V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)CAN總線通信協(xié)議的定制及實施方案
2018-6-21 9:58:22??????點擊：
電動汽車可以通過V2G充放電系統(tǒng)進行充放電。充放電過程中，汽車與蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)需要通信協(xié)議進行實時數(shù)據(jù)交互。以CAN（controller area network）2.0B為標準，對CAN總線應用層進行開發(fā)，制定出符合我國國情的V2G充放電通信協(xié)議。通過實驗測試，提出的通信協(xié)議能夠保證電動汽車充放電過程中信息可靠交互。
隨著智能電網(wǎng)與新能源的發(fā)展，電動汽車由于對環(huán)境的零排放日益受到政府與消費者的青睞。電動汽車接入電網(wǎng)V2G[1]，不僅可通過充電給車載電池能量補給，還可以作為儲能單元通過放電將電池多余的能量回饋給電網(wǎng)，尤其是充放電設施與可再生能源有機集成后在微網(wǎng)中的應用更為突出[2]。
電動汽車充放電設施根據(jù)安裝位置可分為車載式與非車載式。車載充放電機固定在汽車上，用于小功率慢速充放電。非車載充放電機安裝在電動汽車外，能夠快速直流大功率充放電。為了保證電動汽車充放電過程的安全、高效，V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)各部分之間需要進行信息交互，即需要通信協(xié)議[3]。
目前，針對電動汽車充電，國家已發(fā)行相關標準，而車輛向電網(wǎng)饋能尚未出臺標準。課題基于我國現(xiàn)行的充電標準GB/T 20234-1[4]、GB/T 27930[5]、GB/T18487[6]，利用CAN總線設計適用于V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)放電通信協(xié)議，作為后期放電標準制定的前瞻性研究，以期實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)能量安全、有序的雙向流動。
1 蓄電池充電機充放電站工作原理
1.1 蓄電池充電機充放電站結構
電網(wǎng)、充放電動機、電動汽車三者構成V2G充放電系統(tǒng)，如圖1所示。充放電動機通過控制系統(tǒng)驅動AC/DC變換電路與雙向DC/DC變換電路完成電動汽車與電網(wǎng)之間能量的傳輸[7]。設置兩級變換電路的目的為實現(xiàn)電壓寬范圍輸出，滿足不同電壓范圍的電池的工況[8]。
充放電動機通過通信監(jiān)控管理控制單元根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)布的控制信號（電網(wǎng)允許充放電容量、充放電功率、切負荷量、分時電價等）和電池管理系統(tǒng)BMS（batterymanagement system）發(fā)出的信號（電池組最低電池荷電量SOC（state ofcharge）、可用時間、充放電電流限制、允許電壓、電池溫度等）經(jīng)過充放電控制策略算法作用，得到充放電指令。
充放電控制器接收BMS的需求指令與后臺管理系統(tǒng)的控制指令，通過控制雙向變換電路開關器件的通斷，動態(tài)調(diào)整充放電動機的輸出或輸入電壓、電流，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間能量的最優(yōu)傳輸。
圖1 充放電系統(tǒng)結構圖
1.2 蓄電池充電機充放電站工作模式
電動汽車充電電能來自公共電網(wǎng)，而電動汽車放電可將電能供給公共電網(wǎng)、住宅用戶電網(wǎng)、樓宇等不同對象。根據(jù)《電動汽車用充放電式電動機控制器技術條件》，車載儲能裝置可通過控制器向電網(wǎng)、負載、其他車載儲能裝置提供電能，可以工作在V2G（車對電網(wǎng)）、V2H（車對家庭住宅）、V2B（車對樓宇）、V2V（車對車）和V2L（車對負載）等模式，可以定義V2X。
基于車輛用戶多樣化需求與成本優(yōu)化，非車載充放電裝置應具有充電模式和充放電模式兩種運行方式。充電模式下，車輛提充電需求，充放電裝置按指示完成充電任務。充放電模式下，充放電裝置依據(jù)上級電網(wǎng)調(diào)度需求和電池狀態(tài)，進行充放電轉換和相應參數(shù)調(diào)整，改變能量傳輸方向，實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻等任務。在接受電網(wǎng)調(diào)度命令或并離網(wǎng)切換時，電動汽車的響應速度可以達到毫秒級別。用戶可以根據(jù)自身的偏好選擇相應的模式。
2 V2G蓄電池充電機充放電站通信模式
V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)主要關鍵設備有能量管理系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)。充放電動機需與電池管理系統(tǒng)通信獲取電池實時參數(shù)，還應具備與后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)通信獲取電網(wǎng)運行參數(shù)。V2G蓄電池充電機充放電站各通信單元之間采用CAN總線實現(xiàn)信息交互。
2.1 CAN總線特點
CAN-bus（controller area network）即控制器局域網(wǎng)，是一種具有廣泛應用的現(xiàn)場總線。CAN-bus是一種多主方式[9]的串行通信總線，位速率高，抗干擾能力好，檢錯能力強，具有出錯后自動重發(fā)功能。CAN總線最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbps，直接通信距離可達10km[10]。CAN總線由于具有這些優(yōu)勢，廣泛應用在工業(yè)控制中。
2.2 蓄電池充電機充放電站的CAN通信
