電動汽車非車載充電機(jī)監(jiān)控單元與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議（Q/CSG 11516.6—2010）

1范圍 　　本規(guī)范規(guī)定了電動汽車非車載充電機(jī)監(jiān)控單元（以下簡稱充電機(jī)監(jiān)控單元）與電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，以下簡稱BMS）之間的通信協(xié)議。在充電過程中，充電機(jī)監(jiān)控單元和BMS監(jiān)測電壓、電流和溫度等參數(shù)，同時BMS根據(jù)充電控制算法管理整個充電過程。 　　本規(guī)范適用于中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司及所屬（含代管）各有關(guān)單位電動汽車配套充電設(shè)施建設(shè)與改造工程的非車載充電機(jī)。 　　接入南方電網(wǎng)的用戶電動汽車充電設(shè)施可參照執(zhí)行。 　　2規(guī)范性引用文件 　　下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本規(guī)范，然而，鼓勵根據(jù)本規(guī)范達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本規(guī)范。 　　GB/T 19596:2004電動汽車術(shù)語 　　ISO 11898-1:2003 Road vehicle–Control area network(CAN)Part 1:Data link layer and physical signaling 　　ISO 11898-2:2003 Road vehicle–Control area network (CAN) Part 1:High-speed medium access unit 　　SAE J1939-11:1999 Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 11:Physical layer–250K bits/s, twisted shielded pair 　　SAE J1939-21:2001 Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 21:Data link layer 　　SAE J1939-71:2002 Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 71:Vehicle application layer 　　SAE J1939-73:2006 Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 73:Application Layer–Diagnostics 　　SAE J1939-81:2006 Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 81:Network Management 　　SAE J1939 Appendix B:2005 Address and Identity Assignments CAN總線2.0B版本 　　Q/CSG 11516.1-2010電動汽車充電設(shè)施通用技術(shù)要求 　　Q/CSG 11516.3-2010電動汽車非車載充電機(jī)技術(shù)規(guī)范 　　Q/CSG 11516.7-2010電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 　　3名詞術(shù)語 　　本規(guī)范所用術(shù)語和定義符合ISO 11898《道路車輛-控制局域網(wǎng)CAN》、SAE J1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》和Q/CSG 11516.1-2010《電動汽車充電設(shè)施通用技術(shù)要求》的規(guī)定。下列術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。 　　3.1幀frame 　　組成一個完整消息的一系列數(shù)據(jù)位。 　　3.2CAN數(shù)據(jù)幀CAN data frame 　　組成傳輸數(shù)據(jù)的CAN協(xié)議所必需的有序位域，以幀起始（SOF）開始，幀結(jié)束（EOF）結(jié)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(jù)幀”。 　　3.4標(biāo)識符identifier 　　CAN仲裁域的標(biāo)識部分。 　　3.5標(biāo)準(zhǔn)幀standard frame 　　《CAN總線2.0B版本》中定義的使用11位標(biāo)識符的CAN數(shù)據(jù)幀。 　　3.6擴(kuò)展幀extended frame 　　《CAN總線2.0B版本》中定義的使用29位標(biāo)識符的CAN數(shù)據(jù)幀。 　　3.7優(yōu)先權(quán)priority 　　在標(biāo)識符中一個3位的域，設(shè)置傳輸過程的仲裁優(yōu)先級，最高優(yōu)先級為0級，最低優(yōu)先級為7級。 　　