21:2006的5.3中定義的PDU1格式。 　　6.4參數(shù)組編號（PGN) 　　本標準PGN的第二個字節(jié)為PDU格式（PF)值，高字節(jié)和低字節(jié)位均為OOH。 　　6.5傳輸協(xié)議功能 　　本標準中BMS與充電機之間傳輸9字節(jié)或以上的數(shù)據使用傳輸協(xié)議功能。具體連接初始化、數(shù)據傳輸、連接關閉應遵循SAE J1939-21:2006的5.4.7和5.10中消息傳輸?shù)囊?guī)定。 　　6.6地址的分配 　　本標準網絡地址用于保證信息標識符的唯一性以及表明信息的來源。充電機和BMS定義為不可配置地址，即該地址固定在ECU的程序代碼中，包括服務工具在內的任何手段都不能改變其源地址。 　　充電機和BMS分配的地址如表2所示。 　　6.7信息類型 　　CAN總線技術規(guī)范支持五種類型的信息，分別為命令、請求、廣播／響應、確認和組功能。具體定義應遵循SAE J1939-21:2006的5.4中消息類型的規(guī)定。 　　7應用層 　　7.1本標準應用層采用參數(shù)和參數(shù)組定義的形式。 　　7.2采用PGN對參數(shù)組進行編號，各個節(jié)點根據PGN來識別數(shù)據包的內容。 　　7.3使用“請求PGN，來主動獲取其他節(jié)點的參數(shù)組。 　　7.4采用周期發(fā)送和事件驅動的方式來發(fā)送數(shù)據。 　　7.5如果需發(fā)送多個PGN數(shù)據來實現(xiàn)一個功能的，需同時收到該定義的多個PGN報文才判斷此功能發(fā)送成功。 　　7.6定義新的參數(shù)組時，盡量將相同功能的參數(shù)、相同或相近刷新頻率的參數(shù)和屬于同一個子系統(tǒng)內的參數(shù)放在同一個參數(shù)中；同時，新的參數(shù)組既要充分利用8個字節(jié)的數(shù)據寬度，盡量將相關的參數(shù)放在同一個組內，又要考慮擴展性，預留一部分字節(jié)或位，以便將來進行修改。 　　7.7修改第9章已定義的參數(shù)組時，不應對已定義的字節(jié)或位的定義進行修改；新增加的參數(shù)要與參數(shù)組中原有的參數(shù)相關，不應為節(jié)省PGN的數(shù)量而將不相關的參數(shù)加人到已定義的PGN中。 　　7.8充電過程中充電機和BMS各種故障診斷定義應遵循SAE J1939-73:2006的5.1中CAN總線診斷系統(tǒng)的要求，附錄B給出了故障診斷報文定義規(guī)范。 　　7.9充電階段的發(fā)送報文選項分必須和可選發(fā)送項，必須發(fā)送項的報文應嚴格按照報文格式和內容發(fā)送；無效信息單元或可選發(fā)送項在不需發(fā)送時，應對單字節(jié)參數(shù)設置為OxFF，對雙字節(jié)參數(shù)設置為OxFFFF，對四字節(jié)參數(shù)設置為OxFFFFFFFF。 　　7.10對于多字節(jié)的信息單元，無效或預留的字節(jié)以OxFF填充，無效或預留的位均置為1。 　　8充電總體流程 　　整個充電過程包括四個階段：充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結束階段。在各個階段，充電機和BMS如果在規(guī)定的時間內沒有收到對方報文或沒有收到正確報文，即判定為超時，超時時間除特殊規(guī)定外，均為5s；當出現(xiàn)超時后，BMS或充電機發(fā)送錯誤報文，并進人錯誤處理狀態(tài)。 　　充電總流程具體見圖1。 　　9報文分類 　　9.1充電握手階段 　　當充電機和BMS物理連接完成并上電后，BMS首先檢測低壓輔助電源是否匹配，如果低壓輔助電源匹配，雙方進人充電握手階段，確定電池和充電機的必要信息。典型的充電工作狀態(tài)轉換參見圖A.1。 　　充電握手階段報文應符合表3的要求。 　　9.2充電參數(shù)配置階段 　　充電握手階段完成后，充電機和BMS進人充電參數(shù)配置階段。在此階段，充電機向BMS發(fā)送充電機最大輸出能力的報文，BMS根據充電機最大輸出能力判斷是否能夠進行充電。典型的充電工作狀態(tài)轉換參見圖A.2。充電參數(shù)配置階段報文應符合表4的要求。 　　9.3充電階段 　　充電配置階段完成后，充電機和BMS進人充電階段。在整個充電階段，BMS實時向充電機發(fā)送電池充電需求，充電機根據電池充電需求來調整充電電壓和充電電流以保證充電過程正常進行。在充電過程中，充電機和BMS相互發(fā)送各自的充電狀態(tài)。除此之外，BMS根據要求向充電機發(fā)送動力蓄電池 　　具體狀態(tài)信息及電壓、溫度等信息。 　　BMS根據充電過程是否正常、電池狀態(tài)是否達到BMS自身設定的充電結束條件以及是否收到充電機中止充電報文來判斷是否結束充電；充電機根據是否收到停止充電指令、充電過程是否正常、是否達到人為設定的充電參數(shù)值，或者是否收到BMS中止充電報文來判斷是否結束充電。