國網快充樁與BMS通信步驟詳解及快充過流分析與優化

王元林，馬 敬，劉小華

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長沙410100）

1 概述

隨著經濟發展，人們生活水平日益提高，私家車也隨之迅猛增長，伴隨而來的是環境污染、交通安全、能源缺乏等問題，衍生了對新能源的開發與利用。能源是經濟社會發展的重要資源，是經濟健康發展的重要保證，發展經濟，降低能源消耗，減少溫室氣體排放，保護環境，大力發展可再生能源和尋找替代能源已經成為國際社會普遍關注的重大課題。

目前國家大力發展新能源汽車，一直以來給予了相當大的政策支持，各大整車企業也在往新能源方向發力，尤其是造車新勢力。新能源汽車在滿足用戶用車出行便利的情況下，充電便利以及充電效率顯得尤為重要。

本文從整車廠的角度，以國網快充新國標為依據，結合某純電動汽車，研究快充充電流程以及分析快充過流故障，并提出相應的優化方案。

2 快充流程解析

整個快充充電過程總共包括6個步驟：①線路的物理連接完成；②低壓輔助電路上電；③快充充電握手階段；④快充充電各種參數配置階段；⑤充電過程；⑥充電完成階段。在各個步驟中，當快充樁和BMS如果在約定的時間內未收到對方報文或未收到正確報文，即斷定為通信超時，超時時間除非有特殊規定，否則均默認為5s。如果出現通信超時，BMS或快充樁就會發送錯誤的報文，且進入錯誤處理流程。在對故障處理的時候，各自會根據故障的類型，分別進行各自相應的處理。若在正常充電階段，如果出現了任何故障，系統直接結束正常充電流程并退出。

