（免費下載）GB/T 27930-2015 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
1 范圍
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(Control Area Network，以下簡稱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GB／T 18487.1規(guī)定的充電模式4的充電機與BMS之間的通信，也適用于充電機與具有充電控制功能的車輛控制單元之間的通信。
2 規(guī)范性引用文件
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GB／T 19596 電動汽車術語
GB／T 18487.1 電動車輛傳導充電系統(tǒng)一般要求
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 vehicle-Control area network(CAN)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，250K比特／秒，屏蔽雙絞線(Recommented practice for serial control and communication vehicle network-Part 11：Physical layer-250 Kbits／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 診斷(Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 73：Application Layer-Diagnostics)
3 術語和定義
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
用于傳輸數(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
CAN2.0B規(guī)范中定義的使用11位標識符的CAN數(shù)據幀。
3.6
擴展幀 extended frame
CAN2.0B規(guī)范中定義的使用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。
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)、PDU特定域(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9～1785字節(jié)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，由微控制器和外圍電路組成。
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 充電機與BMS之間通信網絡采用CAN2.0B通信協(xié)議。充電流程參見附錄A。
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 數(shù)據信息傳輸采用低字節(jié)先發(fā)送的格式。
4.5 正的電流值代表放電，負的電流值代表充電。
4.6 執(zhí)行本標準的充電機和BMS宜具備向前兼容性。
5 物理層
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之間的通信速率采用250kbit／s。
注：在通信環(huán)境惡劣的專用場合(如通信距離較長的商用車充電站)，經供電設備制造商和電動汽車制造商協(xié)商一致，可采用50kbit／s通信速率。
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SAE J1939-21：2006中的相關規(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、PDU特定、源地址和數(shù)據域。
表1 協(xié)議數(shù)據單元(PDU)
6.3 協(xié)議數(shù)據單元(PDU)格式
選用SAE J1939-21：2006中定義的PDU1格式。
6.4 參數(shù)組編號(PGN)
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00H。
6.5 傳輸協(xié)議功能
BMS與充電機之間傳輸9～1785字節(jié)的數(shù)據使用傳輸協(xié)議功能。連接初始化、數(shù)據傳輸、連接關閉應遵循SAE J1939-21：2006中5.4.7和5.10消息傳輸?shù)囊?guī)定。對于多幀報文，報文周期為整個數(shù)據包的發(fā)送周期。
6.6 地址的分配
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。
表2 充電機和BMS地址分配
| 裝置 |
首選地址 |
| 充電機 | 86（56H） |
| BMS | 244（F4H） |
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中5.4信息類型的規(guī)定。
7 應用層
