电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议(GB/T 27930-2011)

1范围 　　本标准规定了电动汽车非车载传导式充电机（以下简称充电机）与电池管理系统（Battery Manage-ment System，以下简称BMS)之间基于控制器局域网（CAN）的通信物理层、数据链路层及应用层的定义。 　　本标准适用于采用传导式充电方式的电动汽车非车载充电机与BMS(或具有充电控制功能的其他车辆控制单元）之间的通信协议。 　　2规范性引用文件 　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 　　GB/T 19596电动汽车术语 　　ISO 11898-1:2003道路车辆 控制器局域网络 第1部分：数据链路层和物理信令（Road vehi-cle-Control area network(CAN）一Part 1:Data link layer and physical signaling) 　　SAE J1939-11:2006商用车控制系统局域网CAN通信协议 第11部分：物理层一250K比特/秒，屏蔽双绞线（Recommented practice for serial control and communication vehicle network-Part 11:Physical layer-250K bits/s，twisted shielded pair) 　　SAE J1939-21:2006商用车控制系统局域网CAN通信协议 第21部分：数据链路层（Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 21:Data link layer) 　　SAE J1939-73:2006商用车控制系统局域网CAN通信协议 第73部分：应用层一诊断（Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 73:Application Layer-Diagnostics 　　3术语和定义 　　GB/T 19596界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 　　3.1 　　帧frame 　　组成一个完整信息的一系列数据位。 　　3.2 　　CAN数据帧CAN data frame 　　组成传输数据的CAN协议所必需的有序位域，以帧起始（SOF）开始，帧结束（EOF）结尾。 　　3.3 　　报文messages 　　一个或多个具有相同参数组编号的“CAN数据帧”。 　　3.4 　　标识符identifier 　　CAN仲裁域的标识部分。 　　3.5 　　标准帧standard frame 　　CAN总线中定义的使用11位标识符的CAN数据帧。 　　3.6 　　扩展帧extended frame 　　CAN总线中定义的使用29位标识符的CAN数据帧。 　　3.7 　　优先权priority 　　在标识符中一个3位的域，设置传输过程的仲裁优先级，最高优先权为0级，最低优先权为7级。 　　3.8 　　参数组parameter group；PG 　　在一报文中传送参数的集合。参数组包括：命令、数据、请求、应答和否定应答等。 　　3.9 　　参数组编号parameter group number；PGN 　　用于唯一标识一个参数组的一个24位值。参数组编号包括：保留位、数据页、PDU格式域(8位）、组扩展域(8位）。 　　3.10 　　可疑参数编号suspect parameter number；SPN 　　应用层通过参数描述信号，给每个参数分配的一个19位值。 　　3.11 　　协议数据单元protocol data unit；PDU 　　一种特定的CAN数据帧格式。 　　3.12 　　传输协议transport protocol 　　数据链路层的一部分，为传送数据在9字节或以上的PGN提供的一种机制。 　　3.13 　　电子控制单元electronic control unit；ECU 　　电子控制单元，即车载电脑，由微机和外围电路组成。 　　3.14 　　诊断故障代码diagnostic trouble code；DTC 　　一种用于识别故障类型、相关故障模式以及发生次数的4字节数值。 　　4总则 　　4.1本标准充电机与BMS之间通信网络采用CAN通信协议。 　　4.2在充电过程中，充电机和BMS监测电压、电流和温度等参数，同时BMS根据充电控制算法管理整个充电过程。 　　4.3充电机与BMS之间的CAN通信网络应由充电机和BMS两个节点组成。 　　4.4本标准数据传输采用低位先发送的格式。正的电流值代表放电，负的电流值代表充电。 　　