3.8參數(shù)組paramenter 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(jù)、請求、應(yīng)答和否定應(yīng)答等。 　　3.9參數(shù)組編號paramenter group number(PGN) 　　用于唯一標(biāo)識一個參數(shù)組的一個24位值。參數(shù)組標(biāo)號包括：保留為、數(shù)據(jù)頁位、PDU格式域（8位）、組擴(kuò)展域（8位）。 　　3.10可疑參數(shù)編號suspect parameter number(SPN) 　　應(yīng)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(jù)單元protocol data unit(PDU) 　　一種特定的CAN數(shù)據(jù)幀格式。 　　3.12傳輸協(xié)議transport protocol 　　數(shù)據(jù)鏈路層的一部分，為傳送數(shù)據(jù)在9字節(jié)或以上的PGN提供的一種機(jī)制。 　　3.13單體蓄電池cell 　　構(gòu)成蓄電池的最小單元，一般由正極、負(fù)極及電解質(zhì)等組成，其標(biāo)稱電壓為電化學(xué)偶的標(biāo)稱電壓。 　　3.14蓄電池模塊battery module 　　一組相聯(lián)的單體蓄電池的組合。 　　3.15蓄電池組battery pack 　　由一個或多個蓄電池模塊組成的單一機(jī)械總成。 　　3.16診斷故障代碼diagnostic trouble code，DTC 　　一種用于識別故障類型、相關(guān)故障模式以及發(fā)生次數(shù)的4字節(jié)數(shù)值。 　　3.17停幀freeze frame 　　診斷故障代碼發(fā)生時截取的一部分運行參數(shù)。 　　4總則 　　考慮與道路車輛控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，在本規(guī)范中充電機(jī)監(jiān)控單元與電動汽車BMS之間的通信系統(tǒng)采用CAN（控制器局域網(wǎng)）通信協(xié)議。通信協(xié)議的物理層與ISO 11898《道路車輛-控制局域網(wǎng)CAN》標(biāo)準(zhǔn)相兼容，數(shù)據(jù)鏈路層符合《CAN總線2.0B版本》的規(guī)定。 　　5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 　　充電機(jī)監(jiān)控單元與電動汽車BMS之間的CAN通信網(wǎng)絡(luò)一般包括兩個節(jié)點，即充電機(jī)監(jiān)控單元和BMS。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖見圖1。 　　6物理層 　　采用本規(guī)范的通信物理層，應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898《道路車輛-控制局域網(wǎng)CAN》、SAE 1939-11《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-物理層》的規(guī)定。本規(guī)范BMS系統(tǒng)推薦采用雙CAN口，與充電機(jī)監(jiān)控單元的通信使用獨立的CAN口。位時間推薦采用4μs，對應(yīng)的位速率250kbit/s。 　　7數(shù)據(jù)鏈路層 　　數(shù)據(jù)鏈路層為物理連接之間提供可靠數(shù)據(jù)傳輸。本規(guī)范BMS與充電機(jī)之間的數(shù)據(jù)幀格式符合《CAN總線2.0B版本》的規(guī)定。 　　7.1幀格式 　　采用本規(guī)范的設(shè)備必須使用CAN擴(kuò)展幀的29位標(biāo)識符。具體每個位分配的相應(yīng)定義符合SAE J1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》的規(guī)定。 　　7.2協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU) 　　每個CAN數(shù)據(jù)幀包含一個單一的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），如表1所示。協(xié)議數(shù)據(jù)單元由七部分組成，分別是優(yōu)先級，保留位，數(shù)據(jù)頁，PDU格式，特定PDU，源地址和數(shù)據(jù)域。 　　7.3協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)格式 　　SAE J1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》規(guī)范定義兩種PDU格式：PDU1格式（PS為目標(biāo)地址）和PDU2格式（PS為組擴(kuò)展）。PDU1格式實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)幀定向到特定目標(biāo)地址的傳輸。