T_CIAPS 0006-2020 储能变流器与电池管理系统通信协议第 1 部分：CAN 通信协议.pdf-solarbe文库

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ICS 2 7 .1 8 0CCS F1 9 中国化学与物理电源行业协会团体标准 T/CIAPS0006 2020 2020年 4 月 24日发布 2020年 5月 1 日实施中国化学与物理电源行业协会发布储能变流器与电池管理系统通信协议第 1 部分 CAN通信协议CommunicationprotocolsbetweenPowerconversionsystemandbatterymanagementsystemPart1 CANcommunicationprotocol 全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 I 目次目次 I前言 II1 范围 .12 规范性引用文件 .13 术语和定义 .14 总则 .35 通讯物理层 .36 数据链路层 .37 应用层 .48 充放电总体过程 .4 9 安全策略 .510 通讯报文 .5附录 A（资料性附录）通讯报文示例 .9 全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 II 前言本标准按照 GB/T1.1-2009 给出的规则起草。本标准由中国化学与物理电源行业协会提出并归口。本标准牵头起草单位科华恒盛股份有限公司、上海电气国轩新能源科技有限公司。本标准参与单位起草平高集团储能科技有限公司、南方电网综合能源股份有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、浙江华云信息科技有限公司、广州智光储能科技有限公司、浙江南都电源动力股份有限公司、深圳市永联科技股份有限公司、上海电器设备检测所有限公司、上海派能能源科技股份有限公司、西安新艾电气技术有限公司、北控智慧能源投资有限公司、西安精石电气科技有限公司、江苏固德威电源科技股份有限公司、深圳市盛弘电气股份有限公司、成都特隆美储能技术有限公司、深圳天邦达科技有限公司、银隆新能源股份有限公司、易事特集团股份有限公司、双一力（宁波）电池有限公司、蜂巢能源科技有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、天津力神电池有限公司、宁波锦浪新能源科技股份有限公司、深圳市首航新能源有限公司、施耐德电气（中国）有限公司、深圳迈格瑞能技术有限公司、江西远东电池有限公司、上能电气股份有限公司、浙江德升新能源科技有限公司、北京鉴衡认证中心有限公司、阳光电源股份有限公司、深圳市力通威电子科技有限公司、威胜集团有限公司、深圳库博能源科技有限公司、 UL美华认证有限公司、国网电力科学研究院实验验证中心、中国葛洲坝集团装备工业有限公司、北京英博电气股份有限公司、协合新能源集团有限公司。本标准主要起草人林金水、曾春保、孙华、阮鹏、李达、郑海兴、聂建波、孙燕军、宋振中、刘双宇、王炯耿、吴胜兵、陈威、杨惠坤、史运伟、蔡雪峰、覃长杰、兰云鹏、周刚、方刚、任远航、杜毅、胡龙文、刘克勤、张涛、邵立勇、鲍奇能、王君生、李旭、资志翔、李迎春、黄慧金、相江峰、黎忠琼、祝凌云、张光青、李华栋、未勇刚、黎朝晖、郭子健、乐艳飞、叶健诚、付明志、李道波、周俊。本标准为首次发布。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 1 储能变流器与电池管理系统通信协议第 1部分 CAN通信协议1 范围本标准规定了储能变流器与电池管理系统之间基于控制器局域网络的通信物理层、数据链路层、应用层的相关定义及要求。本标准适用于储能变流器与电池管理系统间通过 CAN方式进行的通信。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，以注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。ISO 11898-12015 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 [Roadvehicle-Controlareanetwork（ CAN） Part1 Datalinklayerandphysicalsignaling]SAEJ1939-21 车辆网络串行通信的控制总标准第 21部分数据链路层3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 储能变流器 power conversion system； PCS 电化学储能系统中，连接于电池系统与电网（和 /或负荷）之间的实现电能双向转换的变流器。3.2 电池管理系统 battery management system； BMS监测电池的状态（温度、电压、电流、荷电状态等），为电池提供通信接口和保护的系统。3.3 控制器局域网络 controller area network； CAN是一种 ISO国际标准化的串行通信协议，可有效支持分布式控制或实时控制。 3.4 帧 frame组成一个完整信息的一系列数据位。