7.1 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)加入到已定義的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 報文選項分為必須項和可選項，對于同一幀報文中全部內容為可選項的，該報文可以選擇不發(fā)送，對于同一幀報文中部分內容為可選項的，可選項所有位按照本標準規(guī)定格式發(fā)送或填充1，本標準未規(guī)定的無效位或字段填充1。本標準未規(guī)定的位或預留位填充1。
7.10 報文的長度和必須項內容及格式需按照第10章中規(guī)定發(fā)送。
8 充電總體流程
8 充電總體流程
整個充電過程包括六個階段：物理連接完成、低壓輔助上電、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(超時指在規(guī)定時間內沒有收到對方的完整數(shù)據包或正確數(shù)據包)，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9.5規(guī)定的錯誤報文，并進入錯誤處理狀態(tài)。在對故障處理的過程中，根據故障的類別，分別進行不同的處理(參見附錄C)。在充電結束階段中，如果出現(xiàn)了故障，直接結束充電流程。報文的開始發(fā)送條件和中止發(fā)送條件參見附錄D。充電總體流程見圖1。
圖1 充電總體流程圖
9 報文分類
9.1 低壓輔助上電及充電握手階段
充電握手階段分為握手啟動階段和握手辨識階段，當充電機和BMS物理連接完成并上電后，開啟低壓輔助電源，進入握手啟動階段發(fā)送握手報文，再進行絕緣監(jiān)測。絕緣監(jiān)測結束后進入握手辨識階段，雙方發(fā)送辨識報文，確定電池和充電機的必要信息。CHM報文和BHM報文是為產品兼容的新增報文，用于在握手啟動階段充電機和BMS判斷雙方使用的標準版本。典型的充電工作狀態(tài)轉換參見圖A.1和圖A.2，充電時序詳見GB／T 18487.1。充電握手階段報文應符合表3的要求。
表3 充電握手階段報文分類
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進入充電參數(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.3。充電參數(shù)配置階段報文應符合表4的要求。
表4 充電參數(shù)配置階段報文分類
9.3 充電階段
充電配置階段完成后，充電機和BMS進入充電階段。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。BMV，BMT，BSP為可選報告，充電機不對其進行報文超時判定。
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(包括具體中止原因、報文參數(shù)值全為0和不可信狀態(tài))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(包括具體中止原因、報文參數(shù)值全為0和不可信狀態(tài))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.4。充電階段報文應符合表5的要求。
表5 充電階段報文分類
9.4 充電結束階段
當充電機和BMS停止充電后，雙方進入充電結束階段。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.5。充電結束階段報文應符合表6的要求。
表6 充電結束階段報文分類
9.5 錯誤報文
在整個充電階段，當BMS或充電機檢測到存在錯誤時，發(fā)送錯誤報文。錯誤報文應符合表7的要求。
表7 錯誤報文分類
10 報文格式和內容
附錄A 充電流程
A.1 充電工作狀態(tài)轉換
當BMS和充電機物理連接完成并上電后，BMS和充電機的狀態(tài)轉換，是相互協(xié)調工作的互操作約定。典型的充電工作狀態(tài)轉換如圖A.1～圖A.5所示。
圖A.1 充電握手啟動流程圖
圖A.2 充電握手辨識流程圖
圖A.3 充電參數(shù)配置階段流程圖
圖A.4 充電階段流程圖
圖A.5 充電結束階段流程圖
A.2 充電時序流程圖
詳細的充電時序流程圖如圖A.6～圖A.12所示。
圖A.6 正常充電時序流程圖
圖A.7 在非正常狀態(tài)下停止(充電機方面的原因)流程圖
圖A.8 在非正常狀態(tài)下停止(車輛方面的原因)流程圖
圖A.9 通信中斷：通信超時重連3次后仍發(fā)生通信超時通信中止流程圖
圖A.10 S開關開流程圖
圖A.11 充電機接收BMS通信超時流程圖
圖A.12 BMS接收充電機通信超時流程圖
附錄B 充電機和BMS故障診斷報文
B.1 故障診斷代碼
診斷故障代碼(DTC)由4個獨立域構成，這4個部分見表B．1：
表B.1 診斷故障代碼(DTC)
其中：可疑參數(shù)編號(SPN)19位的數(shù)字是用于識別故障報告的診斷項目?？梢蓞?shù)編號與發(fā)送故障診斷信息的控制模塊的地址編碼無關。SPN編號為第10．3節(jié)中已定義的BMS、充電機發(fā)生硬件故障的信息，如SPN3090～SPN3095、SPN3511～SPN3513、SPN3521～SPN3523等。
故障模式標識符(FMI)定義BMS和充電機中發(fā)現(xiàn)的故障類型。其數(shù)據長度5位，數(shù)據狀態(tài)為C～31共32種，目前定義的故障模式標識符如下：
<0>：＝動力蓄電池電壓故障；
<1>：＝動力蓄電池電流故障；
<2>：＝動力蓄電池溫度故障；
<3>：＝動力蓄電池絕緣狀態(tài)；
<4>：＝動力蓄電池輸出連接器過溫故障；