PDU2格式僅用于不指向特定目標(biāo)地址的傳輸。本規(guī)范考慮到充電機(jī)監(jiān)控單元與BMS之間點對點方式通信的數(shù)據(jù)安全性，選用PDU1格式。 　　7.4參數(shù)組編號(PGN) 　　參數(shù)組編號PGN是一個24位的值，用來識別CAN數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)域?qū)儆谀膫€參數(shù)組，包括：保留位、數(shù)據(jù)頁位、PDU格式域（8位）和組擴(kuò)展域（8位）。 　　若PF值<240，PGN的低字節(jié)置0。否則，將其值設(shè)為組擴(kuò)展域的值。本規(guī)范PDU采用PDU1格式，因此PGN的第二個字節(jié)即為PDU格式（PF）值，高字節(jié)和低字節(jié)位均為00H。具體定義詳見SAE J1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》的規(guī)定。 　　7.5傳輸協(xié)議功能 　　傳輸協(xié)議為傳送數(shù)據(jù)在9字節(jié)或以上的PGN提供的一種機(jī)制。傳輸協(xié)議功能可分為兩個主要功能： 　　消息的拆裝和重組、連接管理。本規(guī)范中使用多包數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的數(shù)據(jù)為BMS向充電機(jī)監(jiān)控單元發(fā)送的各電池單元數(shù)據(jù)，具體連接初始化、數(shù)據(jù)傳輸、連接關(guān)閉遵循SAE J1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》的規(guī)定。 　　7.6地址的分配 　　本規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)地址用于保證消息標(biāo)識符的唯一性以及表明消息的源地址。單個充電機(jī)監(jiān)控單元與BMS之間是點對點獨立的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在物理層上與其他充電機(jī)監(jiān)控單元不相關(guān)，也與充電機(jī)監(jiān)控單元與充電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不相關(guān)。鑒于其網(wǎng)絡(luò)的獨立性，分配的首選地址如表2所示。 　　充電機(jī)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(wù)工具在內(nèi)的任何手段都不能改變其源地址。 　　7.7消息類型 　　《CAN總線2.0B版本》支持五種類型的消息，分別為命令、請求、廣播/響應(yīng)、確認(rèn)和組功能。 　　本規(guī)范僅使用常用的兩種：請求和確認(rèn)。具體定義遵循SAEJ1939-21《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-數(shù)據(jù)鏈路層》的規(guī)定。 　　8應(yīng)用層 　　應(yīng)用層是充電機(jī)監(jiān)控單元與電動汽車BMS之間數(shù)據(jù)通信的核心。本規(guī)范應(yīng)用層的定義主要遵循SAE J1939-71《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-應(yīng)用層》，采用參數(shù)和參數(shù)組定義的形式。 　　a）本規(guī)范應(yīng)用層數(shù)據(jù)采用協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU的PDU1格式（PS為目標(biāo)地址）。 　　b）采用PGN對參數(shù)組進(jìn)行編號，各個節(jié)點根據(jù)PGN來識別數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。 　　c）使用“請求PGN”來主動獲取其他節(jié)點的參數(shù)組，詳見7.7節(jié)。 　　d）采用周期發(fā)送和事件驅(qū)動的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)。 　　e）整個充電過程應(yīng)用層中需發(fā)送多個PGN數(shù)據(jù)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。 　　f）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(nèi)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(jù)寬度，盡量將相關(guān)的參數(shù)放在同一個組內(nèi)，又要考慮擴(kuò)展性，預(yù)留一部分字節(jié)或位，以便將來進(jìn)行修改。 　　