1、2011-03,全国信息专业技术人才知识更新工程培训 蓄电池储能电源系统,第六讲,锂离子等蓄电池电源系统 行业基础标准 （2）,要 点 1、接口和通讯协议； 2、控制电路接口和接口协议。,锂离子等新型蓄电池电源系统 行业基础标准（2）接口和通讯协议,5.1、概述,蓄电池电源系统，是由蓄电池模块和蓄电池系统、充电设备和充电系统、放电系统和维护管理系统组成。相关设备实现互联和互操作的依赖于接口和通讯协议。,蓄电池储能电源系统接口主要由：充电接口、放电接口、蓄电池总成内部接口、蓄电池总成监控接口、充电机（站）监控接口、蓄电池总成用户接口组成。其中充电机（站）监控接口和用户接口只有通信接口，充电接口、
2、放电接口，内部接口包括通信接口和电路接口。,JB/T 11138蓄电池总成接口和通讯协议对内部接口、充电接口、放电接口、蓄电池总成监控接口作出了具体规定。,JB/T 11143蓄电池充电设备接口和通讯协议对充电设备的充电接口、充电机（站）监控接口作出了具体规定。,5.2、通信接口和通讯协议,5.2.1 概述,受节能与新能源汽车的影响，当前蓄电池储能电源系统接口和通讯协议的，大多采用SJA 1939。数据链路层都是依据J1939-21v001 数据链路层,SJA 1939是美国卡车及客车电子协会下属的卡车及客车控制和局域网控制总线子协会公布的推荐标准。“该子协会的目标是制定相关的信息报告，推荐规
3、范及关于在车辆各部件之间传输电信号和控制信号等设备的设计和使用的标准”。不能适应非车辆领域的需求。,蓄电池储能电源系统属于能源、交通、通讯、国防等国民经济各领域的共性技术和基础产业。节能与新能源汽车仅是其中一个特殊应用领域。蓄电池储能电源系统应以工业器行业通用要求为主。,工业电器控制设备应符合GB/T 18858（等同IEC 62026）的规定。其中，接口和通讯协议应符合GB/T 18858-3（等同IEC 62026-3）低压开关设备和控制设备 控制器-接口 第3部分 DeviceNet 的规定。工业电器采用SJA 1939是不适宜的。,根据上述情况，储能蓄电池储能电源行业基础标准采用了GB
4、/T 18858.3 2002低压开关设备和控制设备控制器-设备接口(CDI)第3部分:DeviceNet。,为了能够与不同行业的特殊需要的特殊需要衔接，将蓄电池储能电源系统与用户的接口对用户开放，用户可以根据需要，重新定义。,DeviceNet采用的是： 生产消费型通讯模型； 11位CAN标识区； 具有效率高的特点。,标识区划分为4个独立的报文组：,（1）报文ID：标识在一个特定接点中报文组内的一个报文。建立连接时，该接点将报文ID和MAC ID相结合，生成一个CID。在CAN标识区中指定的CID是与对应的传送数据相关的。（2）源MAC ID：报文组1和报文组3需要在CAN标识区指定源MAC
5、 ID。（3）MAC ID：报文组2允许CAN标识区中的MAC ID部分指定源或目标MAC ID。根据蓄电池储能电源系统的具体情况，为了简化协议设计，本标准采用DeviceNet中的预定义报文组，不使用未连接报文管理器 (Unconnected Message Manager，UCMM)。,根据蓄电池储能电源系统的具体情况，为了简化协议设计，基础标准采用DeviceNet中的预定义报文组。不使用未连接报文管理器 (Unconnected Message Manager，UCMM)。,5.2.1.1 预定义主/从连接组,本标准不使用UCMM的预定义报文组，对组成锂离子蓄电池总成的相关设备的CAN