<5>：＝BMS元件、電池組輸出連接器過溫；
<6>：＝充電機溫度故障；
<7>：＝充電機連接器故障；
<8>：＝充電機內部溫度故障；
<9～31>：＝預留備用。
發(fā)生次數(shù)(OC)定義一個故障從先前激活狀態(tài)到激活狀態(tài)的變化次數(shù)，最大值為126，計數(shù)向上溢出時，該計數(shù)器值保留為126。假如發(fā)生次數(shù)未知，則該域所有位的數(shù)值均設為1。
可疑參數(shù)編號的轉化方式(CM)置0，表示SPN位均采用英特爾格式。
B.2 故障診斷報文分類
故障診斷報文分類見表B.2。
表B.2 故障診斷報文分類
B.3 故障診斷報文格式和內容
故障診斷報文和內容包括：
a)PGN8 192診斷信息1，當前故障碼報文(DM1)
報文功能：發(fā)生故障時，發(fā)送當前的故障代碼。每個故障代碼4字節(jié)。數(shù)據段多余8字節(jié)采用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定。PGN8192報文格式見表B.3。
表B.3 PGN8192報文格式
b)PGN8448診斷信息2，歷史故障碼報文(DM2)
報文功能：該數(shù)據包括了一系列診斷代碼以及歷史故障碼的發(fā)生次數(shù)。每個故障代碼4字節(jié)。數(shù)據段多余8字節(jié)采用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定。PGN8448報文格式見表B.4。
表B.4 PGN8448報文格式
c)PGN8704診斷信息3，診斷準備就緒報文(DM3)
報文功能：報告有關診斷已準備就緒的診斷信息。PGN8704報文格式見表B.5。
表B.5 PGN8704報文格式
| 起始字節(jié)或位 | 長度 | 定義 |
| 1 | 1字節(jié) | 當前故障碼個數(shù) |
| 2 | 1字節(jié) | 歷史故障碼個數(shù) |
d)PGN8960診斷信息4，當前故障碼的清除／復位報文(DM4)
報文功能：所有關于當前故障碼的診斷信息都應該清除。當需要清除當前故障碼相關的診斷信息、以及問題得到糾正時發(fā)送此請求指令。該操作完成時或被請求控制模塊內沒有故障碼，要求控制模塊發(fā)送一個肯定應答。如由于某種原因，控制模塊不能執(zhí)行要求的操作，就必須發(fā)送否定-應答。所有與當前故障碼相關的信息包括：當前故障碼個數(shù)及診斷就緒狀態(tài)信息和當前故障碼。
e)PGN9216診斷信息5，歷史故障碼的清除／復位報文(DM5)
報文功能：當某個控制模塊接收到這一參數(shù)組的請求指令時，所有有關歷史故障碼的診斷信息都應該清除，與當前故障碼有關的診斷數(shù)據將不受影響。若無歷史故障碼，必須發(fā)送肯定應答。如由于某種原因，控制模塊不能執(zhí)行這一參數(shù)組的請求指令的要求，那么就必須發(fā)送否定應答。所有與歷史故障碼相關的信息包括：歷史故障碼個數(shù)及診斷就緒狀態(tài)信息和歷史故障碼。
f)PGN9472診斷信息6，停幀參數(shù)報文(DM6)
報文功能：當接收到診斷故障代碼時，已記錄的一系列參數(shù)。每個故障代碼4字節(jié)。數(shù)據段多余8字節(jié)采用傳輸協(xié)議功能傳輸，格式詳見6.5的規(guī)定。PGN9472報文格式見表B.6。
表B.6 PGN9472報文格式
附錄C 充電過程故障處理方式
C.1 故障處理方式
故障處理方式包括：
方式a)——充電機立即停機停用(等待專業(yè)維護人員維修)；
方式b)——停止本次充電，并做好故障記錄(需重新插拔充電電纜后，才能進行下一次充電)；
方式c)——中止充電，待故障現(xiàn)象排除后自動恢復充電(檢測到故障狀態(tài)解除后，重新通信握手開始充電)。
C.2 充電故障分類及處理方式
充電故障分類及處理方式見表C.1。
表C.1 充電故障分類及處理方式
注1：BMS檢測到故障后，根據故障程度，選擇在BSM(動力蓄電池狀態(tài)信息)報文或BST(BMS中止充電)報文中提供停止充電信息，使充電機停機，進入處理方式b)；或是將BSM報文中SPN3090～SPN3095均置為00(電池狀態(tài)正常)，且SPN3096置為00(禁止充電)，使充電機暫停輸出電流，此時BMS和充電機進行正常通信，直到等待BMS發(fā)送的BSM報文中SPN3096為01(允許充電)后，重新允許充電機電流輸出，如果等待時間超過10min，充電機中止充電，并保存中止充電原因。
注2：當充電機檢測到充電故障時，立即發(fā)送CST(充電機中止充電)命令，同時充電機停機，停止CAN通信，切斷K1、K2、K3、K4等開關，根據故障類型進入相應的處理方式。在處理方式c)下，當充電機自檢到故障消除時，重新由充電機發(fā)起握手辨識階段的連接，進行充電。如果重新連接3次仍未成功，則按照處理方式b)，需操作人員查看當前狀況并重新插拔充電連接器，嘗試再次充電。
注3：當充電過程中發(fā)生電網停電故障，即使一段時間后供電自動恢復，也需要人工干預(處理方式b)后，再進行重新充電。
C.3 不可信狀態(tài)處理方式
當收到不可信狀態(tài)時，接收方保持上一狀態(tài)，數(shù)據包不做處理。
附錄D 報文開始發(fā)送條件和中止發(fā)送條件
附錄D 報文開始發(fā)送條件和中止發(fā)送條件
各類報文的開始發(fā)送條件和中止發(fā)送條件見表D.1。
表D.1 報文開始發(fā)送條件和中止發(fā)送條件
