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非車載充電機(jī)與電動汽車是如何通信的？
電動汽車的充電設(shè)備分為兩種，一種是車載充電機(jī)，一種是非車載充電機(jī)。
車載充電機(jī)受整車空間和重量限制，體積小、功率小。優(yōu)點是用交流插座充電方便，缺點是充電時間較長；
非車載充電機(jī)安裝在車輛外部的直流充電樁內(nèi)，不受整車空間和重量限制，功率大。
優(yōu)點是充電速度快。
車載充電機(jī)與車輛中的電子模塊通信屬于車輛的內(nèi)部通信，是每個主機(jī)廠定制化開發(fā)的，并不統(tǒng)一。但是非車載充電機(jī)是由主機(jī)廠以外的第三方設(shè)計制造的，為了適配不同品牌汽車的充電功能，它們的通信協(xié)議必須是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的。今天我們就來了解下非車載充電機(jī)，也就是直流充電樁與車輛是如何通信的？
1. 充電通信概述
充電機(jī)與車輛之間的通信協(xié)議基于CAN2.0B，使用CAN擴(kuò)展幀的29位標(biāo)識符。
各個層次的協(xié)議符合J1939，通信速率采用250 kbit/s 。對J1939如果不熟悉，可以先看下《J1939與CAN是什么關(guān)系》這篇文章。
充電機(jī)與車輛之間的CAN 通信網(wǎng)絡(luò)主要由充電機(jī)和車輛兩個節(jié)點組成,也可在通信網(wǎng)絡(luò)中增加適配器節(jié)點。
車輛充電過程中的電流值為負(fù)值, 當(dāng)車輛或充電機(jī)接收-400 A~0 A范圍以外的充
電電流值時, 應(yīng)退出充電流程。
外部通訊控制器與車輛通訊控制器的網(wǎng)絡(luò)地址是固定的，這里的外部通訊控制器
就是充電機(jī)，而典型的車輛通訊控制器是BMS，地址如下表所示：
充電機(jī)和BMS的CAN網(wǎng)絡(luò)地址
2. 充電流程
整個充電過程包括6個階段：物理連接完成、低壓輔助上電、充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結(jié)束階段。
充電總體流程圖
物理連接就是將充電樁的充電槍插到車輛的充電插座上，充電槍插好后，充電機(jī)會閉合電子鎖，電子鎖是為了確保充電槍在充電過程中牢固連接，避免因外力等因素導(dǎo)致的意外拔出。
然后低壓輔助供電回路導(dǎo)通，提供低壓工作電壓，然后才能進(jìn)入正式的充電通信過程。
2.1 充電握手階段
充電握手階段分為握手啟動階段和握手辨識階段, 握手啟動階段發(fā)送握手報文, 并進(jìn)行充電機(jī)自檢。如果自檢通過, 雙方進(jìn)入握手辨識階段, 交互車輛和充電機(jī)的身份及其他必要信息; 如果自檢失敗, 充電機(jī)會發(fā)送充電機(jī)中止充電報文。
充電握手階段報文
2.1.1 充電機(jī)握手報文CHM(PGN9278)
充電機(jī)會在低壓輔助供電回路閉合后的1s內(nèi)發(fā)出第一幀CHM報文, 報文周期250 ms。
CHM報文的作用就是雙方確認(rèn)通信協(xié)議版本，因為不同的版本之間是無法正常通信的。
CHM報文格式
CHM報文只有1個參數(shù)SPN2600。
2.1.2 車輛握手報文BHM（PGN9984）
當(dāng)BMS收到充電機(jī)握手報文BHM后, 會周期（250 ms）發(fā)送BHM報文。
BHM報文的作用是車輛要通知充電機(jī)，它能夠承受的最大的充電電壓，超過了這個電壓，會有漏電的風(fēng)險。
BHM報文格式
BHM也只有1個參數(shù)SPN2601，充電機(jī)收到這個數(shù)值后，會在充電機(jī)進(jìn)行絕緣自檢時控制輸出電纜的絕緣監(jiān)測電壓。
2.1.3 充電機(jī)辨識報文CRM（PGN256）
當(dāng)充電機(jī)自檢完成并通過后, 會停止發(fā)送充電機(jī)握手報文 CHM , 開始周期性（250 ms）發(fā)送充電機(jī)辨識報文CRM。
CHM的作用是要辨識車輛的身份，由于它當(dāng)前還不能立即辨識出車輛，所以先發(fā)出充電機(jī)自己的身份信息，同時等待車輛的辨識報文，收到后就可以辨識出車輛的身份。
具體的辨識是通過報文中的SPB2560參數(shù)完成的，在收到車輛辨識報文 BRM 報文前, SPN2560=0x00;在收到BRM報文后,SPN2560=0xAA。