典型的充電工作狀態(tài)轉換參見圖A.3。充電階段報文應符合表5的要求。 　　9.4充電結束階段 　　當充電機和BMS停止充電后，雙方進人充電結束階段。在此階段BMS向充電機發(fā)送整個充電過程中的充電統(tǒng)計數(shù)據，包括：初始Soc、終了soc、電池最低電壓和最高電壓；充電機收到BMS的充電統(tǒng)計數(shù)據后，向BMS發(fā)送整個充電過程中的輸出電量、累計充電時間等信息，最后停止低壓輔助電源的輸出。典型的充電工作狀態(tài)轉換參見圖A.4。充電結束階段報文應符合表6的要求。 　　10報文格式和內容 　　10.1握手階段報文 　　10.1.1 PGN256充電機辨識報文（CRM) 　　報文目的：當充電機和BMS完成物理連接并上電后，該報文由充電機向BMS每隔250ms發(fā)送一次充電機辨識報文，用于確認充電機和BMS之間通信鏈路正確。在收到BMS辨識報文前，確認碼＝Ox00；在收到車載充電機辨識報文后，確認碼＝OXAA，PGN256報文格式見表8。 　　10.1.2 PGN512 BMS和車輛辨識報文（BRM) 　　報文目的：充電握手階段向充電機提供BMS和車輛辨識信息．當BMS收到SPN2560=OxOO的充電機辨識報文后向充電機每隔250ms發(fā)送一次，數(shù)據域長度超出8字節(jié)時，需使用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定，發(fā)送間隔為10ms，直到收到SPN2560=OxAA的充電機辨識報文為止。PGN512報文格式見表9。 　　10.2參數(shù)配置階段報文 　　10.2.1 PGN1536動力蓄電池充電參數(shù)報文（BCP) 　　報文目的：充電參數(shù)配置階段BMS發(fā)送給充電機的動力蓄電池充電參數(shù)。PGN1536報文格式見表10。 　　其中： 　　1)SPN2816單體動力蓄電池最高允許充電電壓 　　數(shù)據分辨率：0.01V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V-24V; 　　2)SPN2817最高允許充電電流 　　數(shù)據分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；數(shù)據范圍：一400A-0A; 　　3)SPN2818動力蓄電池標稱總能量 　　數(shù)據分辨率：0.1kW·h/位，0kW·h偏移量；數(shù)據范圍：0-1000kW·h; 　　4)SPN2819最高允許充電總電壓 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V-750V; 　　5)SPN2820最高允許動力蓄電池溫度 　　數(shù)據分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；數(shù)據范圍：一50℃一＋200℃; 　　6)SPN2821整車動力蓄電池荷電狀態(tài)（SOC) 　　數(shù)據分辨率：0.1%／位，0%偏移量；數(shù)據范圍：0-10000; 　　7)SPN2822整車動力蓄電池總電壓 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V-750V. 　　10.2.2 PGN1792充電機發(fā)送時間同步信息報文（CTS) 　　報文目的：充電參數(shù)配置階段充電機發(fā)送給BMS的時間同步信息。PGN1792報文格式見表11。 　　10.2.3 PGN2048充電機最大輸出能力報文（CML) 　　報文目的：充電機發(fā)送給BMS充電機最大輸出能力，以便估算剩余充電時間。PGN2048報文格式見表12。 　　其中： 　　1)SPN2824最高輸出電壓（V) 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范網：0V一＋750V; 　　2)SPN2825最低輸出電壓（V) 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V一＋750V; 　　3)SPN2826最大輸出電流（A) 　　數(shù)據分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；數(shù)據范圍：一400A-0A。 　　10.2.4 PGN2304 BMS充電準備就緒報文（BRO) 　　報文目的：BMS發(fā)送給充電機電池充電準備就緒報文，讓充電機確認BMS已經準備充電。PGN2304報文格式見表13。 　　10.3充電階段報文 　　10.3.1 PGN4096電池充電需求報文（BCL) 　　報文目的：讓充電機根據電池充電需求來調整充電電壓和充電電流，確保充電過程正常進行。如果充電機在100ms內沒有收到該報文，即為超時錯誤，充電機應立即結束充電。 　　