电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议（Q/CSG 11516.6—2010）

1范围 　　本规范规定了电动汽车非车载充电机监控单元（以下简称充电机监控单元）与电池管理系统（Battery Management System，以下简称BMS）之间的通信协议。在充电过程中，充电机监控单元和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。 　　本规范适用于中国南方电网有限责任公司及所属（含代管）各有关单位电动汽车配套充电设施建设与改造工程的非车载充电机。 　　接入南方电网的用户电动汽车充电设施可参照执行。 　　2规范性引用文件 　　下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。 　　GB/T 19596:2004电动汽车术语 　　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总线2.0B版本 　　Q/CSG 11516.1-2010电动汽车充电设施通用技术要求 　　Q/CSG 11516.3-2010电动汽车非车载充电机技术规范 　　Q/CSG 11516.7-2010电动汽车充电站监控系统技术规范 　　3名词术语 　　本规范所用术语和定义符合ISO 11898《道路车辆-控制局域网CAN》、SAE J1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》和Q/CSG 11516.1-2010《电动汽车充电设施通用技术要求》的规定。下列术语和定义适用于本规范。 　　3.1帧frame 　　组成一个完整消息的一系列数据位。 　　3.2CAN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2.0B版本》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2.0B版本》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，最高优先级为0级，最低优先级为7级。 　　3.8参数组paramenter 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paramenter group number(PGN) 　　用于唯一标识一个参数组的一个24位值。参数组标号包括：保留为、数据页位、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单体蓄电池cell 　　构成蓄电池的最小单元，一般由正极、负极及电解质等组成，其标称电压为电化学偶的标称电压。 　　3.14蓄电池模块battery module 　　一组相联的单体蓄电池的组合。 　　3.15蓄电池组battery pack 　　由一个或多个蓄电池模块组成的单一机械总成。 　　3.16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。 　　3.17停帧freeze frame 　　诊断故障代码发生时截取的一部分运行参数。 　　4总则 　　考虑与道路车辆控制系统的通信网络兼容，在本规范中充电机监控单元与电动汽车BMS之间的通信系统采用CAN（控制器局域网）通信协议。通信协议的物理层与ISO 11898《道路车辆-控制局域网CAN》标准相兼容，数据链路层符合《CAN总线2.0B版本》的规定。 　　5网络拓扑结构 　　充电机监控单元与电动汽车BMS之间的CAN通信网络一般包括两个节点，即充电机监控单元和BMS。其网络拓扑结构示意图见图1。 　　6物理层 　　采用本规范的通信物理层，应符合国际标准ISO 11898《道路车辆-控制局域网CAN》、SAE 1939-11《商用车控制系统局域网CAN通信协议-物理层》的规定。本规范BMS系统推荐采用双CAN口，与充电机监控单元的通信使用独立的CAN口。位时间推荐采用4μs，对应的位速率250kbit/s。 　　7数据链路层 　　数据链路层为物理连接之间提供可靠数据传输。本规范BMS与充电机之间的数据帧格式符合《CAN总线2.0B版本》的规定。 　　7.1帧格式 　　采用本规范的设备必须使用CAN扩展帧的29位标识符。具体每个位分配的相应定义符合SAE J1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》的规定。 　　7.2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），如表1所示。协议数据单元由七部分组成，分别是优先级，保留位，数据页，PDU格式，特定PDU，源地址和数据域。 　　7.3协议数据单元(PDU)格式 　　SAE J1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》规范定义两种PDU格式：PDU1格式（PS为目标地址）和PDU2格式（PS为组扩展）。PDU1格式实现CAN数据帧定向到特定目标地址的传输。PDU2格式仅用于不指向特定目标地址的传输。本规范考虑到充电机监控单元与BMS之间点对点方式通信的数据安全性，选用PDU1格式。 　　7.4参数组编号(PGN) 　　参数组编号PGN是一个24位的值，用来识别CAN数据帧的数据域属于哪个参数组，包括：保留位、数据页位、PDU格式域（8位）和组扩展域（8位）。 　　若PF值<240，PGN的低字节置0。否则，将其值设为组扩展域的值。本规范PDU采用PDU1格式，因此PGN的第二个字节即为PDU格式（PF）值，高字节和低字节位均为00H。