T-CIAPS 0006-2020 儲能變流器與電池管理系統(tǒng) 通信協(xié)議 第 1 部分：CAN 通信協(xié)議

ICS27.180CCSF19中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會CommunicationprotocoPowerconversionsystemandbatterymanagementsIT/CIAPS0006—2020 I 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14總則 35通訊物理層 36數(shù)據(jù)鏈路層 37應(yīng)用層 48充放電總體過程 49安全策略 510通訊報文 5附錄A（資料性附錄）通訊報文示例 9T/CIAPS0006—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)牽頭起草單位：科華恒盛股份有限公司、上海電氣國軒新能源科技有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)參與單位起草：平高集團儲能科技有限公司、南方電網(wǎng)綜合能源股份有限公司、國網(wǎng)浙江綜合能源服務(wù)有限公司、浙江華云信息科技有限公司、廣州智光儲能科技有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司、深圳市永聯(lián)科技股份有限公司、上海電器設(shè)備檢測所有限公司、上海派能能源科技股份有限公司、西安新艾電氣技術(shù)有限公司、北控智慧能源投資有限公司、西安精石電氣科技有限公司、江蘇固德威電源科技股份有限公司、深圳市盛弘電氣股份有限公司、成都特隆美儲能技術(shù)有限公司、深圳天邦達科技有限公司、銀隆新能源股份有限公司、易事特集團股份有限公司、雙一力（寧波）電池有限公司、蜂巢能源科技有限公司、南京南瑞繼保電氣有限公司、天津力神電池有限公司、寧波錦浪新能源科技股份有限公司、深圳市首航新能源有限公司、施耐德電氣（中國）有限公司、深圳邁格瑞能技術(shù)有限公司、江西遠東電池有限公司、上能電氣股份有限公司、浙江德升新能源科技有限公司、北京鑒衡認證中心有限公司、陽光電源股份有限公司、深圳市力通威電子科技有限公司、威勝集團有限公司、深圳庫博能源科技有限公司、UL美華認證有限公司、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院實驗驗證中心、中國葛洲壩集團裝備工業(yè)有限公司、北京英博電氣股份有限公司、協(xié)合新能源集團有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：林金水、曾春保、孫華、阮鵬、李達、鄭海興、聶建波、孫燕軍、宋振中、劉雙宇、王炯耿、吳勝兵、陳威、楊惠坤、史運偉、蔡雪峰、覃長杰、蘭云鵬、周剛、方剛、任遠航、杜毅、胡龍文、劉克勤、張濤、邵立勇、鮑奇能、王君生、李旭、資志翔、李迎春、黃慧金、相江峰、黎忠瓊、祝凌云、張光青、李華棟、未勇剛、黎朝暉、郭子健、樂艷飛、葉健誠、付明志、李道波、周俊。本標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。1T/CIAPS0006—2020儲能變流器與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議第1部分CAN通信協(xié)議本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了儲能變流器與電池管理系統(tǒng)之間基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的通信物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層的相關(guān)定義及要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于儲能變流器與電池管理系統(tǒng)間通過CAN方式進行的通信。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，以注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。ISO11898-1:2015道路車輛控制器局域網(wǎng)絡(luò)第1部分：數(shù)據(jù)鏈路層和物理信令[Roadvehicle-Controlareanetwork（CAN）Part1：Datalinklayerandphysicalsignaling]SAEJ1939-21車輛網(wǎng)絡(luò)串行通信的控制總標(biāo)準(zhǔn)第21部分：數(shù)據(jù)鏈路層3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1儲能變流器powerconversionsystem；PCS電化學(xué)儲能系統(tǒng)中，連接于電池系統(tǒng)與電網(wǎng)（和/或負荷）之間的實現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的變流器。3.2電池管理系統(tǒng)batterymanagementsystem；BMS監(jiān)測電池的狀態(tài)（溫度、電壓、電流、荷電狀態(tài)等為電池提供通信接口和保護的系3.3控制器局域網(wǎng)絡(luò)controllerareanetwork；CAN是一種ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制。3.4幀frame組成一個完整信息的一系列數(shù)據(jù)位。2T/CIAPS0006—20203.5CAN數(shù)據(jù)幀CANdataframe用于傳輸數(shù)據(jù)的CAN協(xié)議所必需的有序位域，以幀起始(SOF)開始，幀結(jié)束(EOF)結(jié)尾。3.6報文messages一個或多個具有相同參數(shù)組編號的CAN數(shù)據(jù)幀。3.7擴展幀extendedframeCAN2.0B規(guī)范中定義的使用29位標(biāo)識符的CAN數(shù)據(jù)幀。3.8禁充prohibitcharging禁止給電池充電。3.9禁放prohibitdischarging禁止給電池放電。3.10BMS心跳信號heartbeatsignalofBMSBMS正常運行標(biāo)識值。3.11充電限制電壓limitedchargingvoltage電池組的額定最大充電電壓。3.12放電限制電壓limiteddischargingvoltage電池組的額定最小放電電壓。