6、 通讯节点的连接配置作出了具体规定，提高了带宽的使用效率和通讯效率，简化了服务器和客户机的程序设计。,锂离子蓄电池总成通讯协议应遵循的一般原则是：(1)无UCMM(未连接的抱文管理器)功能设备：全部采用不支持UCMM功能的设备。,(2)仅限组2服务器（Group 2 Only Server）：一个无UCMM功能的设备，它使用预定义主/从连接组来建立通讯连接。一个仅限组2的服务器只能发送和接收由预定义主/从连接所定义的标识符。,(3)仅限组2客户机（Group 2 Only Client）：与仅限组2服务器相对应作为客户机的设备。(4)连接到CAN1接口的网络设备中，指定BECU为服务器，其他设
7、备为客户机。,5.2.1.2 预定义主/从连接组报文,预定义主/从连接组有关的标识区和标识符见表5-2,表5-2中包含的报文类型有：(1）I/O位选通命令/响应报文：由主站发送的，多个从站可以响应的同一个位选通I/O报文。在收到位选通命令后，从站会向主站反回位选通的响应报文。,(1) I/O位选通命令/响应报文：由主站发送的，多个从站可以响应的同一个位选通I/O报文。在收到位选通命令后，从站会向主站反回位选通的响应报文。,(3)I/O状态改变/循环报文：主站或从站针对一个特定节点发出的一个I/O报文。若没有设置抑制响应报文，应返回一个应答报文作为响应。(4)显式响应/请求报文（没有使用）。,5
8、.2.1.3 报文格式,本技术规范性文件使用的I/O报文由CID、报文头和报文本体组成。分段报文由分段类型值和分段计数器组成。分段计数器标记每个报文段，接收者可以根据分段计数器判断是否丢失了报文段。,5.2.1.4 接点和地址分配,表5-6 与内部接口、充放电接口和用户通讯户接口节点的地址分配,5.2.2 蓄电池总成内部接口和通讯协议,蓄电池总成内部接口如图5-1，用于蓄电池管理系统控制器(BECU)与组成蓄电池模块和组成总成的相关设备网络节点的连接。内部接口分为（1）标准内部接口；（2）本内部接口；（3）I/O内部接口。,5.2.2.1 内部接口标准接口,标准接口要用于与符合锂离子蓄电池总成
9、通用要求(报批稿)规定的标准型和均衡型的锂离子蓄电池模块和组成总成相关设备网络节点的连接。也可以用于基本型和I/O型锂离子蓄电池总成相关设备网络节点的连接。,表5-8 标准内部接口的组成（通用内部接口）,5.2.2.2 内部接口基本接口,基本接口要用于与符合锂离子蓄电池总成通用要求(报批稿)规定的基本型蓄电池模块的连接，也可以用于I/O型锂离子蓄电池的连接。,表5-10 内部接口的组成（基本内部接口）,5.2.2.3 内部接口I/O接口,基本接口要用于与符合锂离子蓄电池总成通用要求(报批稿)规定的I/O型蓄电池模块的连接（如表5-11）,5.2.3 充放电接口和通讯协议,充电接口用于充电设备与
10、蓄电池总成和蓄电池模块的连接。,充电接口用于充电设备与蓄电池总成和蓄电池模块的连接。由电动汽车行业起草了一个采用SJA 1939标准的充电机与电动汽车的接口和通讯协议。行业基础标准与上述标准在充电接口方面的区别如下：,电动汽车5项标准中规定：充电机根据蓄电池管理系统向充电设备发送的（端）电压需求和充电电流需求，调整充电机的输出电压（恒压模式）或电流（恒流模式）。,蓄电池管理系统不能采用单体电池充电电压与串串联蓄电池数量的乘积计算充电设备输出电压需求。,虽然可以给出，但准确计算充出满足单体蓄电池充电电压不超过最高允许充电电压的充电设机输出压需求是困难的。,行业基础标准与上述标准不同的是：在充电过
