（免费下载）GB/T 27930-2015 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
1 范围
1 范围
本标准规定了电动汽车非车载传导式充电机(以下简称充电机)与电池管理系统(Battery Manage-ment System，以下简称BMS)之间基于控制器局域网(Control Area Network，以下简称CAN)的通信物理层、数据链路层及应用层的定义。
本标准适用于采用GB／T 18487.1规定的充电模式4的充电机与BMS之间的通信，也适用于充电机与具有充电控制功能的车辆控制单元之间的通信。
2 规范性引用文件
2 规范性引用文件
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GB／T 19596 电动汽车术语
GB／T 18487.1 电动车辆传导充电系统一般要求
ISO 11898-1：2003 道路车辆控制器局域网络 第1部分：数据链路层和物理信令[Road vehicle-Control area network(CAN)Part 1：Data link layer and physical signaling]
SAE J1939-11：2006 商用车控制系统局域网CAN通信协议 第11部分：物理层，250K比特／秒，屏蔽双绞线(Recommented practice for serial control and communication vehicle network-Part 11：Physical layer-250 Kbits／s，twisted shielded pair)
SAE J1939-21：2006 商用车控制系统局域网CAN通信协议 第21部分：数据链路层(Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 21：Data link layer)
SAE J1939-73：2006 商用车控制系统局域网CAN通信协议 第73部分：应用层 诊断(Recom-mented practice for serial control and communication vehicle network-Part 73：Application Layer-Diagnostics)
3 术语和定义
3.1
帧 frame
组成一个完整信息的一系列数据位。
3.2
CAN数据帧 CAN data frame
用于传输数据的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
CAN2.0B规范中定义的使用11位标识符的CAN数据帧。
3.6
扩展帧 extended frame
CAN2.0B规范中定义的使用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，最高优先权为0级，最低优先权为7级。
3.8
参数组 parameter group；PG
在一报文中传送参数的集合。
3.9
参数组编号 parameter group number；PGN
用于唯一标识一个参数组的一个24位值。参数组编号包括：保留位、数据页、PDU格式域(8位)、PDU特定域(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9～1785字节的PGN提供的一种机制。
3.13
电子控制单元 electronic control unit；ECU
电子控制单元，即车载电脑，由微控制器和外围电路组成。
3.14
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。
4 总则
4.1 充电机与BMS之间通信网络采用CAN2.0B通信协议。充电流程参见附录A。
4.2 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。
4.3 充电机与BMS之间的CAN通信网络应由充电机和BMS两个节点组成。
4.4 数据信息传输采用低字节先发送的格式。
4.5 正的电流值代表放电，负的电流值代表充电。
4.6 执行本标准的充电机和BMS宜具备向前兼容性。
5 物理层
5 物理层
采用本标准的物理层应符合ISO 11898-1：2003、SAE J1939-11：2006中关于物理层的规定。本标准充电机与BMS的通信应使用独立于动力总成控制系统之外的CAN接口。充电机与BMS之间的通信速率采用250kbit／s。
注：在通信环境恶劣的专用场合(如通信距离较长的商用车充电站)，经供电设备制造商和电动汽车制造商协商一致，可采用50kbit／s通信速率。
6 数据链路层
6.1 帧格式
采用本标准的设备应使用CAN扩展帧的29位标识符，具体每个位分配的相应定义应符合SAE J1939-21：2006中的相关规定。
6.2 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)，见表1。协议数据单元由七部分组成，分别是优先权、保留位、数据页、PDU格式、PDU特定、源地址和数据域。
表1 协议数据单元(PDU)