CRM報文格式
CRM報文包含了3個參數(shù)SPN2560、SPN2561和SPN2562。
2.1.4 BMS和車輛辨識報文BRM（PGN512）
當(dāng)車輛收到SPN2560=0x00的CRM報文后, 會周期性（ 250 ms） 的向充電機(jī)發(fā)送BRM 報文, 直到接收 SPN2560=0xAA的CRM報文為止。
BRM報文的作用是辨識充電機(jī)的身份，同時發(fā)出自己的身份信息，身份信息中必須包含的是車輛通信協(xié)議版本號、電池類型, 額定容量和額定總電壓。此外，還有一些可選的參數(shù)信息。
BRM報文格式
BRM包含了12個參數(shù)，前4項是必選項，后面是可選項。
此外，這個報文共49個數(shù)據(jù)字節(jié)，超過了單個報文的8個字節(jié),所以需要使用傳輸協(xié)議（TP）來傳輸,也就是多包傳輸。
2.2 參數(shù)配置階段報文
充電握手階段完成后, 充電機(jī)和車輛進(jìn)入充電參數(shù)配置階段。 在這個階段, 車輛會向充電機(jī)發(fā)送動力蓄電池當(dāng)前電池電壓, 如果該電壓不在充電機(jī)輸出能力范圍內(nèi), 充電機(jī)判斷充電參數(shù)不匹配;
車輛也可根據(jù)充電機(jī)最大輸出能力判斷是否能夠進(jìn)行充電。如果判斷充電參數(shù)不匹配, 充電機(jī)和車輛會發(fā)送中止充電報文;
如果充電參數(shù)匹配, 進(jìn)入充電準(zhǔn)備就緒過程。
充電參數(shù)配置階段報文
2.2.1 車輛充電參數(shù)報文 BCP（PGN1536）
當(dāng)車輛收到充電機(jī)辨識報文CRM中的參數(shù)SPN2560=0xAA,也就是辨識成功后，車輛會周期性（500ms）發(fā)出車輛充電參數(shù)報文BCP。
BCP報文格式
BCP包含了7個參數(shù)。其中SPN2819可作為充電機(jī)過壓保護(hù)的參考值。
由于該報文參數(shù)組長度超過了8個字節(jié), 所以也需要使用傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸。
2.2.2 充電機(jī)發(fā)送時間同步信息報文CTS(PGN1792)
充電機(jī)收到BCP報文后, 可以周期性（500ms）發(fā)出時間同步信息報文CTS 。 這個報文就是把充電機(jī)當(dāng)前的時間日期信息發(fā)給車輛，車輛如何使用由車輛自己決定。
CTS報文格式
這個參數(shù)是可選項，所以也可以不發(fā)送。
2.2.3 充電機(jī)最大輸出能力報文CML（PGN2048）
充電機(jī)接收BCP 報文后, 會周期性（250ms）發(fā)出充電機(jī)最大輸出能力報文CML ， 報文的目的是告訴車輛充電機(jī)的最大輸出能力。
CML報文格式
CML報文有4個參數(shù)。
2.2.4 車輛充電準(zhǔn)備就緒報文BRO(PGN2304)
充電參數(shù)配置成功后, 車輛會周期性（250ms）發(fā)出準(zhǔn)備就緒報文BRO ， 車輛準(zhǔn)備就緒前SPN2829=0x00 , 準(zhǔn)備就緒后發(fā)送 SPN2829=0xAA。
BRO報文格式
BRO報文只有1個參數(shù)。
2.2.5 充電機(jī)輸出準(zhǔn)備就緒報文CRO（PGN2560）
充電機(jī)收到SPN2829=0xAA的BRO報文后, 會周期性（250ms）發(fā)出充電機(jī)輸出準(zhǔn)備就緒報文CRO ， 充電機(jī)準(zhǔn)備就緒前SPN2830=0x00,準(zhǔn)備就緒后發(fā)送SPN2830=0xAA。
CRO報文格式
CRO報文只有1個參數(shù)，參數(shù)使用方式與車輛充電準(zhǔn)備就緒報文BRO 類似。
2.3 充電階段報文
充電參數(shù)配置階段完成后,充電機(jī)和車輛進(jìn)入充電階段。在整個充電階段, 車輛實時向充電機(jī)發(fā)送車輛充電需求, 充電機(jī)根據(jù)車輛充電需求調(diào)整充電電壓和充電電流, 保證充電過程正常進(jìn)行。
在充電過程中, 充電機(jī)和車輛發(fā)送各自的充電狀態(tài)。除此之外, 車輛可向充電機(jī)發(fā)送動力蓄電池具體狀態(tài)信息及電壓、溫度等信息。
車輛根據(jù)充電過程是否正常、電池狀態(tài)是否達(dá)到自身設(shè)定的充電結(jié)束條件或者是否接收充電機(jī)中止充電報文來判斷是否結(jié)束充電;