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 2 3.5 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。3.6 报文 messages一个或多个具有相同参数组编号的 CAN数据帧。3.7 扩展帧 extended frameCAN2.0B 规范中定义的使用 29位标识符的 CAN数据帧。 3.8 禁充 prohibit charging禁止给电池充电。3.9 禁放 prohibit discharging禁止给电池放电。3.10BMS心跳信号 heartbeat signal of BMSBMS正常运行标识值。 3.11充电限制电压 limited charging voltage电池组的额定最大充电电压。3.12放电限制电压 limited discharging voltage电池组的额定最小放电电压。3.13充电限制电流 limited charging current电池组的最大充电电流。 3.14放电限制电流 limited discharging current电池组的最大放电电流。3.15荷电状态 state of charge； SOC当前电池组中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 3 3.16电池健康度 state of health； SOH电池组满充容量相对额定容量的百分比。3.17电池功率状态 state of power； SOP反映电池功率边界，其数值上用短时峰值功率值来表示。3.18充电可用电量 available power for charging电池组的可充入电量。 3.19放电可用电量 available power for discharging电池组的可放出电量。4 总则4.1 PCS与 BMS 之间应采用 CAN2.0B通信协议。4.2 协议中 “ 预留 ” 的字节统一填充 0x00， “ 预留位 ” 统一填充 0。4.3 数据信息传输采用低字节先发送的格式。5 通讯物理层通讯物理层应符合 ISO11898-12015中关于物理层的规定。 PCS 与 BMS 之间的通信速率宜采用 50/250/500kbit/s，帧间隔不小于 5ms。通讯物理层示意图如图 1所示。图 1 通讯物理层示意图 6 数据链路层设备应使用 CAN 扩展帧的 29 位标识符，拓展帧结构见图 2所示全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 4 其中 SOF 帧起始位；SRR 代用远程请求；IDE 标识符拓展位；RTR 远程传输请求；R1、 R0 CAN保留位；DLC 数据长度码位；CRC 循环冗余校验位；ACK 确认码位；EOF 帧结束位。图 2 CAN扩展帧设备采用的协议数据单元（ PDU）符合 SAEJ1939的规定，协议数据单元 PDU由七部分组成，分别是优先权、保留位、数据页、 PDU格式、 PDU特定域（可作为目标地址、组扩展或专用）、源地址和数据域， PDU前六部分构成了 CAN扩展帧的 29位标识符， PDU组成部分见图 3 图 3 协议数据单元 7 应用层应用层具体要求如下 a）采用周期发送的方式发送数据；b）定义新的报文时，应采用相同刷新频率，并尽量充分利用 8个字节的数据宽度。8 充放电总体过程充放电总体控制过程如下 a PCS与 BMS物理连接完成并低压辅助上电；b PCS和 BMS 通讯成功、无故障的条件下，设定限制指令，充放电功率，接收报文时间等充放电参数；c 按照设定的参数运行，如 PCS未在规定时间内收到正确报文，即判定为超时， PCS 启动保护功能，并显示 “ BMS通讯故障 ” 。否则系统进行正常充放电。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 5 充放电总体过程如图 4所示。图 4 充放电总体过程9 安全策略PCS和 BMS的安全防护应设计为三级保护，保护等级具体要求为第一级，通过 BMS上传至 PCS的限制指令（充放电电压电流、禁充 /禁放）来控制 PCS动作，对系统进行保护；第二级， BMS通过故障位或干接点来指令 PCS进行保护动作通信正常情况下，电池故障发生时， BMS通过故障位指令 PCS进行保护动作；通信失效时， BMS通过干接点指令 PCS进行保护动作。其中干接点信号默认常闭，当电池组有故障， BMS通过断开干接点信号通知 PCS动作；当故障消失时， BMS应能恢复干接点信号。第三级，当前两级防护都失效时， BMS可通过指令控制关断电池主电路。 10 通讯报文10.1 PCS向 BMS发送报文数据报文周期宜采用 200ms，报文内容及格式见表 1。报文示例可参考附录 A。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 6 表 1 PCS发送帧报文格式CANID 0x18F10000PS*256SAPS为 BMS设备地址，默认 1， SA为 PCS设备地址，默认 1字节信号名称比例系数偏移量单位备注Byte0 0x55 / / /Byte1Byte2 请求充 /放电控制 / / / 无请求 0x0000请求充电 0x5555请求放电 0xAAAAByte3Byte4 预留 / / /Byte5Byte6 预留 / / /Byte7注 PCS设备地址的分配通过依次累加 SA的值实现， BMS设备地址的分配通过依次累加 PS的值实现。