电池管理系统网络协议及接口标准正式.doc
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电池管理系统网络协议及接口标准正式.doc
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北京理工大学电动车辆工程技术中心纯电动汽车整车通信协议:
PEV-CANBUS20060620机密
1、通讯协议制定的原则
这里的原则是指制定通讯协议时遵循的原则,不涉及协议本身的一些规则。
²先进性。
制定的协议要尽量与国际接轨,参照国际SAEJ1939/11、ISO11898、ISO7637,以及国家标准GB/T18858.2、GB/T18487.1-2001、GB/T18487.2-2001、GB/T1487.3-2001、GB/T18387-2001、GB/T14023-2000、GB/T17619-1998、TB/T3034-2002和QC/T413-2002,在其基础上进行改进,并有自己的特色。
原因主要是考虑到国外成熟的协议是经过实践检验的,借用它可以少走弯路。
另外,本协议参照了中科院电工所制定的电动汽车动力系统通讯协议。
²指导性。
制定的协议必须要考虑车辆的特性,指导整车和相关零部件相关控制技术的发展。
²兼容性。
制定的协议要适用于各种车型,多种结构形式。
²扩展性。
制定的协议要便于以后升级发展,扩展的协议要兼容前面制定的协议。
2、功能界定
电池管理系统具有如下功能:
(1)与整车控制系统进行信息交互,将电池的相关信息发给整车控制器,防止电池的过放电;
(2)与充电机控制系统、调度系统、车载及地面监控系统进行信息交互;
(3)通过软、硬握手方式,与充电机控制系统协同,对整车动力电池进行管理,防止电池的过充;
(4)电池管理系统应设置漏电流检测装置;
(5)电池管理系统应具有高压连接器检测功能。
3、参照标准
²ISO11898道路车辆-数字信息交换-用于高速通讯的控制器局域网络
² SAEJ1939/11
² GB/T18858.2低压开关设备和控制设备、控制器—设备接口第三部分:
DeviceNet。
²GB/T18487.1-2001电动车辆传导充电系统一般要求
²GB/T18487.2-2001电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求
²GB/T18487.3-2001电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机(站)
²GB/T18387-2001电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法带宽9kHz~30MHz
²GB/T14023-2000车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限制和测量方法
²GB/T17619-1998机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法
²ISO7637道路车辆—传导和耦合的电气骚扰
²TB/T3034-2002机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限制
²QC/T413-2002汽车电气设备基本技术条件
4、网络中的ECU拓扑结构
网络拓扑结构如图1所示,CAN总线采用内外三条子网。
其中高速网络段CAN1传输速率为250kbps,用于动力系统ECU通讯;高速网络段CAN2传输速率为250kbps,为与地面系统进行通信;内部网络是电池管理系统内部各个模块间进行通信。
电池管理系统的网络拓扑结构按电池的运作模式分为3种形式:
(1)运营模式下的网络拓扑结构
250K
(2)应急性整车充电模式的网络拓扑结构
(3)快速更换模式下地面电池充电网络拓扑结构
5、通讯原则和规定
电动汽车网络总线通讯协议主要参考SAEJ1939来制定。
5.1物理层遵循的原则
(1)控制器电源:
符合GB/T11858.3标准的规定,电源应由整车和充电接口两个电源供电。
考虑到纯电动大客车的实际低压系统的实际电压,设计的ECU应满足电源电压18~36V,20A电流;
(2)蓄电池管理系统与整车控制器之间的接口采用标准CAN2.0B接口
(3)网络系统支持热拔插。
电源应具有反接保护和掉电检测功能。
(4)位时间(bittime):
即每一位占用的时间。
在这个位时间中进行总线管理,包括ECU同步、网络传输延时补偿、采样点定位等。
这个时间可以由CAN协议的集成电路来设定。
网络上所有节点的位时间必须设置为相同值。
整车网络推荐位时间为4μS,对应的传输速率为250kbit/s,网络长度为40m;
(5)拓扑结构:
网络的接线拓扑应该是一个尽量紧凑的线形结构以避免电缆反射。
ECU接入总线主干网的电缆要尽可能短。
为使驻波最小化,节点不能在网络上等间距接入,接入线也不能等长,且接入线的最大长度应小于1m;
(6)屏蔽终端:
屏蔽终端是一点接地。
(7)通信电缆应尽量离开动力线(0.5m以上)、离开24V控制线(0.1m以上);
5.2数据链路层应遵循的原则
数据链路层的规定主要参考CAN2.0B和J1939的相关规定。
²使用CAN扩展帧的29位标识符并进行了重新定义,以下为29标识符的分配表:
IDENTIFIER11BITS
SRR
IDE
IDENTIFIEREXTENSION18BITS
PRIORITY
R
DP
PDUFORMAT(PF)
SRR
IDE
PF
PDUSPECIFIC(PS)
SOURCEADDRESS(SA)
3
2
1
1
1
8
7
6
5
4
3
2
1
8
7
6
5
4
3
2
1
8