g）修改本規(guī)范已定義的參數(shù)組時，不應(yīng)對已定義的字節(jié)或位的定義進(jìn)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(guān)，不應(yīng)為節(jié)省PGN的數(shù)量而將不相關(guān)的參數(shù)加入到已定義的PGN中；對于功能相近的ECU可以利用原來已定義的PGN，利用未定義部分來增加識別位判斷出ECU的功能，充分利用原來已定義的參數(shù)。 　　h）故障診斷的定義遵循SAE J1939-73《商用車控制系統(tǒng)局域網(wǎng)CAN通信協(xié)議-診斷》中關(guān)于CAN總線應(yīng)用層-診斷的技術(shù)要求，適用于充電過程中BMS和充電機(jī)監(jiān)控單元的各種故障診斷。 　　9充電機(jī)監(jiān)控單元和BMS間充電報文規(guī)范 　　本規(guī)范定義的充電機(jī)監(jiān)控單元和BMS間的網(wǎng)絡(luò)通信報文主要針對正常情況下的自動充電方式。 　　9.1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(jié)束階段。超時告警信息除特殊規(guī)定外，均為10s。當(dāng)出現(xiàn)超時后，返回錯誤，并給予提示。充電總流程具體見圖2。 　　9.2充電過程通信報文分類 　　9.2.1充電握手階段 　　充電握手階段報文分類見表3。 　　9.3充電機(jī)監(jiān)控單元與BMS間報文 　　這部分具體對應(yīng)用層將用到的參數(shù)組，以及使用中的每個參數(shù)進(jìn)行定義。其中每個參數(shù)的定義包括數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)分辨率、數(shù)據(jù)范圍和可疑參數(shù)編號SPN，以供使用時參考。 　　9.3.1充電握手階段報文格式和內(nèi)容 　　a）PGN256充電機(jī)辨識報文（CRM） 　　報文目的：向BMS提供充電機(jī)辨識信息。當(dāng)BMS和充電機(jī)完成物理連接并上電后，該報文由充電機(jī)向BMS每隔20ms發(fā)送一次SPN2562=00的充電機(jī)辨識報文。若連發(fā)3幀辨識報文仍未收到BMS辨識信息，則充電機(jī)判斷充電連接異常，同時自動切斷供電回路，并發(fā)超時報文。 　　9.3.3充電階段報文格式和內(nèi)容 　　a）PGN4096電池充電級別報文（BCL） 　　報文目的：讓充電機(jī)實時更新電池的充電級別。在恒壓充電模式下，充電機(jī)的輸出的電壓應(yīng)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(jī)輸出的電流應(yīng)滿足電流需求值，輸出的電壓不能超過電壓需求值；在恒功率充電模式下，充電機(jī)輸出的功率應(yīng)滿足功率需求值，輸出的電壓不能超過電壓需求值。 　　9.4充電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換 　　當(dāng)BMS和充電機(jī)物理連接完成并上電后，BMS和充電機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，是相互協(xié)調(diào)工作的互操作約定。 　　當(dāng)BMS和充電機(jī)物理連接完成并上電后，BMS和充電機(jī)進(jìn)入充電握手階段。雙方在該階段進(jìn)行握手，并確認(rèn)汽車和電池的相關(guān)信息。典型的充電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如附錄A圖A.1所示。 　　充電握手階段完成后，BMS和充電機(jī)進(jìn)入充電參數(shù)配置階段。在此階段，BMS向充電機(jī)發(fā)送蓄電池詳細(xì)的充電參數(shù)，充電機(jī)向BMS發(fā)送充電機(jī)最大輸出級別等信息，雙方發(fā)送完畢后即互相發(fā)送充電準(zhǔn)備報文，以準(zhǔn)備進(jìn)入下一個階段。典型的充電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如附錄A圖A.2所示。 　　充電參數(shù)配置階段完成后，BMS和充電機(jī)進(jìn)入充電階段。BMS向充電機(jī)實時發(fā)送電池充電級別需求和電池充電狀態(tài)。充電機(jī)根據(jù)電池的充電級別需求調(diào)整充電電壓和電流并監(jiān)控充電過程。典型的充電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如附錄A圖A.3所示。 　　當(dāng)BMS和充電機(jī)有一方結(jié)束充電階段后，便進(jìn)入充電結(jié)束階段。在該階段BMS和充電機(jī)相互發(fā)送整個充電過程中各自的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。典型的充電工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如附錄A圖A.4所示。 　　10充電機(jī)監(jiān)控單元和BMS故障診斷報文規(guī)范 　　10.1故障診斷代碼 　　診斷故障代碼（DTC）由4個獨立域構(gòu)成，這4個部分如下表所示：