5物理层 　　采用本标准的物理层应符合ISO 11898-1:2003，SAE J1939-11:2006中关于物理层的规定。本标准充电机与BMS的通信应使用独立于动力总成控制系统之外的CAN接口。充电机与BMS之间的通信速率可选用50kbit/s，125kbit/s或250kbit/s，本标准推荐采用250kbit/s。 　　6数据链路层 　　6.1帧格式 　　采用本标准的设备应使用CAN扩展帧的29位标识符，具体每个位分配的相应定义应符合SAEJ1939-21:2006的5.1中数据帧的规定． 　　6.2协议数据单元（PDU) 　　每个CAN数据帧包含一个单一的协议数据单元（PDU)，见表1。协议数据单元由七部分组成，分别是优先权、保留位、数据页、PDU格式、特定PDU，源地址和数据域。 　　6.3协议数据单元（PDU）格式 　　本标准选用SAE J1939-21:2006的5.3中定义的PDU1格式。 　　6.4参数组编号（PGN) 　　本标准PGN的第二个字节为PDU格式（PF)值，高字节和低字节位均为OOH。 　　6.5传输协议功能 　　本标准中BMS与充电机之间传输9字节或以上的数据使用传输协议功能。具体连接初始化、数据传输、连接关闭应遵循SAE J1939-21:2006的5.4.7和5.10中消息传输的规定。 　　6.6地址的分配 　　本标准网络地址用于保证信息标识符的唯一性以及表明信息的来源。充电机和BMS定义为不可配置地址，即该地址固定在ECU的程序代码中，包括服务工具在内的任何手段都不能改变其源地址。 　　充电机和BMS分配的地址如表2所示。 　　6.7信息类型 　　CAN总线技术规范支持五种类型的信息，分别为命令、请求、广播／响应、确认和组功能。具体定义应遵循SAE J1939-21:2006的5.4中消息类型的规定。 　　7应用层 　　7.1本标准应用层采用参数和参数组定义的形式。 　　7.2采用PGN对参数组进行编号，各个节点根据PGN来识别数据包的内容。 　　7.3使用“请求PGN，来主动获取其他节点的参数组。 　　7.4采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据。 　　7.5如果需发送多个PGN数据来实现一个功能的，需同时收到该定义的多个PGN报文才判断此功能发送成功。 　　7.6定义新的参数组时，尽量将相同功能的参数、相同或相近刷新频率的参数和属于同一个子系统内的参数放在同一个参数中；同时，新的参数组既要充分利用8个字节的数据宽度，尽量将相关的参数放在同一个组内，又要考虑扩展性，预留一部分字节或位，以便将来进行修改。 　　7.7修改第9章已定义的参数组时，不应对已定义的字节或位的定义进行修改；新增加的参数要与参数组中原有的参数相关，不应为节省PGN的数量而将不相关的参数加人到已定义的PGN中。 　　7.8充电过程中充电机和BMS各种故障诊断定义应遵循SAE J1939-73:2006的5.1中CAN总线诊断系统的要求，附录B给出了故障诊断报文定义规范。 　　7.9充电阶段的发送报文选项分必须和可选发送项，必须发送项的报文应严格按照报文格式和内容发送；无效信息单元或可选发送项在不需发送时，应对单字节参数设置为OxFF，对双字节参数设置为OxFFFF，对四字节参数设置为OxFFFFFFFF。 　　7.10对于多字节的信息单元，无效或预留的字节以OxFF填充，无效或预留的位均置为1。 　　8充电总体流程 　　整个充电过程包括四个阶段：充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。在各个阶段，充电机和BMS如果在规定的时间内没有收到对方报文或没有收到正确报文，即判定为超时，超时时间除特殊规定外，均为5s；当出现超时后，BMS或充电机发送错误报文，并进人错误处理状态。 　　充电总流程具体见图1。 　　9报文分类 　　9.1充电握手阶段 　　当充电机和BMS物理连接完成并上电后，BMS首先检测低压辅助电源是否匹配，如果低压辅助电源匹配，双方进人充电握手阶段，确定电池和充电机的必要信息。典型的充电工作状态转换参见图A.1。 　　充电握手阶段报文应符合表3的要求。 　　9.2充电参数配置阶段 　　充电握手阶段完成后，充电机和BMS进人充电参数配置阶段。在此阶段，充电机向BMS发送充电机最大输出能力的报文，BMS根据充电机最大输出能力判断是否能够进行充电。典型的充电工作状态转换参见图A.2。充电参数配置阶段报文应符合表4的要求。 　　9.3充电阶段 　　充电配置阶段完成后，充电机和BMS进人充电阶段。在整个充电阶段，BMS实时向充电机发送电池充电需求，充电机根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过程中，充电机和BMS相互发送各自的充电状态。