7
6
5
4
3
2
1
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
其中,优先级为3位,可以有8个优先级;R一般固定为0;DP现固定为0;8位的PF为报文的代码;8位的PS为目标地址或组扩展;8位的SA为发送此报文的源地址;
²接入网络的每一个节点都有名称和地址,名称用于识别节点的功能和进行地址仲裁,地址用于节点的数据通信
²每个节点都至少有一种功能,可能会有多个节点具有相同的功能,也可能一个节点具有多个功能
²节点的编址规则:
如果J1939已有定义,则尽量使用J1939已定义的地址;具有多个功能的ECU,可以使用多个地址,也可以重新定义新的地址;新定义地址,应使用208~231这段属于公路用车的预留地址;
²采用广播和单播相接合的方式进行数据传输,单播报文主要用于解决相同功能节点的控制问题,其它情况下尽量使用广播报文
²采用数据块编码和节点编码相接合的方式进行数据通信
²数据帧采用CRC校验
²总线错误严重时具有自动关闭功能
5.3应用层应遵循的规定
应用层的规定主要参考J1939的相关规定。
•应用层定义了协议数据单元PDU的两种格式PDU1和PDU2
•采用PGN对数据块(参数组)进行编号,广播方式下,ECU根据PGN来识别数据块的内容
•使用远程请求报文来获取主动请求其它节点的参数组
•采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据
•定义新的参数组时,尽量将相同功能的参数、相同或相近刷新率的参数和属于同一个子系统内的参数放在同一个参数组中;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;
•修改J1939已定义的参数组时,不要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,不要为了节省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,可以在已定义的PGN中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。
6、ECU源地址分配
下表是纯电动汽车可能用到的ECU节点名称和分配的地址。
其中整车控制器地址为新分配的地址,而电机控制器#1~电机控制器#4、电子节气门控制器、驾驶室显示器、ABS控制器和蓄电池管理系统#1~蓄电池管理系统#4为原SAEJ1939定义并已经分配了地址。
ECU名称
地址
目的寻址的报文编号(PF)
ID
备注
整车控制器(PVCU)
208
0~7
新定义
电动助力转向系统(EPS)
227
48~55
CAN网关(GATWAY)
228
64~71
充电机控制系统(CCS)
229
32~39
调度系统
230
40~47
电机控制器#1(MCU)
239
8~15
SAEJ1939已定义
ABS控制器(ABS)
11
驾驶信息显示
40
56~63
蓄电池管理系统#1(BMS)
243
24~31
蓄电池管理系统#2(BMS)
244
0~7
变速器ETC
3
16~23
实际的网络中,蓄电池可能只有一个,电机控制器也可能只有一个。
7、数据格式定义
纯电动汽车驱动系统各ECU输出信号表
数据类型
比例因子
范围(实际量程)
偏移量
字节数
总电压
0.1V/bit
0to10000(0to1000)
0
2BYTE
总电流
0.1A/bit
0to65535(-3200to3353.5)
32000
2BYTE
容量(AH)
2AH
0to255(0~510AH)
0
1BYTE
容量(kWH)
1kWH/0.01kw.H
0to255(0~255kWH)
-32000-+33535
32000
1/2BYTE
单体电池电压
0.01V/bit
0to1500(0to15)
高四位为箱号(1-15,0无效)
低12位电压:
0-4095V
0
2BYTE
转矩
1NM/bit
0to64255(-32000to32255)
-32000
2BYTE
转速
1RPM/bit
0to4500(0to4500)
0
2BYTE
温度
1℃/bit
0to250(-40to210)
-40
1BYTE
压力
0.01Mpa/bit
0to3500(0to35)
0
2BYTE
电池(SOC)
0.4%/bit
0to250(0to100%)
0
1BYTE
踏板信号
0.4%/bit
0to250(0to100%)
0
1BYTE
生命信号
1/bit
0~255
0
1BYTE
车速
0.1km.h-1/bit
0to2000(0to200.0)
0
2BYTE
方向盘转角
1/64度/bit
0to64000(-500~+500度)
-500
2BYTE
开关信号
开关(0X55:
关闭;0XAA:
打开)
0
1BYTE
8电池管理系统ECU参数组定义
8.1电池管理系统CAN1
BMSC1_0:
(ID:
0x1818D0F3)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
整车控制器
PGN=6352
100MS
位置
数据名
SPN
1Byte
Ubus(电池系统测量总线电压值)低字节
注:
两字节数据低字节在前,高字节在后;
同一字节中高位在前;低位在后;
本字节紧跟DLC后输出;
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
24
208
243
2Byte
Ubus(电池系统测量总线电压值)高字节
3Byte
Ibattery(-/+)(电池充/放电电流)低字节
4Byte
Ibattery(-/+)(电池充/放电电流)高字节
5Byte