具体定义详见SAE J1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》的规定。 　　7.5传输协议功能 　　传输协议为传送数据在9字节或以上的PGN提供的一种机制。传输协议功能可分为两个主要功能： 　　消息的拆装和重组、连接管理。本规范中使用多包数据传输机制的数据为BMS向充电机监控单元发送的各电池单元数据，具体连接初始化、数据传输、连接关闭遵循SAE J1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》的规定。 　　7.6地址的分配 　　本规范的网络地址用于保证消息标识符的唯一性以及表明消息的源地址。单个充电机监控单元与BMS之间是点对点独立的CAN通信网络，该网络在物理层上与其他充电机监控单元不相关，也与充电机监控单元与充电站监控系统的通信网络不相关。鉴于其网络的独立性，分配的首选地址如表2所示。 　　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。 　　7.7消息类型 　　《CAN总线2.0B版本》支持五种类型的消息，分别为命令、请求、广播/响应、确认和组功能。 　　本规范仅使用常用的两种：请求和确认。具体定义遵循SAEJ1939-21《商用车控制系统局域网CAN通信协议-数据链路层》的规定。 　　8应用层 　　应用层是充电机监控单元与电动汽车BMS之间数据通信的核心。本规范应用层的定义主要遵循SAE J1939-71《商用车控制系统局域网CAN通信协议-应用层》，采用参数和参数组定义的形式。 　　a）本规范应用层数据采用协议数据单元PDU的PDU1格式（PS为目标地址）。 　　b）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。 　　c）使用“请求PGN”来主动获取其他节点的参数组，详见7.7节。 　　d）采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据。 　　e）整个充电过程应用层中需发送多个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。 　　f）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。 　　g）修改本规范已定义的参数组时，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入到已定义的PGN中；对于功能相近的ECU可以利用原来已定义的PGN，利用未定义部分来增加识别位判断出ECU的功能，充分利用原来已定义的参数。 　　h）故障诊断的定义遵循SAE J1939-73《商用车控制系统局域网CAN通信协议-诊断》中关于CAN总线应用层-诊断的技术要求，适用于充电过程中BMS和充电机监控单元的各种故障诊断。 　　9充电机监控单元和BMS间充电报文规范 　　本规范定义的充电机监控单元和BMS间的网络通信报文主要针对正常情况下的自动充电方式。 　　9.1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。超时告警信息除特殊规定外，均为10s。当出现超时后，返回错误，并给予提示。充电总流程具体见图2。 　　9.2充电过程通信报文分类 　　9.2.1充电握手阶段 　　充电握手阶段报文分类见表3。 　　9.3充电机监控单元与BMS间报文 　　这部分具体对应用层将用到的参数组，以及使用中的每个参数进行定义。其中每个参数的定义包括数据长度、数据类型、数据分辨率、数据范围和可疑参数编号SPN，以供使用时参考。 　　9.3.1充电握手阶段报文格式和内容 　　a）PGN256充电机辨识报文（CRM） 　　报文目的：向BMS提供充电机辨识信息。当BMS和充电机完成物理连接并上电后，该报文由充电机向BMS每隔20ms发送一次SPN2562=00的充电机辨识报文。若连发3帧辨识报文仍未收到BMS辨识信息，则充电机判断充电连接异常，同时自动切断供电回路，并发超时报文。 　　9.3.3充电阶段报文格式和内容 　　a）PGN4096电池充电级别报文（BCL） 　　报文目的：让充电机实时更新电池的充电级别。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；在恒功率充电模式下，充电机输出的功率应满足功率需求值，输出的电压不能超过电压需求值。 　　9.4充电工作状态转换 　　当BMS和充电机物理连接完成并上电后，BMS和充电机的状态转换，是相互协调工作的互操作约定。 　　当BMS和充电机物理连接完成并上电后，BMS和充电机进入充电握手阶段。双方在该阶段进行握手，并确认汽车和电池的相关信息。典型的充电工作状态转换如附录A图A.1所示。 　　充电握手阶段完成后，BMS和充电机进入充电参数配置阶段。在此阶段，BMS向充电机发送蓄电池详细的充电参数，充电机向BMS发送充电机最大输出级别等信息，双方发送完毕后即互相发送充电准备报文，以准备进入下一个阶段。典型的充电工作状态转换如附录A图A.2所示。 　　充电参数配置阶段完成后，BMS和充电机进入充电阶段。BMS向充电机实时发送电池充电级别需求和电池充电状态。充电机根据电池的充电级别需求调整充电电压和电流并监控充电过程。典型的充电工作状态转换如附录A图A.3所示。 　　当BMS和充电机有一方结束充电阶段后，便进入充电结束阶段。在该阶段BMS和充电机相互发送整个充电过程中各自的统计数据。典型的充电工作状态转换如附录A图A.4所示。 　　10充电机监控单元和BMS故障诊断报文规范 　　10.1故障诊断代码 　　诊断故障代码（DTC）由4个独立域构成，这4个部分如下表所示：