11、程中，由蓄电池组电压最高的蓄电池单体电压，与充电设备构成数字闭环充电控制电路和模拟闭环控制充电控制电路。,充电设备,行业基础标准与上述标准不同的是：在放电过程中：由蓄电池组电压最低的蓄电池单体电压与放电设备构成数字闭环放电控制电路和模拟闭环控制放电控制电路。,放电设备,另一个不同点是电动汽车5项标准中，设置了如下图的充电连接确认电路。,行业基础标准则设置的符合GB/T 18487 （等同 IEC 61851）标准的充电导引电路。JB/T 11138中对充电导引电路功能描述如下：,充电控制导引电路功能如下：a）确定锂离子蓄电池总成与充电设备可靠连接；b）不间断地对保护性导体接地的牢固性进行监测；
12、c）控制充电设备连接或断开与蓄电池的连接；d）允许充电或禁止充电。e）当发生单体电池电压超过允许值时，停止充电并断开充电设备与蓄电池的连接。,充电导引电路由充电设备端和蓄电池总成控制器端两部分电路组成：,充电导引电路的状态描述如下：表2 充电控制导引电路信号协议,2.3.1 充电接口的分类,充电接口分为：通用充电接口；基本充电接口；I/O充电接口。,表5-12 充电接口的功能配置,2.3.2 充放电接口报文组,充放电接口(CAN2)报文组有四个连接：(1）蓄电池管理系统控制器充电接口（BECU /CAN2）与充电设备的连接。(2) 蓄电池管理系统控制器放电接口（BECU /CAN2）与用电设备
13、的连接。(3) 锂离子蓄电池模块与充电设备的连接。(4) 锂离子蓄电池模块与用电设备的连接。,充放电接口报文组采用无UCMM(未连接报文管理器)的预定义主/从连接。,蓄电池模块和总成与充电设备和放电设备的连接共用一个接口。,蓄电池模块和总成与充电设备和放电设备的连接共用一个接口。当蓄电池模块或总成与充电设备建立连接后，蓄电池模块或总成的充放电接口自动置为充电通信接口，并执行充电通信接口通讯协议。,当没有与充电设备建立连接时，自动被置为放电通信接口，并执行放电通信接口协议。,2.3.3 通用充电接口,通用充电接口用于标准型和均衡型锂离子蓄电池模块和总成与通用型锂离子蓄电池充电设备的连接.也可以用
14、于基本型锂离子蓄电池模块和总成与通用型充电设备的连接。,2.3.3.1 通用充电接口 与标准型和均衡型蓄电池总成的连接,2.3.3.2通用充电接口 与标准型和均衡型蓄电池模块的连接,2.3.3.3 通用充电接口与 基本型蓄电池模块的连接,2.3.4 通用充电接口 与基本型蓄电池总成的连接,2.3.3.5通用充电接口 与外置式I/O型 蓄电池模块和总成的连接,2.3.4 基本充电接口,基本充电接口与通用充电接口比,少了CAN通讯接口、充电导引电路接口，由充电控制电路接口、网络电源和充电电源接口三个功能电路接口。,主要于与基本型蓄电池总成和模块的连接（见图5-6），也可与具有电压型（05V或010
15、V）远程控制接口的基于单体电池充电设备和基于端电压充电设备，组成高精度基于极端单体蓄电池充电系统。适用于不需要数字信息和数据交换的充电系统。,具有结构简单，工作可靠的特点。是采用基于端电压充电控制方法的电源系统中，实现基于极端单体电池充电控制方法，及采用锂离子等新型蓄电池替代铅酸蓄电池最佳技术方案。,2.3.5 I/O充电接口,I/O充电接口，适用于廉价型蓄电池系统，也可用于没有电压型远程充电控制接口的充电设备实现基于极端单体蓄电池充电控制方法，为在这类电源设备中，采用锂离子蓄电池提供了最简单的技术方案。,I/O充电接口，用于与外置式，或内置式I/O型锂离子电池模块和总成的连接。,2.3.5.
