一、电池管理系统和充电桩通信的基本框架
充电桩和车辆电池管理系统之间的通信是直流快充的核心技术环节。交流慢充中充电桩只负责将交流电输出给车辆——由车辆的车载充电机完成交流转直流的变换——充电桩和BMS之间的通信相对简单。直流快充中充电桩直接输出直流电给电池——充电桩必须与BMS实时通信——根据BMS的指令精准控制输出电压和电流。这个通信过程的协议标准是GB/T 27930——中国直流充电通信协议的国家推荐标准。
GB/T 27930基于CAN总线协议——这是一种在汽车和工业控制领域成熟可靠的通信技术。CAN总线使用差分信号传输——两根信号线的电压差代表数据位——天然具有较强的抗电磁干扰能力——适合充电桩这种大功率电力电子设备周围的电磁环境。通信速率为250kbps或500kbps——对于充电过程中需要实时传输的电压、电流和温度等参数——这个速率足够。
二、充电握手的四个阶段：从物理连接到功率输出
充电握手过程在GB/T 27930中被定义为四个阶段。第一阶段是物理连接检测——插枪后充电桩通过控制导引线检测到充电枪已插入——充电桩向车辆的BMS发送唤醒信号。第二阶段是握手识别——充电桩和BMS相互发送身份信息和支持的参数范围——充电桩告知自己的最大输出电压和最大输出电流——BMS告知电池的额定电压、额定容量和当前SOC。第三阶段是参数配置——BMS根据电池当前状态计算充电目标电压和目标电流——发送给充电桩——充电桩确认自己能够满足后进入充电就绪状态。第四阶段是充电启动——充电桩闭合主回路接触器——开始按照BMS的指令输出功率——双方进入实时闭环控制模式。
整个握手过程如果在任何阶段出现通信超时或参数不匹配——充电桩会中止握手并显示相应的故障代码。常见的通信故障原因包括充电枪的通信插针脏污或变形、车辆BMS通信模块故障和充电桩通信板故障。
三、充电过程中的实时报文交互机制
在充电过程中BMS和充电桩之间每隔数毫秒到数十毫秒进行一次报文交互。BMS向充电桩发送的报文包含：当前时刻的目标充电电压、目标充电电流、电池当前最高单体电压、最低单体电压和最高温度点温度。充电桩向BMS发送的报文包含：当前时刻的实际输出电压、实际输出电流和累计充电量。如果BMS连续若干个报文周期没有收到充电桩的回复——判定通信超时——BMS发起通信故障处理——包括请求降电流和最终停止充电。
充电桩如果检测到BMS的请求参数超出了自身的能力范围——比如BMS请求的电流超过了充电桩的最大输出电流——充电桩会回复拒绝指令——BMS需要重新计算符合条件的请求参数。这种双向确认机制确保了任何时候充电桩和BMS双方都同意当前的充电参数。
四、通信协议的版本演进和兼容性
GB/T 27930在首次发布后经历了多次修订——新增了V2G双向充放电通信、液冷充电枪温度监测通信和大功率充电参数扩展等功能。新版标准在保持与旧版基本兼容的前提下增加了可选的功能扩展字段——支持旧版协议的车辆在新版充电桩上可以正常充电——但无法使用新版标准中的新功能。车辆的BMS固件可以通过车辆售后进行升级来支持新版通信协议——升级后的车辆可以利用新版充电桩的扩展功能。充电运营商在采购充电桩时应关注设备通信协议是否支持最新版GB/T 27930的标准要求。
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