引言
本文深入研究車載充電系統(tǒng)策略，設(shè)計(jì)出一套基于電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)與車載充電機(jī)的CAN通信協(xié)議，可供電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)人員參考借鑒。
電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)
電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)中采用的是CAN總線通信方式，由一個(gè)整車內(nèi)部高速CAN網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部低速CAN網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)充電系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)組成。內(nèi)部高速CAN網(wǎng)絡(luò)掛接的設(shè)備主要有電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、車載顯示系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性要求很高的設(shè)備。
內(nèi)部低速CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有電動(dòng)汽車燈光控制器、空調(diào)控制器、車門及車窗控制器等對(duì)實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低的設(shè)備。充電系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)是專門用于充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)通信的高速CAN網(wǎng)絡(luò)，此CAN網(wǎng)絡(luò)采用的是擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀格式，仲裁域有29位標(biāo)示符（11位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)示符和18位擴(kuò)展標(biāo)示符）。
電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)掛接的設(shè)備有電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)、電動(dòng)汽車車載充電機(jī)、電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)和監(jiān)控設(shè)備等。通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在充電系統(tǒng)中，非車載充電機(jī)屬于電動(dòng)汽車整車之外的設(shè)備，只有電動(dòng)汽車行駛到電動(dòng)汽車充電站的時(shí)候才將其通過(guò)專用充電電纜接入到充電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中來(lái)，而車載充電機(jī)一直與充電通信網(wǎng)絡(luò)連接，屬于整車系統(tǒng)的一部分。監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的調(diào)試或者維修，一般情況下不接入通信系統(tǒng)當(dāng)中，只有在系統(tǒng)需要調(diào)試或者維修時(shí)將此設(shè)備接入通訊網(wǎng)絡(luò)。
表1是對(duì)電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的地址分配。
表1中所列出的是各個(gè)設(shè)備在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的地址碼，其用于保證消息標(biāo)識(shí)符的唯一性以及表明消息的來(lái)源。此表中各個(gè)設(shè)備的地址為不可配置地址，其固化在ECU（Electronic Control Unit）的程序代碼中，包括服務(wù)工具在內(nèi)的任何手段都不能將其更改。
電池管理系統(tǒng)與車載充電機(jī)通信策略
目前國(guó)家已經(jīng)頒布電動(dòng)汽車與非車載充電機(jī)通信協(xié)議，在此不再做詳細(xì)介紹。本文將以目前已有的非車載充電機(jī)通信協(xié)議作為參考，提出并設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)與車載充電機(jī)之間的通信協(xié)議。
在整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)中非車載充電機(jī)與車載充電機(jī)2個(gè)設(shè)備之間并不會(huì)進(jìn)行信息交換，其二者分別只與電池管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊，所以電池管理系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的是一對(duì)多的通訊特點(diǎn)。與已有非車載通信協(xié)議相同，車載充電機(jī)協(xié)議包括4個(gè)流程，其分為握手、參數(shù)配置、充電、充電結(jié)束4個(gè)階段。電池管理系統(tǒng)與車載充電機(jī)通信協(xié)議與已有通信協(xié)議不同之處主要在握手階段、充電階段以及充電過(guò)程的安全監(jiān)控協(xié)議的內(nèi)容。下面本文將對(duì)3處不同點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)論述。
（1）充電握手階段
握手主要完成電池管理系統(tǒng)對(duì)充電設(shè)備的識(shí)別，此階段主要是確定所接入的充電設(shè)備是車載充電機(jī)還是非車載充電機(jī)，以便選擇相應(yīng)的通信協(xié)議，并為充電主回路的接通做好鋪墊。設(shè)備識(shí)別階段流程圖如圖2所示。
從圖2握手階段流程圖可知，當(dāng)電池管理系統(tǒng)接收到的應(yīng)答設(shè)備為車載充電機(jī)，且充電機(jī)不是初次使用，通信過(guò)程直接進(jìn)入下一階段（參數(shù)配置階段），而不再進(jìn)行信息互換。這是因?yàn)檐囕d充電機(jī)安裝在電動(dòng)汽車上，所以對(duì)于電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)之間不必每次都將自己的設(shè)備信息發(fā)送給對(duì)方，只需要按初次使用電動(dòng)汽車或者電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)恢復(fù)出廠設(shè)置之后進(jìn)行一次信息的交換，這有助于充電過(guò)程的快速建立。
（2）充電階段
因?yàn)殡妱?dòng)汽車充電系統(tǒng)中存在車載和非車載2個(gè)2類充電機(jī)，所以充電系統(tǒng)的主回路分為車載充電主電路和非車載充電主回路，硬件系統(tǒng)需要為2個(gè)主回路分別配置繼電器通/斷電路，當(dāng)其中一種充電機(jī)接入系統(tǒng)中時(shí)，電池管理系統(tǒng)控制相對(duì)應(yīng)的繼電器閉合以使主回路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電池組充電。圖3為充電階段流程圖。在動(dòng)力電池包充電完成時(shí)電池管理系統(tǒng)首先需要釋放相應(yīng)的繼電器來(lái)斷開充電機(jī)的主電路部分。
（3）安全監(jiān)控幀處理
在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)中，信息幀的完善與否直接關(guān)系到充電系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于車載充電機(jī)安裝在電動(dòng)汽車上，所以安全監(jiān)控更為重要。
在原有通信協(xié)議基礎(chǔ)上，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)協(xié)議需要在整個(gè)充電過(guò)程增加更多的、更高要求的安全監(jiān)控幀，以確保人員及設(shè)備的安全。圖4是針對(duì)充電階段中充電過(guò)程的安全管理程序流程圖。
圖4中，BMS與充電機(jī)之間信息傳遞都需要等待接收判斷，如果對(duì)方系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間沒有收到通信數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)超時(shí)，通信失敗，如果系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到對(duì)方信息，則通信繼續(xù)進(jìn)行。
圖4中的BMS異常判斷和充電機(jī)異常判斷分別由各自的控制器完成。電池管理系統(tǒng)的異常判斷主要有：電池組過(guò)電流檢測(cè)、電池組漏流檢測(cè)、電池組過(guò)/欠電壓檢測(cè)、單體電池過(guò)/欠電壓檢測(cè)、電池包過(guò)高溫/過(guò)低溫檢測(cè)等。車載充電機(jī)的異常判斷主要有：輸入過(guò)/欠壓檢測(cè)、輸出過(guò)/欠壓檢測(cè)、輸出過(guò)流檢測(cè)、漏流檢測(cè)、短路保護(hù)檢測(cè)、充電機(jī)過(guò)溫檢測(cè)、主回路繼電器狀態(tài)檢測(cè)等。
電動(dòng)汽車在終止或者充電完成時(shí)，電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)會(huì)互相發(fā)送充電停止報(bào)文，報(bào)文內(nèi)容記錄了充電是因?yàn)楹畏N原因停止的。如果是正常充電完成，報(bào)文將會(huì)顯示當(dāng)前沒有設(shè)備報(bào)錯(cuò)，充電正常結(jié)束。
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