10.2 BMS向 PCS发送报文数据10.2.1 一般要求BMS 向 PCS发送报文数据，报文数据信息应包括电池组基本信息报文、电池组限制信息报文、电池组状态信息报文和电池单体信息报文。 10.2.2 电池组基本信息报文报文周期宜采用 200ms，报文格式见表 2。报文示例可参考附录 A。表 2 电池组基本信息报文格式CANID 0x18E10000PS*256SAPS为 PCS设备地址，默认 1， SA为 BMS设备地址，默认 1字节信号名称比例系数偏移量单位备注Byte0 电池组总电压 0.1 0 VByte1Byte2 电池组总电流 0.1 0 A 有符号数（补码，充电为负，放电为正）Byte3Byte4 SOC 0.1 0 Byte5Byte6 SOH 0.1 0 Byte710.2.3 电池组限制信息报文电池组限制信息报文包括充电限制电流、放电限制电流、充电限制电压和放电限制电压信息报文。报文周期宜采用 200ms，报文格式见表 3。报文示例可参考附录 A。全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 7 表 3 电池组限制信息报文格式CANID 0x18E20000PS*256SAPS为 PCS设备地址，默认 1， SA为 BMS设备地址，默认 1字节信号名称比例系数偏移量单位备注Byte0 充电限制电流 0.1 0 AByte1Byte2 放电限制电流 0.1 0 AByte3Byte4 充电限制电压 0.1 0 VByte5Byte6 放电限制电压 0.1 0 V Byte7注充电限制电流作为 PCS允许的最大充电电流；放电限制电流作为 PCS允许的最大放电电流；充电限制电压作为 PCS允许的最大充电电压；放电限制电压作为 PCS允许的最小放电电压。10.2.4 电池组状态信息报文电池组状态信息报文包括充电可用电量、放电可用电量、 BMS 状态字和 SOP信息报文，报文周期宜采用 200ms，报文格式见表 4报文示例可参考附录 A。表 4 电池组状态信息报文格式 CANID 0x18E30000PS*256SAPS为 PCS设备地址，默认 1， SA为 BMS设备地址，默认 1字节信号名称比例系数偏移量单位备注Byte0 充电可用电量 0.1 0 kWhByte1Byte2 放电可用电量 0.1 0 kWhByte3Byte4 BMS状态字 / / / 详见表 5Byte5Byte6 SOP 0.1 0 kWByte7 表 5 BMS状态字报文格式位信息数据长度数据定义说明bit0bit3 4 bit 预留预留位bit4bit6 3 bit BMS 系统状态 00初始状态， 01 正常状态， 02 禁充， 03 禁放， 04 告警， 05 待机，06 故障， 07 保留bit7bit11 5 bit 预留预留位Bit12bit15 4 bit BMS 心跳信号 015 心跳信号值全国团体标准信息平台 T/CIAPS0006 2020 8 10.2.5 电池单体信息报文电池单体信息报文包括电池单体最高电压、单体最低电压、单体最高温度和单体最低温度信息报文，报文周期宜采用 200ms，报文格式见表 6。报文示例可参考附录 A。表 6 电池单体信息报文格式CANID 0x18E40000PS*256SAPS为 PCS设备地址，默认 1， SA为 BMS设备地址，默认 1字节信号名称比例系数偏移量单位备注Byte0 单体最高电压 0.001 0 VByte1Byte2 单体最低电压 0.001 0 V Byte3Byte4 单体最高温度 0.1 0 ℃ 有符号数（补码）Byte5Byte6 单体最低温度 0.1 0 ℃ 有符号数（补码）Byte7 全国团体标准信息平台 IX 附录 A（资料性附录）通讯报文示例A.1 概述PCS每隔 200ms向 BMS发送一次数据， BMS每隔 200ms向 PCS发送一次数据，一次性返回所有 ID的信息。A.2 报文示例A.2.1 PCS向 BMS发送报文数据示例报文 CANID 0x18F10101报文内容 5500AAAA00000000 //PCS请求放电 A.2.2 BMS向 PCS发送报文数据示例a 电池组基本信息报文报文 CANID 0x18E10101报文内容 8813B80B2003B603 //电池总电压 500.0V，电池总电流 300.0A， SOC80.0， SOH95.0。b 电池组限制信息报文报文 CANID 0x18E20101报文内容 6400F401401F581B //充电限制电流 10.0A，放电限制电流 50.0A，充电限制电压 800.0V，放电限制电压 700.0V。c 电池组状态信息报文报文 CANID 0x18E30101报文内容 401F581B20002003 //充电可用电量 800.0kWh，放电可用电量 700.0kWh， BMS 状态禁充，SOP80.0kWh。d 电池单体信息报文报文 CANID 0x18E40101报文内容 B80BF00AF401C800 //单体最高电压 3.000V，单体最低电压 2.800V，单体最高温度50.0℃ ，单体最低温度 20.0℃ 。全国团体标准信息平台