充電機(jī)根據(jù)是否接收停止充電指令、充電過程是否正常、是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的充電參數(shù)值, 或者是否接收車輛中止充電報文來判斷是否結(jié)束充電。
2.3.1 電池充電需求報文BCL（PGN4096）
雙方充電準(zhǔn)備就緒后, 車輛開始周期性（50ms）發(fā)送電池充電需求報文BCL。
充電機(jī)根據(jù)充電需求調(diào)整充電電壓和充電電流, 確保充電過程正常進(jìn)行。
BCL報文格式
BCL報文有3個參數(shù)，當(dāng)BCL報文中的充電電壓需求小于充電機(jī)的最小充電電壓時, 充電機(jī)應(yīng)發(fā)送 CST 報文停止充電。
充電期間, 充電需求電流應(yīng)是車輛的實際需求, 不應(yīng)受到充電機(jī)輸出能力變化影響。
2.3.2 電池充電總狀態(tài)報文BCS（PGN4352）
充電過程中，車輛還會周期（250ms）發(fā)送電池充電總狀態(tài)報文BCS ，主要包括當(dāng)前充電電壓、充電電流等充電狀態(tài)參數(shù)。
BCS 報文格式
BCS報文有5個參數(shù)，且參數(shù)組長度超過了8個字節(jié), 也要使用傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸。
2.3.3 充電機(jī)充電狀態(tài)報文CCS(PGN4608)
充電過程中充電機(jī)也要周期（50ms）發(fā)送充電機(jī)充電狀態(tài)報文CCS，包含充電機(jī)當(dāng)前的充電電流、電壓值等信息。
CCS報文格式
CCS報文有4個參數(shù)。
2.3.4 車輛狀態(tài)信息報文BSM（PGN4864）
充電階段車輛會周期性（250ms）發(fā)送動力蓄電池狀態(tài)信息。
車輛可通過發(fā)送SPN3096=0 的BSM報文請求暫停, 車輛或充電機(jī)自發(fā)送暫停請求到暫?；謴?fù)的時間不應(yīng)超過10min , 當(dāng)充電機(jī)接收BSM 報文中SPN3090 ~SPN3095 中至少一項為異常狀態(tài)或接收BST報文時, 充電機(jī)應(yīng)發(fā)送CST報文停止充電;
當(dāng)車輛檢測到電池狀態(tài)異常時, 應(yīng)發(fā)送BST報文, 結(jié)束充電。
BSM報文格式
BSM報文有12個參數(shù)。
2.3.5 單體蓄電池電壓報文BMV（PGN5376）
充電階段車輛還可以周期(10s)性的發(fā)送單體蓄電池電壓報文BMV。這個報文的參數(shù)是可選的，也就是可以不發(fā)送。
BMV報文格式
2.3.6 動力蓄電池溫度報文BMT（PGN5632）
充電階段車輛還可以周期性（10s）的發(fā)送動力蓄電池溫度報文BMT。這個報文的參數(shù)頁是可選的，可以不發(fā)送。
BMT報文格式
2.3.7 車輛中止充電報文BST（PGN6400）
車輛主動中止充電或接收CST報文后, 會周期性（10 ms）的發(fā)送BST報文, 報文內(nèi)容應(yīng)與中止原因一致。通信開始后(車輛接收 CHM 報文后)的各個階段, 車輛都可發(fā)送 BST報文主動中止充電。車輛出現(xiàn)必須中止充電的異?；蚬收蠒r,應(yīng)發(fā)送 BST報文。
BST報文格式
BST報文有3個參數(shù)。
2.3.8 充電機(jī)中止充電報文CST（PGN6656）
充電機(jī)主動中止充電或接收BST報文后, 會周期性（10 ms）的發(fā)送CST報文, 報文內(nèi)容與中止原因一致。
CST報文格式
CST報文有3個參數(shù)。
2.4 充電結(jié)束階段報文
當(dāng)充電機(jī)和車輛停止充電后, 雙方進(jìn)入充電結(jié)束階段。 在此階段車輛向充電機(jī)發(fā)送整個充電過程中的充電統(tǒng)計數(shù)據(jù),包括中止SOC、電池最低電壓和最高電壓;
充電機(jī)接收車輛的充電統(tǒng)計數(shù)據(jù)后, 向車輛發(fā)送整個充電過程中的輸出電量、累計充電時間等信息, 最后充電機(jī)停止低壓輔助電源的輸出。
充電結(jié)束階段報文
2.4.1 車輛統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文BSD（PGN7168）