SOC(电池模块SOC)
6Byte
Temp.amb(电池箱内环境最高温度)
7Byte
电池Status_Flag1
8Byte
备用/当前剩余能量KW.h或预计可行驶距离
Status_Flag1:
8bit(MSB)
7bit
6bit
5bit
4bit
3bit
2bit
1bit(LSB)
不匹配
SOC太低停车
温度过高
过电流
SOC过低(需补电,报警)
SOC过高
模块电压过低
模块电压过高
修改意见:
增加电池匹配故障(用于避免将没充电的电池和充满电的电池混合使用)
另外,是否需要增加电池均衡性指标
注:
逻辑1表示事件为真;逻辑0表示事件为假
BMSC1_1:
(ID:
0x1819D0F3)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
整车控制器
PGN=6608
100MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池模块最低电压低字节
注:
两字节数据低字节在前,高字节在后;
同一字节中高位在前;低位在后;
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
25
208
243
2Byte
电池模块最低电压高字节
3Byte
电池模块最高电压低字节
4Byte
电池模块最高电压高字节
5Byte
电池模块最高温度
6Byte
Trange(电池模块温度极差)
7Byte
电池Status_Flag2
8Byte
保留
Status_Flag2:
8bit(MSB)
7bit
6bit
5bit
4bit
3bit
2bit
1bit(LSB)
未用
未用
未用
未用
未用
未用
未用
电池均衡故障
注:
逻辑1表示事件为真;逻辑0表示事件为假
8.2电池管理系统CAN2
电池管理系统为整车信息显示系统以及充电池信息监控系统提供的详细数据报文。
电池编号由整车电压最低到最高依次1,2,3,……
下表是电池管理系统可能用到的ECU节点名称和分配的地址。
ECU名称
地址
目的寻址的报文编号(PF)
ID
备注
电池管理系统#1
243
0:
1~4个电池采集点的电压
1:
5~8个电池采集点的电压
2:
9~12个电池采集点的电压
3:
13~16个电池采集点的电压
4:
17~20个电池采集点的电压
5:
21~24个电池采集点的电压
……
25:
101~104个电池采集点的电压
……
0x180028F3
0x180128F3
0x180228F3
0x180328F3
0x180428F3
0x180528F3
……
0x181928F3
……
电池管理系统#2(BMS)
244
0,1(16个电池包温度)
2,3(预留)
4,5(每箱电池的SOC)?
6,7(预留)
8,9(每箱电池的平均电压)
10~15(与充电设备的安全信息)
0x180028F4;0x180128F4
0x1804E5F4;0x1805E5F4
0x1808E5F4;0x1809E5F4
信息显示系统
40
26~33
充电设备
229
34~41
BMSC2_DISPLAY_V1:
(ID:
0x180028F3)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
信息显示系统
PGN=0
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池模块1电压低字节
注:
两字节数据低字节在前,高字节在后;
同一字节中高位在前;低位在后;本字节紧跟DLC后输出;
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
0
40
243
2Byte
电池模块1电压高字节
3Byte
电池模块2电压低字节
4Byte
电池模块2电压高字节
5Byte
电池模块3电压低字节
6Byte
电池模块3电压高字节
7Byte
电池模块4电压低字节
8Byte
电池模块4电压高字节
BMSC2_DISPLAY_V2:
(ID:
0x180128F3)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
信息显示系统
PGN=256
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池模块5电压低字节
注:
两字节数据低字节在前,高字节在后;
同一字节中高位在前;低位在后;本字节紧跟DLC后输出;
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
1
40
243
2Byte
电池模块5电压高字节
3Byte
电池模块6电压低字节
4Byte
电池模块6电压高字节
5Byte
电池模块7电压低字节
6Byte
电池模块7电压高字节
7Byte
电池模块8电压低字节
8Byte
电池模块8电压高字节
…………
BMSC2_DISPLAY_V25:
(ID:
0x181928F3)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
信息显示系统
PGN=3072
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池模块100电压低字节
注:
两字节数据低字节在前,高字节在后;
同一字节中高位在前;低位在后;本字节紧跟DLC后输出;
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
25
40
243
2Byte
电池模块100电压高字节
3Byte
电池模块101电压低字节
4Byte
电池模块101电压高字节
