电池管理系统网络协议及接口标准正式 .pdf
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1、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。先进性。制定的协议要尽量与国际接轨,参照国际SAEJ1939/11、ISO11898、ISO 7637,以及国家标准GB/T 18858.2、GB/T18487.1-2001、GB/T18487.2-2001、GB/T1487.3-2001、GB/T 18387-2001、GB/T 14023-2000、GB/T 17619-1998、TB/T 3034-2002和 QC/T 413-2002,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
2、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。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。兼容性。制定的协议要适用于各种车型,多种结构形式。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;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 35 页
3、-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 机密第页共 35 页(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ISO11898 道路车辆数字信息交换用于高速通讯的控制器局域网络 SAE J1939/11 GB/T 18858.2 低压开关设备和控制设备、控制器设备接口第三部分:DeviceNet。GB/T18487.1-2001 电动车辆传导充电系统一般要求GB/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GB/T18487.3-2001 电动车辆传导充电
4、系统电动车辆与交流/直流充电机(站)GB/T 18387-2001 电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法带宽 9kHz30MHz GB/T 14023-2000 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GB/T 17619-1998 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法ISO 7637 道路车辆传导和耦合的电气骚扰TB/T 3034-2002 机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限制QC/T 413-2002 汽车电气设备基本技术条件名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 35 页 -北京理工大学电动车辆工程技术中心纯电动汽车
5、整车通信协议:PEV-CANBUS20060620 机密第页共 35 页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整车控制器电机控制器电池管理系统中央控制模块电池测控模块 1电池测控模块 2电池测控模块 3电池测控模块 4电池测控模块 5电池测控模块 6电池测控模块 7电
6、池测控模块 8电池测控模块 9电池测控模块 10车载监控系统整车 CAN 网络 250kbps高速 CAN1高速 CAN2内部总线车辆250K(2)应急性整车充电模式的网络拓扑结构名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页整车控制器电机控制器电池管理系统中央控制模块电池测控模块1电池测控模块2电池测控模块3电池测控模块4电池测控模块5电池测控模块6电池测控模块7电池测控模块8电池测控模块9电池测控模块10充电机地面监控系统车载监控系统整车 CAN 网
7、络 250kbps高速 CAN1高速 CAN2内部总线车辆充电插头监控 CAN网络(3)快速更换模式下地面电池充电网络拓扑结构名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页电池管理系统中央控制模块电池测控模块1电池测控模块2电池测控模块3电池测控模块4电池测控模块5电池测控模块6电池测控模块7电池测控模块8电池测控模块9电池测控模块10充电机地面监控系统CAN内部总线充电线监控 CAN 网络充电接头充电平台5、通讯原则和规定电动汽车网络总线通讯协议主要参
8、考SAE J1939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 1836V,20A 电流;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页(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(bit time):即
9、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4 S,对应的传输速率为 250 kbit/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
10、);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。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:IDENTIFIER 11BITS SRR IDE IDENTIFIER EXTENSION 18BITS PRIORITY R DP PDU FORMAT(PF)SRR IDE PF PDU SPECIFIC(PS)SOURCE ADDRESS(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 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-
11、第 6 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页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;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每个节点都至少有一种功能
12、,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208231这段属于公路用车的预留地址;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采用数据块编码和节点编码相接合的方式进行数据通信数据帧采用 CRC 校验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 PD
13、U2?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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页?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
14、,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 SAE J1939 定义并已经分配了地址。EC
15、U名称地址目的寻址的报文编号(PF)ID 备注整车控制器(PVCU)208 07 新定义电动助力转向系统(EPS)227 4855 CAN 网关(GATWAY)228 6471 充电机控制系统(CCS)229 3239 调度系统230 4047 电机控制器 1(MCU)239 815 SAE J1939已名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页ABS控制器(ABS)11 定义驾驶信息显示40 5663 蓄电池管理系统#1(BMS)243 2431
16、蓄电池管理系统#2(BMS)244 07 变速器 ETC 3 1623 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 0 to 10000(0 to 1000)0 2BYTE 总电流0.1A/bit 0 to 65535(-3200 to 3353.5)32000 2BYTE 容量(AH)2AH 0 to 255(0510AH)0 1BYTE 容量(kWH)1 kWH/0.01kw.H0 to 255(0255kWH)-32000-+33535 320001/
17、2BYTE 单体电池电压0.01V/bit 0 to 1500(0 to 15)高四位为箱号(1-15,0 无效)低 12 位电压:0-4095V0 2BYTE 转矩1NM/bit 0 to 64255(-32000 to 32255)-32000 2BYTE 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页转速1RPM/bit 0 to 4500(0 to 4500)0 2BYTE 温度1/bit0 to 250(-40 to 210)-40 1BYTE
18、 压力0.01Mpa/bit 0 to 3500(0 to 35)0 2BYTE 电池(SOC)0.4%/bit 0 to 250(0 to 100%)0 1BYTE 踏板信号0.4%/bit 0 to 250(0 to 100%)0 1BYTE 生命信号1/bit 0255 0 1BYTE 车速0.1km.h-1/bit 0 to 2000(0 to 200.0)0 2BYTE 方向盘转角1/64 度/bit 0 to 64000(-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 C
19、AN1 BMSC1_0:(ID:0 x1818D0F3)OUT IN ID 通信周期数据名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页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
20、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
21、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:0 x1819D0F3)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页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
22、 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,名师资料总
23、结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页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 0:14 个电池采集点的电压1:58 个电池采集点的电压2:912 个电池采集点的电压3:1316 个电池采集点的电压4:1720 个电池采集点的电压5:2124 个电池采集点的电压25:101104 个电池采集点的电压0 x180028F3 0 x180128F3 0 x18022
24、8F3 0 x180328F3 0 x180428F3 0 x180528F3 0 x181928F3 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)1015(与充电设备的安全信息)0 x180028F4;0 x180128F4 0 x1804E5F4;0 x1805E5F4 0 x1808E5F4;0 x1809E5F4 信息显示系统40 2633 充电设备229 3441 BMSC2_DISPLAY_V1:(ID:0 x180028F3)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13
25、 页,共 35 页 -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 机密第页共 35 页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
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