2.1 握手階段

1）快 充 樁 發 送 出CRM報 文，其 報 文 為 （ID：0x1801F456），其中第一個字節為0x00（表示快充樁主動發送識別，申請握手）。

2）當BMS接收到快充樁發出的CRM報文后，BMS會自動啟動數據傳輸協議TCPM（因為數據長度大于8，一共有41字節）傳輸當前電池組的身份編碼信息BRM。

首先BMS發送出RTS報文（ID：0x1CEC56F4），以此通知快充樁，BMS準備發送的數據包數量。

當快充樁接收到BMS發送的RTS報文之后，就會做出應答信號，并回復CTS給BMS（ID：0x1CECF456）。

當BMS接收來自快充樁的應答報文CTS之后，就開始建立連接并開始發送數據DT（數據長度為41字節，一共分為6包，ID：0x1CEB56F4）。

當快充樁接收到并且接收完BMS發送的數據報文DT之后，就回復CM信號給BMS，以此來結束應答（ID：0x1CECF456）。

3）當快充樁接收到了來自BMS發送的電池身份編碼信息BRM之后，便開始回復辨識報文CRM至BMS（ID：0x1801F456第一個Byte為0xAA）。

4）若上述3個步驟中任意1個步驟出現異常，此時通信將不能往下進行，直接等待超時復位。

握手階段CAN卡接收到數據解析如圖1所示。

圖1 握手階段CAN卡接收到數據解析

2.2 參數配置階段

1）BMS發出蓄電池快充樁的參數BCP至快充樁，開始啟動數據傳輸協議即TCPM協議（由于數據長度大于8個字節，一共13個字節）。

首先BMS發出RTS報文（ID：0x1CEC56F4），以此通知快充樁，BMS要準備發送多少包數據。

當快充樁接收到來自BMS發送的RTS報文后，立即做出應答信號，并回復CTS報文給BMS（ID：0x1CECF456）。

當BMS接收到來自快充樁的應答報文CTS之后，開始建立連接并發送數據DT（數據長度為13個字節，共分為2包，ID：0x1CEB56F4）。

當快充樁接收到并且接收完BMS發出的數據報文DT之后，立即回復CM信號給BMS，以此作為消息結束應答（ID：0x1CECF456）。

2）快充樁發出時間同步CTS信息給BMS（ID：0x1807F456）。

3）快充樁發送最大輸出級別CML信息給BMS（ID：0x1 808F456）。

4）BMS發出電池充電準備就緒信息BR0給快充樁（ID：0x100956F4）。

5）快充樁接收到BMS發出的信息，且收到BR0信息之后，快充樁發送準備就緒狀態CR0（ID：0x100AF456）。

6）若以上5個步驟中任何一個步驟出現異常，那么通信將不能往下進行，直接等待超時復位。

參數配置階段CAN總線接收到數據幀解析如圖2所示。

圖2 參數配置階段CAN總線接收到數據幀解析

2.3 充電階段

1）BMS發送電池的充電級別BCL信息給快充樁（ID：0x181056F4），Byte1和Byte2是電壓信息，Byte3和Byte4是電流信息。

2）BMS發出電池充電的總狀態BCS信息給快充樁，開始啟動數據傳輸鏈路協議TCPM（由于數據長度大于8，共9字節）。

首先BMS發出RTS報文（ID：0x1CEC56F4），以此通知快充樁BMS準備要發送多少包數據。

當快充樁接收到來自BMS發送的RTS信息報文后，便做出應答信號，并回復CTS給BMS（ID：0x1CECF456）。

當BMS接收到來自快充樁發出的應答報文CTS之后，開始建立通信連接并發送數據DT（數據長度有9個字節，共分為2包，ID：0x1CEB56F4）。

當快充樁接收到并且接收完BMS發出的數據報文DT之后，便回復CM信號給BMS以此來作為消息結束應答（ID：0x1CECF456）。

3）快充樁發出充電狀態CCS信號給BMS（ID：0x1812F456）。

4）BMS通過當前數據傳輸協議并發送單體電壓BMV信息給快充樁（具體的步驟和握手時階段數據傳輸協議基本一樣）可選。

5）BMS發出蓄電池組溫度BMT信號給快充樁（具體的步驟和握手階段時數據傳輸協議基本一樣）可選。

上述所有的充電參數，包括在充電過程中嚴格按照協議要求發送的報文周期固定發送，且當在充電過程中出現任何異常或者充電即將滿時，將停止充電，同時開始發送充電停止的報文如6）和7）。

6）BMS發出終止充電報文BST信息給快充樁，以告知其結束充電和充電結束的原因（ID：0x101956F4）。

7）快充樁發出終止充電報文CST信息給BMS，以告知其充電結束和充電結束的原因（ID：0x101AF456）。

上述任何一個步驟出現異常，都將會導致快充樁終止充電。充電階段CAN卡接收到的數據幀解析如圖3所示。

2.4 充電結束階段

1）BMS發出統計的數據BSD信號（ID：0x181C56F4）。

圖3 充電階段CAN卡接收到的數據幀解析

2）快充樁發出統計的數據CSD信號（ID：0x181DF456）。

3）若上述兩個步驟均正常發送，則快充樁恢復到最初始的狀態，并開始重新請求握手。

3 快充過程中過流分析及優化

3.1 問題描述

快充過程中，BMS上報充電過流故障，停止充電。分析充電過程中BMS與充電樁之間的通信報文，BMS發送動力蓄電池狀態信息報文（BSM）—0x181356F4中，BMS上報動力蓄電池充電過流。圖4為充電過程中BSM故障報文，圖5為國標BSM報文定義。

3.2 問題分析

3.2.1 BMS請求充電電流

BMS請求電流由58A降低至53A。圖6為BMS請求電流解析。

3.2.2 充電樁反饋輸出電流

充電樁報文顯示充電狀態的輸出電流一直恒定在60A。圖7為充電樁輸出電流報文解析。

3.2.3 BMS實際采集充電電流

分析BMS實際采集電流、BMS請求充電流和充電樁報文反饋輸出電流，發現充電樁的實際輸出電流高于BMS的請求電流和充電樁自身的報文反饋電流。如圖8所示。

3.2.4 分析結果

在充電過程中，充電樁的輸出電流未嚴格按照BMS請求電流輸出，超過BMS的充電過流報警閾值，導致BMS判斷充電過流報警，停止充電。

圖4 充電過程中BSM故障報文

圖5 國標BSM報文定義

圖6 BMS請求電流解析

圖7 充電樁輸出電流報文解析

圖8 BMS請求電流和快充樁輸出電流

3.3 優化方案及驗證

通過對該過流問題的原始數據分析，得出結論是因為快充樁的輸出超出了BMS的請求電流值所致。這種現象屬于快充樁個體差異問題，該車輛在其他快充樁上都可以很好地正常快充。解決這個問題，實際就是提升車輛快充的冗余性以及兼容性問題。采取的優化方案為：BMS在調整充電請求時，將調整的請求電流步長調小，以便給快充樁足夠的響應時間，從而達到整個充電過程的匹配。

通過該方案的優化，在實車驗證時未再出現該問題。同時，將BMS燒錄優化前的程序版本，故障重現，充分說明了該優化方案的有效性。

4 總結

本文詳細解析了新國標快充過程中，非車載快充樁與BMS之間的通信流程，以及從實車的角度，分析了在快充過程中車輛兼容快充樁的案例，為后期開發人員提供了一定的參考。