除此之外，BMS根据要求向充电机发送动力蓄电池 　　具体状态信息及电压、温度等信息。 　　BMS根据充电过程是否正常、电池状态是否达到BMS自身设定的充电结束条件以及是否收到充电机中止充电报文来判断是否结束充电；充电机根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到BMS中止充电报文来判断是否结束充电。典型的充电工作状态转换参见图A.3。充电阶段报文应符合表5的要求。 　　9.4充电结束阶段 　　当充电机和BMS停止充电后，双方进人充电结束阶段。在此阶段BMS向充电机发送整个充电过程中的充电统计数据，包括：初始Soc、终了soc、电池最低电压和最高电压；充电机收到BMS的充电统计数据后，向BMS发送整个充电过程中的输出电量、累计充电时间等信息，最后停止低压辅助电源的输出。典型的充电工作状态转换参见图A.4。充电结束阶段报文应符合表6的要求。 　　10报文格式和内容 　　10.1握手阶段报文 　　10.1.1 PGN256充电机辨识报文（CRM) 　　报文目的：当充电机和BMS完成物理连接并上电后，该报文由充电机向BMS每隔250ms发送一次充电机辨识报文，用于确认充电机和BMS之间通信链路正确。在收到BMS辨识报文前，确认码＝Ox00；在收到车载充电机辨识报文后，确认码＝OXAA，PGN256报文格式见表8。 　　10.1.2 PGN512 BMS和车辆辨识报文（BRM) 　　报文目的：充电握手阶段向充电机提供BMS和车辆辨识信息．当BMS收到SPN2560=OxOO的充电机辨识报文后向充电机每隔250ms发送一次，数据域长度超出8字节时，需使用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定，发送间隔为10ms，直到收到SPN2560=OxAA的充电机辨识报文为止。PGN512报文格式见表9。 　　10.2参数配置阶段报文 　　10.2.1 PGN1536动力蓄电池充电参数报文（BCP) 　　报文目的：充电参数配置阶段BMS发送给充电机的动力蓄电池充电参数。PGN1536报文格式见表10。 　　其中： 　　1)SPN2816单体动力蓄电池最高允许充电电压 　　数据分辨率：0.01V／位，0V偏移量；数据范围：0V-24V; 　　2)SPN2817最高允许充电电流 　　数据分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；数据范围：一400A-0A; 　　3)SPN2818动力蓄电池标称总能量 　　数据分辨率：0.1kW·h/位，0kW·h偏移量；数据范围：0-1000kW·h; 　　4)SPN2819最高允许充电总电压 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范围：0V-750V; 　　5)SPN2820最高允许动力蓄电池温度 　　数据分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；数据范围：一50℃一＋200℃; 　　6)SPN2821整车动力蓄电池荷电状态（SOC) 　　数据分辨率：0.1%／位，0%偏移量；数据范围：0-10000; 　　7)SPN2822整车动力蓄电池总电压 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范围：0V-750V. 　　10.2.2 PGN1792充电机发送时间同步信息报文（CTS) 　　报文目的：充电参数配置阶段充电机发送给BMS的时间同步信息。PGN1792报文格式见表11。 　　10.2.3 PGN2048充电机最大输出能力报文（CML) 　　报文目的：充电机发送给BMS充电机最大输出能力，以便估算剩余充电时间。PGN2048报文格式见表12。 　　其中： 　　1)SPN2824最高输出电压（V) 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范网：0V一＋750V; 　　2)SPN2825最低输出电压（V) 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范围：0V一＋750V; 　　3)SPN2826最大输出电流（A) 　　数据分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；数据范围：一400A-0A。 　　10.2.4 PGN2304 BMS充电准备就绪报文（BRO) 　　报文目的：BMS发送给充电机电池充电准备就绪报文，让充电机确认BMS已经准备充电。PGN2304报文格式见表13。 　　