在恒壓充電模式下，充電機的輸出的電壓應滿足電壓需求值，輸出的電流不能超過電流需求值；在恒流充電模式下，充電機輸出的電流應滿足電流需求值，輸出的電壓不能超過電壓需求值。PGN4096報文格式見表15。 　　其中： 　　1)SPN3072電壓需求 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V-750V; 　　2)SPN3073電流需求 　　數(shù)據分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；數(shù)據范圍：一400A-0A。 　　10.3.2 PGN4352電池充電總狀態(tài)報文（BCS) 　　報文目的：讓充電機監(jiān)視充電過程中電池組充電電壓、充電電流等充電狀態(tài)。PGN4352報文格式見表16。 　　10.3.3 PGN4608充電機充電狀態(tài)報文（CCS) 　　報文目的：讓BMS監(jiān)視充電機當前輸出的充電電流、電壓值等信息。如果BMS在100ms內沒有收到該報文，即為超時錯誤，BMS應立即結束充電．PGN4608報文格式見表17。 　　其中： 　　1)SPN3081電壓輸出值（V) 　　數(shù)據分辨率：0.1V／位，0V偏移量；數(shù)據范圍：0V-750V; 　　2)SPN3082電流輸出值（A) 　　數(shù)據分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；數(shù)據范圍：一400A一0A; 　　3)SPN3083累計充電時間（min) 　　數(shù)據分辨率：1min／位，0min偏移量；數(shù)據范圍：0min-600min。 　　10.3.4 PGN4864 BMS發(fā)送動力蓄電池狀態(tài)信息報文（BSM) 　　報文目的：充電階段BMS發(fā)送給充電機的動力蓄電池狀態(tài)信息。GN4864報文格式見表18。 　　其中： 　　1)SPN3085最高單體動力蓄電池電壓所在編號 　　數(shù)據分辨率：1/位，1偏移量；數(shù)據范圍：1-256; 　　2)SPN3086最高動力蓄電池溫度 　　數(shù)據分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；數(shù)據范圍：一50℃一＋200℃; 　　3)SPN3087最高溫度檢測點編號 　　數(shù)據分辨率：1/位，1偏移量；數(shù)據范圍：1-128; 　　4)SPN3088最低動力蓄電池溫度 　　數(shù)據分辨率：1℃／位，一51℃偏移量；數(shù)據范圍：一50℃一＋200℃; 　　5)SPN3089最低溫度檢測點編號 　　數(shù)據分辨率：1/位，1偏移量：數(shù)據范圍：1-128。 　　10.3.5 PGN5376單體動力蓄電池電壓報文（BMV) 　　報文目的：各個單體動力蓄電池電壓值。由于PGN5376的數(shù)據域的最大長度超出8字節(jié)，需使用傳輸協(xié)議功能傳輸，詳見6.5的規(guī)定。PGN5376報文格式見表19。 　　其中： 　　SPN3101-SPN3356分別對應＃1一＃256單體動力蓄電池電壓 　　1-12位：單體動力蓄電池電壓，數(shù)據分辨率：0.01V／位，0v偏移量；數(shù)據范圍：0v-24V; 　　13-16位：單體動力蓄電池的編號，數(shù)據分辨率：1/位，1偏移量：數(shù)據范圍：1-16。 　　10.3.6 PGN5632動力蓄電池溫度報文（BMT) 　　報文目的：動力蓄電池溫度。數(shù)據長度超出8字節(jié)時，需使用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定。PGN5632報文格式見表20。 　　其中： 　　SPN3361-SPN3488分別對應動力蓄電池1-128的溫度 　　數(shù)據分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；數(shù)據范圍：一50℃一＋200℃。 　　10.3.7 PGN5888動力蓄電池預留報文（BSP) 　　報文目的：動力蓄電池預留報文。數(shù)據域長度超出8字節(jié)時，需使用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定。PGN5888報文格式見表21。 　　10.3.8 PGN6400 BMS中止充電報文（BST) 　　報文目的：讓充電機確認BMS將發(fā)送中止充電報文以令充電機結束充電過程以及結束充電原因。PGN6400報文格式見表22。 　　10.3.9 PGN6656充電機中止充電報文（CST) 　　報文目的：讓BMS確認充電機即將結束充電以及結束充電原因。PGN6656報文格式見表23。 　　10.4.2 PGN7424充電機統(tǒng)計數(shù)據報文（CSD) 　　報文目的：確認充電機本次充電過程的充電統(tǒng)計數(shù)據。PGN7424報文格式見表25。