3.13充電限制電流limitedchargingcurrent電池組的最大充電電流。3.14放電限制電流limiteddischargingcurrent電池組的最大放電電流。3.15荷電狀態(tài)stateofcharge；SOC當(dāng)前電池組中按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。3T/CIAPS0006—20203.16電池健康度stateofhealth；SOH電池組滿充容量相對額定容量的百分比。3.17電池功率狀態(tài)stateofpower；SOP反映電池功率邊界，其數(shù)值上用短時峰值功率值來表示。3.18充電可用電量availablepowerforcharging電池組的可充入電量。3.19放電可用電量availablepowerfordischarging電池組的可放出電量。4總則4.1PCS與BMS之間應(yīng)采用CAN2.0B通信協(xié)議。4.2協(xié)議中“預(yù)留”的字節(jié)統(tǒng)一填充0x00，“預(yù)留位”統(tǒng)一填充0。4.3數(shù)據(jù)信息傳輸采用低字節(jié)先發(fā)送的格式。5通訊物理層通訊物理層應(yīng)符合ISO11898-1:2015中關(guān)于物理層的規(guī)定。PCS與BMS之間的通信速率宜采用50/250/500kbit/s，幀間隔不小于5ms。通訊物理層示意圖如圖1所示。圖1通訊物理層示意圖6數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備應(yīng)使用CAN擴展幀的29位標(biāo)識符，拓展幀結(jié)構(gòu)見圖2所示：4T/CIAPS0006—2020圖2CAN擴展幀設(shè)備采用的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）符合SAEJ1939的規(guī)定，協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)由七部分組成，分別是優(yōu)先權(quán)、保留位、數(shù)據(jù)頁、PDU格式、PDU特定域（可作為目標(biāo)地址、組擴展或?qū)Ｓ茫⒃吹刂泛蛿?shù)據(jù)域，PDU前六部分構(gòu)成了CAN擴展幀的29位標(biāo)識符，PDU組成部分見圖3：圖3協(xié)議數(shù)據(jù)單元7應(yīng)用層應(yīng)用層具體要求如下：a）采用周期發(fā)送的方式發(fā)送數(shù)據(jù)；b）定義新的報文時，應(yīng)采用相同刷新頻率，并盡量充分利用8個字節(jié)的數(shù)據(jù)寬度。8充放電總體過程充放電總體控制過程如下:a)PCS與BMS物理連接完成并低壓輔助上電；b)PCS和BMS通訊成功、無故障的條件下，設(shè)定限制指令，充放電功率，接收報文時間等充放電參數(shù)；c)按照設(shè)定的參數(shù)運行，如PCS未在規(guī)定時間內(nèi)收到正確報文，即判定為超時，PCS啟動保護功能，并顯示“BMS通訊故障”。否則系統(tǒng)進行正常充放電。5T/CIAPS0006—2020充放電總體過程如圖4所示。圖4充放電總體過程9安全策略PCS和BMS的安全防護應(yīng)設(shè)計為三級保護，保護等級具體要求為：第一級，通過BMS上傳至PCS的限制指令（充放電電壓電流、禁充/禁放）來控制PCS動作，對系統(tǒng)進行保護；第二級，BMS通過故障位或干接點來指令PCS進行保護動作：通信正常情況下，電池故障發(fā)生時，BMS通過故障位指令PCS進行保護動作；通信失效時，BMS通過干接點指令PCS進行保護動作。其中干接點信號默認常閉，當(dāng)電池組有故障，BMS通過斷開干接點信號通知PCS動作；當(dāng)故障消失時，BMS應(yīng)能恢復(fù)干接點信號。第三級，當(dāng)前兩級防護都失效時，BMS可通過指令控制關(guān)斷電池主電路。10通訊報文10.1PCS向BMS發(fā)送報文數(shù)據(jù)報文周期宜采用200ms，報文內(nèi)容及格式見表1。報文示例可參考附錄A。6T/CIAPS0006—2020表1PCS發(fā)送幀報文格式////// //////10.2BMS向PCS發(fā)送報文數(shù)據(jù)10.2.1一般要求BMS向PCS發(fā)送報文數(shù)據(jù)，報文數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括電池組基本信息報文、電池組限制信息報文、電池組狀態(tài)信息報文和電池單體信息報文。10.2.2電池組基本信息報文報文周期宜采用200ms，報文格式見表2。報文示例可參考附錄A。表2電池組基本信息報文格式0V0A電為正）0%0%10.2.3電池組限制信息報文電池組限制信息報文包括充電限制電流、放電限制電流、充電限制電壓和放電限制電壓信息報文。報文周期宜采用200ms，報文格式見表3。報文示例可參考附錄A。7T/CIAPS0006—2020表3電池組限制信息報文格式0A0A0V0V10.2.4電池組狀態(tài)信息報文電池組狀態(tài)信息報文包括充電可用電量、放電可用電量、BMS狀態(tài)字和SOP信息報文，報文周期宜采用200ms，報文格式見表4報文示例可參考附錄A。表4電池組狀態(tài)信息報文格式00///0表5BMS狀態(tài)字報文格式BMS心跳信號8T/CIAPS0006—202010.2.5電池單體信息報文電池單體信息報文包括電池單體最高電壓、單體最低電壓、單體最高溫度和單體最低溫度信息報文，報文周期宜采用200ms，報文格式見表6。報文示例可參考附錄A。表6電池單體信息報文格式0V0V0℃0℃（資料性附錄）通訊報文示例A.1概述PCS每隔200ms向BMS發(fā)送一次數(shù)據(jù)，BMS每隔200ms向PCS發(fā)送一次數(shù)據(jù)，一次性返回所有ID的信息。A.2報文示例A.2.1PCS向BMS發(fā)送報文數(shù)據(jù)示例報文CANID：0x18F10101報文內(nèi)容：5500AAAA00000000//PCS請求放電A.2.2BMS向PCS發(fā)送報文數(shù)據(jù)示例a)電池組基本信息報文報文CANID：0x18E10101報文內(nèi)容：8813B80B2003B603//電池總電壓500.0V，電池總電流300.0A，SOC=80.0%，SOH=95.0%。b)電池組限制信息報文報文CANID：0x18E20101報文內(nèi)容：6400F401401F581B//充電限制電流10.0A，放電限制電流50.0A，充電限制電壓800.0V，放電限制電壓700.0V。c)