GBT27930-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 - 天戈朱

时间：2024-03-01 10:33:55

本标准规定了电动汽车非车载传导式充电机（简称充电机）与电池管理系统（Battery Management System，简称BMS)之间基于控制器局域网（Control Area NetWork,简称CAN)的通信物理层、数据链路层及应用层的定义

术语

  • Messages(报文)：一个或多个具有相同参数组编号的"CAN数据帧"。
  • PG(parameter group 参数组）：在一报文中传送参数的集合。
  • SPN(suspect parameter number 可疑参数编号):应用层通过参数据描述信号，给每个参数分配一个19位值。
  • PDU（protocol data unit 协议数据单元）:一种特定的CAN数据帧格式。
  • ECU(electrolnic control unit 电子控制单元)：即车载电脑，由微控制器和外围电路组成。
  • DTC（Diagnostic trouble code 诊断故障代码）：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。

总则

  • 充电机与BMS之间通信网络采用CAN2.0B通信协议
  • 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管理整个充电过程。
  • 充电机与BMS之间的CAN通信网络应由充电机与BMS两个节点组成。
  • 数据信息传输采用低字节先发送的格式。
  • 正的电流值代表放电，负的电流值代码充电
  • 执行本标准的充电机和BMS宜具备向前兼容性

充电总体流程

    整个充电过程包含六个阶段：物理连接完成、低压辅助上电、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（超时指在规定时间内没有收到对方的完整数据包或正确数据包），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9.5规定的错误报文，并进入错误处理状态。在对故障处理的过程中，根据故障的类别，分别进行不同的处理（附录C)。在充电结束阶段中，如果出现故障，直接结束充电流程。报文的开始发送条件和中止发送条件参见附录D。充电总体流程图如下：

 报文分类

  • 低压辅助上电及充电握手阶段：充电握手阶段分为握手启动阶段和握手辨识阶段,当充电机和BMS物理连接完成并上电后,开启低压辅助电源,进入握手启动阶段发送握手报文,再进行绝缘监测。绝缘监测结束后进入握手辨识阶段,双方发送辨识报文,确定电池和充电机的必要信息。CHM报文和BHM报文是为产品兼容的新增报文,用于在握手启动阶段充电机和BMS判断双方使用的标准版本。典型的充电工作状态转换参见图A.1和图A.2,充电时序详见GB/T18487.1。充电握手阶段报文应符合表3的要求。
  • 充电参数配置阶段：充电握手阶段完成后,充电机和BMS进入充电参数配置阶段。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.3。充电参数配置阶段报文应符合表4的要求。
  • 充电阶段：充电配置阶段完成后,充电机和BMS进入充电阶段。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。BMV,BMT,BSP为可选报告,充电机不对其进行报文超时判定。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(包括具体中止原因、报文参数值全为0和不可信状态)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(包括具体中止原因、报文参数值全为0和不可信状态)来判断是否结束充电。典型的充电工作状态转换参见图A.4。充电阶段报文应符合表5的要求。
  • 充电结束阶段：当充电机和BMS停止充电后,双方进入充电结束阶段。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.5。充电结束阶段报文应符合表6的要求。
  • 错误报文：在整个充电阶段,当BMS或充电机检测到存在错误时,发送错误报文。错误报文应符合表7的要求。

报文格式和内容 - 低压辅助上电及充电握手阶段报文

  • PGN9728充电机握手报文(CHM)【充电机-BMS】:当充电机和电动汽车物理连接并完成上电,且电压检测正常后,由充电机向BMS每隔250ms发送一次充电机握手报文,用于确定双方是否握手正常。PGN9728报文格式见表8。
  • PGN9984BMS握手报文(BHM)【BMS -充电机】:当BMS收到PGN9728充电机握手报文后,向充电机每隔250ms返回BMS握手报文,提供BMS最高允许充电总电压。PGN9984报文格式见表9。
  • PGN256充电机辨识报文(CRM))【充电机-BMS】:当充电机通过握手确认,并确定绝缘检测正常后,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=0x00;在收到BMS辨识报文后,确认码=0xAA。PGN256报文格式见表10。
  • PGN512BMS和车辆辨识报文(BRM)【BMS -充电机】: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=0x00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,帧与帧间发送间隔为10ms,直到在5s内收到SPN2560=0xAA的充电机辨识报文为止。PGN512报文格式见表11。关注：电池类型、整车动力蓄电池额定容量、额定总电压、电池组充电次数、车辆识别码（VIN).

报文格式和内容 - 参数配置阶段报文

  • PGN1536动力蓄电池充电参数报文(BCP)【BMS -充电机】: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。如果充电机在5s内没有收到该报文,即为超时错误,充电机应立即结束充电。PGN1536报文格式见表12。关注：所有内容项。
  • PGN1792充电机发送时间同步信息报文(CTS)【充电机-BMS】: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13。
  • PGN2048充电机最大输出能力报文(CML)【充电机-BMS】: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14。
  • PGN2304BMS充电准备就绪报文(BRO)报文功能: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。BMS在60s内未准备好,则充电机进行等待;否则,参见C.1进行处理。PGN2304报文格式见表15。
  • PGN2560充电机输出准备就绪报文(CRO)报文功能:充电机发送给BMS充电机输出准备就绪报文,让BMS确认充电机已经准备输出。充电机在60s内未准备好,则BMS进行等待;否则,参见附录C.1进行处理。PGN2560报文格式见表16。