車輛周期性的（250ms）發(fā)送車輛統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文BSD，報文中包括充電過程中車輛相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
BSD 報文格式
BSD 報文有5個參數(shù)。
2.4.2 充電機(jī)統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文CSD(PGN7424)
充電機(jī)周期性的（250 ms）發(fā)送充電機(jī)統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文CSD，報文中包括本次充電過程中充電機(jī)相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
CSD報文格式
CSD報文有3個參數(shù)
3.應(yīng)用示例
下面我們以1個充電過程的應(yīng)用示例來了解下整個通信過程，看看上面那些報文是如何應(yīng)用的。
由于報文內(nèi)容比較多，所以示例分兩個部分展示，首先是充電握手階段和參數(shù)配置階段的報文。
充電握手階段+參數(shù)配置階段報文
根據(jù)上面的通信報文解析可知，首先充電機(jī)發(fā)出充電機(jī)握手報文CHM，表明通信協(xié)議版本是V1.1（01 01 00）；
然后BMS發(fā)出車輛握手報文BHM，表明最高允許充電電壓=4000（0x0FA0）*0.1=400V。
CHM和BHM報文
雙方握手后，充電機(jī)發(fā)出辨識報文
CRM，表明當(dāng)前狀態(tài)為未辨識（0x00），充電機(jī)的編號是00 00 00 01。
BMS收到充電機(jī)的辨識報文CRM后，會發(fā)出車輛辨識報文BRM，但是由于BRM報文超過了8個字節(jié)，所以要用多包發(fā)送，需要使用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，這里用連接管理廣播TP.CM BAM報文發(fā)送車輛辨識BRM報文，表示共7個包（0x07），49個字節(jié)(0x0031)，要發(fā)送的BRM報文的PGN是000200。
數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議-連接管理廣播TP.CM BAM
接下來的7個TP.CM DT報文都是車輛辨識BRM報文，每個報文第1個字節(jié)表示包的序號，后面7個字節(jié)表示參數(shù)。
參數(shù)按順序解析依次表示通信版本號V1.1（01 01 00）,電池類型為鉛酸電池(0x01)，電池容量為900(0x0384)*0.1=90Ah，額定總電壓=4000（0x0FA0）*0.1=400V。后面的參數(shù)都可選項，這里沒有使用，所以數(shù)據(jù)都是FF。
車輛辨識BRM共有7個數(shù)據(jù)包（首字節(jié)序號01-07）
充電機(jī)收到車輛辨識報文后，辨識成功，再次發(fā)出充電機(jī)辨識報文CRM，表示已辨識（AA）,充電機(jī)編號00000001。
辨識報文CRM-已辨識（AA）
充電機(jī)辨識成功后，BMS開始發(fā)送車輛參數(shù)BCP報文，BCP報文也是多包報文，需要通過連接管理廣播發(fā)送，共13個字節(jié)（00 0D），2個包（0x02）,要發(fā)送車輛參數(shù)BCP的PGN是000600。
BCP的多包報文
根據(jù)兩個數(shù)據(jù)包，參數(shù)依次解析可知，單體蓄電池最高允許充電電壓240(0x00F0)*0.01=2.4V；最高允許充電電流200(0x07D0)*0.1-400=-200A；動力蓄電池標(biāo)稱總能量230（0x00E6）*0.1=23kWh；
最高允許充電總電壓=4000（0x0FA0）*0.1=400V；單體蓄電池最高允許溫度90（0x5A）-50=40℃；整車荷電狀態(tài)( SOC )240（0x00F0）*0.1=24%,車輛接口當(dāng)前電壓測量值3600(0x0E10)*0.1=360V。
充電機(jī)收到車輛參數(shù)后，發(fā)出充電機(jī)最大輸出能力報文CML。
充電機(jī)最大輸出能力CML報文
解析后可知，充電機(jī)最高充電電壓=5000（0x1388）*0.1=500V；充電機(jī)最低充電電壓=2000（0x07D0）*0.1=200V；充電機(jī)最大充電電流=3600(0x0E10)*0.1-400=-40A;充電機(jī)最小充電電流4000(0x0FA0)*0.1-400=0A。