6.3 协议数据单元(PDU)格式
选用SAE J1939-21：2006中定义的PDU1格式。
6.4 参数组编号(PGN)
PGN的第二个字节为PDU格式(PF)值，高字节和低字节位均为00H。
6.5 传输协议功能
BMS与充电机之间传输9～1785字节的数据使用传输协议功能。连接初始化、数据传输、连接关闭应遵循SAE J1939-21：2006中5.4.7和5.10消息传输的规定。对于多帧报文，报文周期为整个数据包的发送周期。
6.6 地址的分配
网络地址用于保证信息标识符的唯一性以及表明信息的来源。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。充电机和BMS分配的地址如表2所示。
表2 充电机和BMS地址分配
| 装置 |
首选地址 |
| 充电机 | 86（56H） |
| BMS | 244（F4H） |
6.7 信息类型
CAN总线技术规范支持五种类型的信息，分别为命令、请求、广播／响应、确认和组功能。具体定义应遵循SAE J1939-21：2006中5.4信息类型的规定。
7 应用层
7.1 应用层采用参数和参数组定义的形式。
7.2 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。
7.3 使用“请求PGN”来主动获取其他节点的参数组。
7.4 采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据。
7.5 如果需发送多个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。
7.6 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。
7.7 修改第9章已定义的参数组时，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。
7.8 充电过程中充电机和BMS各种故障诊断定义应遵循SAE J1939-73：2006的5.1中CAN总线诊断系统的要求，附录B给出了故障诊断报文定义规范。
7.9 报文选项分为必须项和可选项，对于同一帧报文中全部内容为可选项的，该报文可以选择不发送，对于同一帧报文中部分内容为可选项的，可选项所有位按照本标准规定格式发送或填充1，本标准未规定的无效位或字段填充1。本标准未规定的位或预留位填充1。
7.10 报文的长度和必须项内容及格式需按照第10章中规定发送。
8 充电总体流程
8 充电总体流程
整个充电过程包括六个阶段：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(参见附录C)。在充电结束阶段中，如果出现了故障，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。充电总体流程见图1。
图1 充电总体流程图
9 报文分类
9.1 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／T 18487.1。充电握手阶段报文应符合表3的要求。
表3 充电握手阶段报文分类
9.2 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。
表4 充电参数配置阶段报文分类
9.3 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。
表5 充电阶段报文分类
9.4 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。
表6 充电结束阶段报文分类
9.5 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。
表7 错误报文分类
10 报文格式和内容
附录A 充电流程
A.1 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。典型的充电工作状态转换如图A.1～图A.5所示。
图A.1 充电握手启动流程图
图A.2 充电握手辨识流程图
图A.3 充电参数配置阶段流程图
图A.4 充电阶段流程图
图A.5 充电结束阶段流程图
A.2 充电时序流程图
详细的充电时序流程图如图A.6～图A.12所示。
图A.6 正常充电时序流程图
图A.7 在非正常状态下停止(充电机方面的原因)流程图
图A.8 在非正常状态下停止(车辆方面的原因)流程图
图A.9 通信中断：通信超时重连3次后仍发生通信超时通信中止流程图
图A.10 S开关开流程图
图A.11 充电机接收BMS通信超时流程图
图A.12 BMS接收充电机通信超时流程图
附录B 充电机和BMS故障诊断报文
B.1 故障诊断代码
诊断故障代码(DTC)由4个独立域构成，这4个部分见表B．1：
表B.1 诊断故障代码(DTC)
其中：可疑参数编号(SPN)19位的数字是用于识别故障报告的诊断项目。可疑参数编号与发送故障诊断信息的控制模块的地址编码无关。SPN编号为第10．3节中已定义的BMS、充电机发生硬件故障的信息，如SPN3090～SPN3095、SPN3511～SPN3513、SPN3521～SPN3523等。