10.3充电阶段报文 　　10.3.1 PGN4096电池充电需求报文（BCL) 　　报文目的：让充电机根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流，确保充电过程正常进行。如果充电机在100ms内没有收到该报文，即为超时错误，充电机应立即结束充电。 　　在恒压充电模式下，充电机的输出的电压应满足电压需求值，输出的电流不能超过电流需求值；在恒流充电模式下，充电机输出的电流应满足电流需求值，输出的电压不能超过电压需求值。PGN4096报文格式见表15。 　　其中： 　　1)SPN3072电压需求 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范围：0V-750V; 　　2)SPN3073电流需求 　　数据分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；数据范围：一400A-0A。 　　10.3.2 PGN4352电池充电总状态报文（BCS) 　　报文目的：让充电机监视充电过程中电池组充电电压、充电电流等充电状态。PGN4352报文格式见表16。 　　10.3.3 PGN4608充电机充电状态报文（CCS) 　　报文目的：让BMS监视充电机当前输出的充电电流、电压值等信息。如果BMS在100ms内没有收到该报文，即为超时错误，BMS应立即结束充电．PGN4608报文格式见表17。 　　其中： 　　1)SPN3081电压输出值（V) 　　数据分辨率：0.1V／位，0V偏移量；数据范围：0V-750V; 　　2)SPN3082电流输出值（A) 　　数据分辨率：0.1A／位，一400A偏移量；数据范围：一400A一0A; 　　3)SPN3083累计充电时间（min) 　　数据分辨率：1min／位，0min偏移量；数据范围：0min-600min。 　　10.3.4 PGN4864 BMS发送动力蓄电池状态信息报文（BSM) 　　报文目的：充电阶段BMS发送给充电机的动力蓄电池状态信息。GN4864报文格式见表18。 　　其中： 　　1)SPN3085最高单体动力蓄电池电压所在编号 　　数据分辨率：1/位，1偏移量；数据范围：1-256; 　　2)SPN3086最高动力蓄电池温度 　　数据分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；数据范围：一50℃一＋200℃; 　　3)SPN3087最高温度检测点编号 　　数据分辨率：1/位，1偏移量；数据范围：1-128; 　　4)SPN3088最低动力蓄电池温度 　　数据分辨率：1℃／位，一51℃偏移量；数据范围：一50℃一＋200℃; 　　5)SPN3089最低温度检测点编号 　　数据分辨率：1/位，1偏移量：数据范围：1-128。 　　10.3.5 PGN5376单体动力蓄电池电压报文（BMV) 　　报文目的：各个单体动力蓄电池电压值。由于PGN5376的数据域的最大长度超出8字节，需使用传输协议功能传输，详见6.5的规定。PGN5376报文格式见表19。 　　其中： 　　SPN3101-SPN3356分别对应＃1一＃256单体动力蓄电池电压 　　1-12位：单体动力蓄电池电压，数据分辨率：0.01V／位，0v偏移量；数据范围：0v-24V; 　　13-16位：单体动力蓄电池的编号，数据分辨率：1/位，1偏移量：数据范围：1-16。 　　10.3.6 PGN5632动力蓄电池温度报文（BMT) 　　报文目的：动力蓄电池温度。数据长度超出8字节时，需使用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定。PGN5632报文格式见表20。 　　其中： 　　SPN3361-SPN3488分别对应动力蓄电池1-128的温度 　　数据分辨率：1℃／位，一50℃偏移量；数据范围：一50℃一＋200℃。 　　10.3.7 PGN5888动力蓄电池预留报文（BSP) 　　报文目的：动力蓄电池预留报文。数据域长度超出8字节时，需使用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定。PGN5888报文格式见表21。 　　10.3.8 PGN6400 BMS中止充电报文（BST) 　　报文目的：让充电机确认BMS将发送中止充电报文以令充电机结束充电过程以及结束充电原因。PGN6400报文格式见表22。 　　10.3.9 PGN6656充电机中止充电报文（CST) 　　报文目的：让BMS确认充电机即将结束充电以及结束充电原因。PGN6656报文格式见表23。 　　10.4.2 PGN7424充电机统计数据报文（CSD) 　　报文目的：确认充电机本次充电过程的充电统计数据。PGN7424报文格式见表25。