报文格式和内容 - 充电阶段报文

  • PGN4096电池充电需求报文(BCL)【BMS -充电机】: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1s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。当BCL报文中充电电流请求大于CML报文中最大输出电流时,充电机按最大输出能力输出;当BCL报文中充电电流请求小于等于CML报文中最大输出电流时,充电机按请求电流输出;当电压需求或电流需求为0时,充电机按最小输出能力输出。PGN4096报文格式见表17。 关注：全部内容项。
  • PGN4352电池充电总状态报文(BCS)【BMS -充电机】: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。如果充电机在5s内没有收到该报文,即为超时错误,充电机应立即结束充电。PGN4352报文格式见表18。关注：全部内容项。
  • PGN4608充电机充电状态报文(CCS)【充电机-BMS】: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1s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19。
  • PGN4864BMS发送动力蓄电池状态信息报文(BSM)【BMS -充电机】:充电阶段BMS发送给充电机的动力蓄电池状态信息。PGN4864报文格式见表20。
  • PGN5376单体动力蓄电池电压报文(BMV)【BMS -充电机】: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21。
  • PGN5632动力蓄电池温度报文(BMT)【BMS -充电机】: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22。
  • PGN5888动力蓄电池预留报文(BSP)报文功能: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23。
  • PGN6400BMS中止充电报文(BST)报文功能: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24。
  • PGN6656充电机中止充电报文(CST)报文功能: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25。
    • 1) SPN3511 BMS中止充电原因：
      • 第1~2位:达到所需求的SOC目标值  <00>:=未达到所需SOC目标值;<01>:=达到所需SOC目标值;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:达到总电压的设定值  <00>:=未达到总电压设定值;<01>:=达到总电压设定值;<10>:=不可信状态;
      • 第5~6位:达到单体电压的设定值  <00>:=未达到单体电压设定值;<01>:=达到单体电压设定值;<10>:=不可信状态;
      • 第7~8位:充电机主动中止  <00>:=正常;<01>:=充电机中止(收到CST帧);<10>:=不可信状态。
    • 2) SPN3512BMS中止充电故障原因：
      • 第1~2位:绝缘故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:输出连接器过温故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态;
      • 第5~6位:BMS元件、输出连接器过温  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态;
      • 第7~8位:充电连接器故障  <00>:=充电连接器正常;<01>:=充电连接器故障;<10>:=不可信状态;
      • 第9~10位:电池组温度过高故障  <00>:=电池组温度正常;<01>:=电池组温度过高;<10>:=不可信状态;
      • 第11~12位:高压继电器故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态;
      • 第13~14位:检测点2电压检测故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态;
      • 第15~16位:其他故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态。
    • 3) SPN3513BMS中止充电错误原因：
      • 第1~2位:电流过大  <00>:=电流正常;<01>:=电流超过需求值;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:电压异常  <00>:=正常;<01>:=电压异常;<10>:=不可信状态。
    • 1) SPN3521充电机中止充电原因
      • 第1~2位:达到充电机设定的条件中止  <00>:=正常;<01>:=达到充电机设定条件中止;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:人工中止  <00>:=正常;<01>:=人工中止;<10>:=不可信状态;
      • 第5~6位:故障中止  <00>:=正常;<01>:=故障中止;<10>:=不可信状态;
      • 第7~8位:BMS主动中止  <00>:=正常;<01>:=BMS中止(收到BST帧);<10>:=不可信状态。
    • 2) SPN3522充电机中止充电故障原因
      • 第1~2位:充电机过温故障  <00>:=充电机温度正常;<01>:=充电机过温;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:充电连接器故障  <00>:=充电连接器正常;<01>:=充电连接器故障;<10>:=不可信状态;
      • 第5~6位:充电机内部过温故障  <00>:=充电机内部温度正常;<01>:=充电机内部过温;<10>:=不可信状态;
      • 第7~8位:所需电量不能传送  <00:=电量传送正常;<01>:电量不能传送;<10>:=不可信状态;
      • 第9~10位:充电机急停故障  <00>:=正常;<01>:=充电机急停;<10>:=不可信状态;
      • 第11~12位:其他故障  <00>:=正常;<01>:=故障;<10>:=不可信状态。
    • 3) SPN3523充电机中止充电错误原因
      • 第1~2位:电流不匹配  <00>:=电流匹配;<01>:=电流不匹配;<10>:=不可信状态;
      • 第3~4位:电压异常  <00>:=正常;<01>:=电压异常;<10>:=不可信状态。

报文格式和内容 - 充电结束阶段报文

  • PGN7168BMS统计数据报文(BSD)报文功能:让充电机确认BMS对于本次充电过程的充电统计数据。PGN7168报文格式见表26。
  • PGN7424充电机统计数据报文(CSD)报文功能: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27。

报文格式和内容 - 错误报文

  • PGN7680BMS错误报文(BEM)报文功能:当BMS检测到错误时,发送给充电机充电错误报文,直到BMS收到充电机发送的充电机辨识报文(CRM)或拔掉充电插头为止。PGN7680报文格式见表28。
  • PGN7936充电机错误报文(CEM)报文功能:当充电机检测到错误时,发送给BMS充电错误报文,直到充电机接收到BMS发送的BRM报文或拔掉充电插头为止。PGN7936报文格式见表29。

故障处理方式

  • 方式a)———充电机立即停机停用(等待专业维护人员维修);
  • 方式b)———停止本次充电,并做好故障记录(需重新插拔充电电缆后,才能进行下一次充电);
  • 方式c)———中止充电,待故障现象排除后自动恢复充电(检测到故障状态解除后,重新通信握手开始充电)。

充电故障分类及处理方式

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