5Byte
电池模块103电压低字节
6Byte
电池模块103电压高字节
7Byte
电池模块104电压低字节
8Byte
电池模块104电压高字节
…………
BMSC2_DISPLAY_T1:
(ID:
0x180028F4)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
信息显示系统
PGN=0
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池包1温度
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
0
40
244
2Byte
电池包2温度
3Byte
电池包3温度
4Byte
电池包4温度
5Byte
电池包5温度
6Byte
电池包6温度
7Byte
电池包7温度
8Byte
电池包8温度
BMSC2_DISPLAY_T2:
(ID:
0x180128F4)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
信息显示系统
PGN=256
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
电池包9温度
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
1
40
244
2Byte
电池包10温度
3Byte
电池包11温度
4Byte
电池包12温度
5Byte
电池包13温度
6Byte
电池包14温度
7Byte
电池包15温度
8Byte
电池包16温度
BMSC2_Broadcast1:
(ID:
0x18F100F4)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
其它系统
PGN=256
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
Status_Flag3
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
241
0
244
2Byte
保留(或供应商代码)
3Byte
CHAR-MODE
4Byte
车号低字节
5Byte
车号高字节
6Byte
蓄电池串联单体数:
Bnn
7Byte
实际容量SAHb/能量KW>H(0-255KW)
8Byte
额定容量(AH)标识码:
Ahb/能量KW>H(0-255KW)
Status_Flag3:
8bit(MSB)
7bit
6bit
5bit
4bit
3bit
2bit
1bit(LSB)
电池检测单元标识:
Li+:
不关心,固定为1
铅酸类:
1:
2V系列
2:
6V系列
4:
12V系列
NiH类1:
1.2V系列
2:
6V系列
4:
12V系列
电池管理系统类型标识码:
0,3,5,6,7保留
1:
标准配置型
2:
电压优先配置型
4:
温控优先配置型
并联路数
(00:
1路;01:
2路;10:
3路;11:
4路)
蓄电池额定容量标识码AHb按下式计算:
Ahb=额定容量(AH)÷2(单位:
AH)
蓄电池单体数量Bnn:
以电压(标准配置型和电压优先型)或温度检测单元(温控优先型)为计数单元。
CHAR_MODE
8bit(MSB)
7bit
6bit
5bit
4bit
3bit
2bit
1bit(LSB)
操作模式
IC卡模式
非IC卡模式
蓄电池类型:
000:
保留
001:
阀控密封铅酸蓄电池
010:
铅布蓄电池
011:
NiH蓄电池
100:
A类Li+蓄电池(小内阻)
101:
B类Li+蓄电池(中内阻)
110:
C类Li+蓄电池(大内阻)
111:
保留
充电控制
位:
允许:
1
禁止:
0
看门狗状态位:
0:
看门狗复位
1:
看门狗有效,紧急停机。
高压连接状态:
正常:
0
故障:
1
绝缘状态:
正常:
0
不正常:
1
BMSC2_Broadcast2:
(ID:
0x18F101F4)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
其它系统
PGN=256
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
当电池的绝缘电阻高于500欧姆/伏特的时候,发送0
当电池的绝缘电阻低于500欧姆/伏特但高于100欧姆/伏特的时候,发送1
当电池的绝缘电阻低于100欧姆/伏特的时候,发送2
P
R
DP
PF
PS
SA
6
0
0
241
1
244
2Byte
保留
3Byte
电池模块最高电压低字节
4Byte
电池模块最高电压高字节
5Byte
端电压低字节
6Byte
端电压高字节
7Byte
电池模块最高温度
8Byte
Status_Flag4
Status_Flag4:
电池组连接接头状态(0:
正常;1:
未连接)(编号:
由低电压到高电压依次)
8bit(MSB)
7bit
6bit
5bit
4bit
3bit
2bit
1bit(LSB)
8连接插头状态
7连接插头状态
6连接插头状态
5连接插头状态
4连接插头状态
3连接插头状态
2连接插头状态
1连接插头状态
8:
连接正常/0,不正常/1,0-7:
连接点遍号,从电池组负极为1,正为最高(109)
BMSC2_CHARGE_1:
(ID:
0x1805E5F4)
OUT
IN
ID
通信周期
数据
电池管理系统
充电设备
PGN=256
500MS
位置
数据名
SPN
1Byte
单体电池最高允许充电电压低字节
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