然后BMS先發(fā)出車輛準(zhǔn)備就緒報文BRO（未做好準(zhǔn)備00），內(nèi)部準(zhǔn)備好后，再發(fā)出車輛準(zhǔn)備就緒報文BRO（完成充電準(zhǔn)備AA）；充電機(jī)也是同樣的過程，先發(fā)出充電機(jī)準(zhǔn)備就緒報文CRO（未做好準(zhǔn)備00），內(nèi)部準(zhǔn)備好后，再發(fā)出充電準(zhǔn)備就緒報文BRO（完成充電準(zhǔn)備AA）；
BRO與CRO報文都是只有1個字節(jié)參數(shù)
完成準(zhǔn)備后，接下來就會進(jìn)入充電階段，直至充電結(jié)束。
充電階段+充電結(jié)束階段報文
充電階段，BMS首先發(fā)出電池充電需求報文BCL，其中的車輛接口充電電壓需求==4000（0x0FA0）*0.1=400V,車輛接口充電電流需求2000(0x07D0)*0.1-400=-200A,充電模式為恒壓充電（0x01）；
然后BMS會繼續(xù)發(fā)送電池充電總狀態(tài)報文BCS,BCS共有9個字節(jié)，所以需要多包傳輸。
BCS報文有2個數(shù)據(jù)包
BCS共有兩個包的報文，發(fā)出的參數(shù)為車輛接口當(dāng)前電壓測量值3980(0x0F8C)*0.1=398V,車輛接口當(dāng)前電流測量值3200(0x0C80)*0.1-400=-80A,最高單體蓄電池電壓220(0xDC)*0.01=2.2V,所在組號是06，當(dāng)前荷電狀態(tài)=60%(0x3C)，估算剩余充電時間=25分鐘（0x0019）。
接下來，充電機(jī)也會發(fā)出充電機(jī)充電狀態(tài)報文CCS。
CCS報文
CCS報文表示車輛接口當(dāng)前電壓測量值3980(0x0F8C)*0.1=398V，車輛接口當(dāng)前電流測量值3200(0x0C80)*0.1-400=-80A，累計充電時間30分鐘（0x001E）,充電允許（01）。
BMS會繼續(xù)發(fā)送車輛狀態(tài)信息報文BSM,
BSM報文
BSM報文中的參數(shù)表示最高單體蓄電池電壓所在編號是06,當(dāng)前單體蓄電池最高溫度 86（0x56）-50=36℃，最高動力蓄電池溫度檢測點編號06，當(dāng)前單體蓄電池最低溫度70（0x46）-50=20℃，最低動力蓄電池溫度檢測點編號15（0F）,其它狀態(tài)正常（00），允許充電（10）。
當(dāng)車輛充電完成時，會發(fā)出車輛中止充電報文BST，充電機(jī)也會回復(fù)充電機(jī)中止充電報文CST。
BST和CST
BST報文表示車輛中止充電原因是達(dá)到所需SOC目標(biāo)值（01），無其它故障和錯誤（00 00 00）；
CST報文表示充電機(jī)中止充電原因是車輛中止（40），無其它故障和錯誤（00 00 00）。
到這里，充電已經(jīng)完成，進(jìn)入充電結(jié)束階段。充電結(jié)束階段雙方會發(fā)送車輛統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文BSD和充電機(jī)統(tǒng)計數(shù)據(jù)報文CSD。
BSD和CSD
BSD報文表示中止時的荷電狀態(tài)SOC是80%（0x50）；單體蓄電池最低電壓220(0x00DC)*0.01=2.2V；單體蓄電池最高電壓180(0x00B4)*0.01=1.8V；動力蓄電池最低溫度70（0x46）-50=20℃；動力蓄電池最高溫度86（0x56）-50=36℃。
CSD報文表示本次充電時間是55分鐘（0x0037），輸出能量14kWh(0x008C),充電機(jī)編號00000001。
到此，充電過程全部結(jié)束，之后車端和充電機(jī)端會分別斷開高壓，充電機(jī)斷開輔助電源并解開電子鎖，允許拔下充電槍。
4.小結(jié)
直流充電樁與車輛之間的通信協(xié)議是基于CAN2.0和J1939制定的。通信速率為250k，主要是BMS與充電機(jī)兩個節(jié)點之間的通信，BMS的ID為0xF4，充電機(jī)ID為0x56。
充電過程主要包括：物理連接完成、低壓輔助上電、充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結(jié)束6個階段。
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