故障模式标识符(FMI)定义BMS和充电机中发现的故障类型。其数据长度5位，数据状态为C～31共32种，目前定义的故障模式标识符如下：
<0>：＝动力蓄电池电压故障；
<1>：＝动力蓄电池电流故障；
<2>：＝动力蓄电池温度故障；
<3>：＝动力蓄电池绝缘状态；
<4>：＝动力蓄电池输出连接器过温故障；
<5>：＝BMS元件、电池组输出连接器过温；
<6>：＝充电机温度故障；
<7>：＝充电机连接器故障；
<8>：＝充电机内部温度故障；
<9～31>：＝预留备用。
发生次数(OC)定义一个故障从先前激活状态到激活状态的变化次数，最大值为126，计数向上溢出时，该计数器值保留为126。假如发生次数未知，则该域所有位的数值均设为1。
可疑参数编号的转化方式(CM)置0，表示SPN位均采用英特尔格式。
B.2 故障诊断报文分类
故障诊断报文分类见表B.2。
表B.2 故障诊断报文分类
B.3 故障诊断报文格式和内容
故障诊断报文和内容包括：
a)PGN8 192诊断信息1，当前故障码报文(DM1)
报文功能：发生故障时，发送当前的故障代码。每个故障代码4字节。数据段多余8字节采用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定。PGN8192报文格式见表B.3。
表B.3 PGN8192报文格式
b)PGN8448诊断信息2，历史故障码报文(DM2)
报文功能：该数据包括了一系列诊断代码以及历史故障码的发生次数。每个故障代码4字节。数据段多余8字节采用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定。PGN8448报文格式见表B.4。
表B.4 PGN8448报文格式
c)PGN8704诊断信息3，诊断准备就绪报文(DM3)
报文功能：报告有关诊断已准备就绪的诊断信息。PGN8704报文格式见表B.5。
表B.5 PGN8704报文格式
| 起始字节或位 | 长度 | 定义 |
| 1 | 1字节 | 当前故障码个数 |
| 2 | 1字节 | 历史故障码个数 |
d)PGN8960诊断信息4，当前故障码的清除／复位报文(DM4)
报文功能：所有关于当前故障码的诊断信息都应该清除。当需要清除当前故障码相关的诊断信息、以及问题得到纠正时发送此请求指令。该操作完成时或被请求控制模块内没有故障码，要求控制模块发送一个肯定应答。如由于某种原因，控制模块不能执行要求的操作，就必须发送否定-应答。所有与当前故障码相关的信息包括：当前故障码个数及诊断就绪状态信息和当前故障码。
e)PGN9216诊断信息5，历史故障码的清除／复位报文(DM5)
报文功能：当某个控制模块接收到这一参数组的请求指令时，所有有关历史故障码的诊断信息都应该清除，与当前故障码有关的诊断数据将不受影响。若无历史故障码，必须发送肯定应答。如由于某种原因，控制模块不能执行这一参数组的请求指令的要求，那么就必须发送否定应答。所有与历史故障码相关的信息包括：历史故障码个数及诊断就绪状态信息和历史故障码。
f)PGN9472诊断信息6，停帧参数报文(DM6)
报文功能：当接收到诊断故障代码时，已记录的一系列参数。每个故障代码4字节。数据段多余8字节采用传输协议功能传输，格式详见6.5的规定。PGN9472报文格式见表B.6。
表B.6 PGN9472报文格式
附录C 充电过程故障处理方式
C.1 故障处理方式
故障处理方式包括：
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)。
C.2 充电故障分类及处理方式
充电故障分类及处理方式见表C.1。
表C.1 充电故障分类及处理方式
注1：BMS检测到故障后，根据故障程度，选择在BSM(动力蓄电池状态信息)报文或BST(BMS中止充电)报文中提供停止充电信息，使充电机停机，进入处理方式b)；或是将BSM报文中SPN3090～SPN3095均置为00(电池状态正常)，且SPN3096置为00(禁止充电)，使充电机暂停输出电流，此时BMS和充电机进行正常通信，直到等待BMS发送的BSM报文中SPN3096为01(允许充电)后，重新允许充电机电流输出，如果等待时间超过10min，充电机中止充电，并保存中止充电原因。
注2：当充电机检测到充电故障时，立即发送CST(充电机中止充电)命令，同时充电机停机，停止CAN通信，切断K1、K2、K3、K4等开关，根据故障类型进入相应的处理方式。在处理方式c)下，当充电机自检到故障消除时，重新由充电机发起握手辨识阶段的连接，进行充电。如果重新连接3次仍未成功，则按照处理方式b)，需操作人员查看当前状况并重新插拔充电连接器，尝试再次充电。
注3：当充电过程中发生电网停电故障，即使一段时间后供电自动恢复，也需要人工干预(处理方式b)后，再进行重新充电。
C.3 不可信状态处理方式
当收到不可信状态时，接收方保持上一状态，数据包不做处理。
附录D 报文开始发送条件和中止发送条件
附录D 报文开始发送条件和中止发送条件
各类报文的开始发送条件和中止发送条件见表D.1。
表D.1 报文开始发送条件和中止发送条件