16、1 I/O充电接口 与外置式I/O型 蓄电池总成和模块的连接,外置式I/O型蓄电池模块和总成的蓄电池模块和总成控制的电流断开电路安装在充电设备内。当蓄电池单体电池充电电压达到规定值等停止充电的条件发生后，由锂离蓄电池模块或总成内的I/O控制电路，远程控制停止充电，并断开充电设备与蓄电池的连接。,I/O充电接口与外置式I/O型蓄电池模块和总成的连接见图5-7。,2.3.5.2 I/O充电接口 与内置式I/O型 蓄电池模块和总成的连接,内置式I/O型蓄电池模块和总成的电流断开电路安装在蓄电池模块或总成内。当蓄电池单体电池充电电压达到规定值等停止充电的条件发生后，I/O控制电路控制电流断开电路断开充
17、电设备与蓄电池的连接,停止充电。,I/O充电接口与内置式I/O型蓄电池模块和总成的连接见图5-8。,2.4 用户接口和通讯协议,为了满足不同类型用户的需要,用户接口对用户开放。用户接口采用SJA1000构建的一个标准的CAN接口，兼容BasicCAN（CAN2.0A协议）和PeliCAN(CAN2.0B协议)。,为了满足电动汽车的需要，参照2006年北京奥运会发布的纯电动公交车相关技术文件，以资料性附录的形式为用户提供了一个参考协议。,参考协议数据链路层的规定符合SAE J1939-21-2006的相关规定，使用CAN扩展帧的29位标识符并进行了重新定义。,其中，优先级为3位，可以有8个优先级
18、；R一般固定为0；DP现固定为0；PF为协议数据单元格式；协议数据单元特性(PS)为组扩展；SA为源地址SA。,用户接口对用户开放。当用户对接口协议有规定时，按用户规定 。若用户希望执行电动汽车充电设备与电动汽车的接口标准，即可按规定定义该接口的协议。,标准中以资料性附录的形式，根据我国电动汽车研究的经验，提出了符合道路车辆用SAE J1939规定的报文组。可以直接应用于纯电动汽车用蓄电池总成与整车的数据交换。,本地地址（SA）定义为：231；优先级（P）为： 6；数据页（D）为： 0； 协议数据单元格式（PF）为：255。具体规定见锂离子蓄电池总成接口和通讯协议（报批稿）附录F。,用户自行定
19、义协议时，应用层应遵循以下规定：应用层的规定主要参考SAE J1939-11-2006的相关规定。应用层定义了协议数据单元PDU的两种格式PDU1和PDU2。,采用PGN对数据块（参数组）进行编号。广播方式下，ECU根据PGN来识别数据块的内容使用远程请求报文来获取主动请求。其它节点的参数组采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据。,定义新的参数组时，尽量将相同功能的参数、相同或相近刷新率的参数和属于同一个子系统内的参数放在同一个参数组中；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。,修改SAE J1939
20、-11-2006已定义的参数组时，不要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，不要为了节省PGN的数量而将不相关的参数加入到已定义的PGN中。,对于功能相近的ECU，可以在已定义的PGN中利用未定义部分来增加识别位，判断出ECU的功能，充分利用原来已定义的参数。,2.5 蓄电池总成监控接口和通讯协议,蓄电池总成监控接口见图5-1,蓄电池监控接口,充电设备监控接口,通讯协议见内部接口协议组（见5.2.2）。,2.6 充电机(站) 监控接口和通讯协议,充电设备监控通讯接口，用于充电设备与充电设备监控系统通讯网络的连接。监控接口见表5-15。,充电设备监控接口采用轮询报。充电设备监控系统向连接在充电设备监控系统网络上的充电设备发送的轮询报文。充电设备接收到轮询报文后，发送相应的向应报文。,充电设备监控接口和通讯协议的具体规定，见锂离子蓄电池充电设备接口和通讯协议（报批稿）5.4节。,