電動汽車蓄電池充電機充放電站通信網(wǎng)絡應滿足電動汽車電池管理系統(tǒng)、電動汽車充放電動機、蓄電池充電機充放電站后臺管理系統(tǒng)三者之間的信息交互要求。蓄電池充電機充放電站各部分全部采用CAN技術進行組網(wǎng)時，充放電動機與蓄電池管理系統(tǒng)之間CAN網(wǎng)絡，記為CAN1；充放電動機與后臺管理系統(tǒng)之間采用獨立的CAN網(wǎng)絡，記為CAN2。
后臺管理系統(tǒng)功能目標是實現(xiàn)電能質量監(jiān)控和充放電動機各項數(shù)據(jù)及狀態(tài)監(jiān)控[11]，并可依據(jù)電池需求和電網(wǎng)狀況給充放電動機下達充放電指令。充放電動機與BMS之間的CAN通信網(wǎng)絡采用點對點通信。后臺管理系統(tǒng)與充放電動機之間的CAN通信網(wǎng)絡采用主從控制，后臺管理系統(tǒng)為主節(jié)點，充放電動機為從節(jié)點，如圖2所示。
圖2 蓄電池充電機充放電站CAN通信組網(wǎng)
3 蓄電池充電機充放電站CAN通信協(xié)議制定
CAN2.0規(guī)范已定義了OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，因此不作深入介紹。主要針對V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)充放電交互報文，進行應用層設計，以期實現(xiàn)電動汽車充放電的可控化。充放電動機與BMS之間通信采用點對點通信，充放電動機和BMS定義為不可配置地址，即該地址固定在電子控制單元ECU的程序代碼中，無法變更。
依據(jù)GB/T 27930中規(guī)定，充放電動機分配地址為56H，BMS分配地址為F4H。后臺管理系統(tǒng)與充放電動機信息交互過程中，采用一對多CAN通信，并且為了區(qū)分不同充放電動機，應當分配不同的地址。充放電信息交互過程中，應用層采用參數(shù)和參數(shù)組定義的形式，各個節(jié)點根據(jù)參數(shù)組編號來識別數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。電動汽車充電部分通信協(xié)議可以參考GB/T 27930，下面針對電動汽車放電提出充放電過程中放電部分的通信協(xié)議內(nèi)容。
如果選擇充放電模式，裝置根據(jù)用戶在智能車載終端上選擇的電動汽車動力電池剩余電量上下限值，將車輛可充放電的實時容量、受控時間等信息提供給后臺管理系統(tǒng)，后臺管理系統(tǒng)下發(fā)充放電控制指令，智能充放電動機根據(jù)車輛當前電池剩余電量進行充放電操作，實現(xiàn)能量的雙向流動。
電動汽車放電過程可以劃分為5個階段，即物理連接、握手階段、參數(shù)配置階段、放電階段和結束階段。車主可以結合自身需求在充放電動機上進行放電模式選擇，如定時放電，收益最大放電等。同時需檢測車輛的車載控制器的軟件是否支持放電，當檢測到車輛兼容放電功能時，才允許將車載電池的電能回饋給電網(wǎng)。
1）物理連接。車輛接入電網(wǎng)前，用戶通過刷卡就地認證或掃描二維碼遠端認證進行身份校驗。為確保車樁之間可靠連接，雙方需檢測連接確認信號。然后，電子鎖上鎖，車輛處于不可行駛狀態(tài)，起動放電過程。
2）握手階段。充放電動機握手起動并發(fā)送握手報文，先判斷放電兼容性和雙方使用通信協(xié)議版本兼容性，再進行絕緣檢測。絕緣檢測通過則進入握手辨識階段，雙方發(fā)送辨識報文，辨識成功進入下一階段。
3）參數(shù)配置。車輛與BMS交互各自參數(shù)要求，充放電動機向BMS發(fā)送充放電動機最大輸入能力報文，BMS向充放電動機提供最大允許放電電流、放電終止電壓、允許放電時間段、最大允許放電電量等，BMS根據(jù)充放電動機最大輸入能力判斷是否能夠進行放電。當雙方均滿足放電起動條件時，進行預充與放電參數(shù)初始化。
4）放電階段。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)將電網(wǎng)實時功率需求指令以及電價信息通過后臺管理系統(tǒng)下發(fā)給參與V2G的充放電動機。充放電動機根據(jù)電網(wǎng)需求和車輛自身的限制條件（電池電量、溫度等），來調(diào)整電池放電電流以保證放電過程正常進行。放電過程中，充放電動機與車輛相互監(jiān)測對方狀態(tài)。電池狀態(tài)異常或達到設定條件（放電時間、放電電量、放電金額等）以及收到充放電動機中止放電報文時，BMS將結束放電；充放電動機收到調(diào)度系統(tǒng)停止放電指令、出現(xiàn)異?；蜻_到人為設定的放電參數(shù)值以及收到BMS中止放電報文時，將結束放電。
5）放電結束階段。當充放電動機和BMS停止放電后，雙方進行放電統(tǒng)計數(shù)據(jù)交互。BMS向充放電動機發(fā)送電池放電數(shù)據(jù)，如初始SOC、終止SOC、電池電壓、電流、溫度等參數(shù)；充放電動機向BMS發(fā)送整個放電過程中的放電電量、累計時間、放電收益等信息。
4 蓄電池充電機充放電站CAN通信協(xié)議實現(xiàn)
采用研華公司的CAN通信板卡PCIE-1680實現(xiàn)充放電CAN通信協(xié)議，使用兩臺PC分別模擬充放電動機節(jié)點與電池管理系統(tǒng)節(jié)點，搭建的硬件平臺如圖3所示。軟件平臺采用基于C++的跨平臺開發(fā)庫Qt，在VS開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了一套放電通信控制軟件，實現(xiàn)充放電各階段的狀態(tài)監(jiān)測與時序控制。
圖3 充放電硬件平臺
基于充放電過程的不同階段，采用模塊化的友好型軟件布局，以使放電控制時序更為清晰明了。為方便用戶操作實現(xiàn)，設計了可視化窗口，可以直接在窗口設置充放電參數(shù)，模擬充放電動機與電池的各種工況。同時，對報文幀傳輸與解析的線程函數(shù)進行封裝處理，便于后期調(diào)用與維護，程序文件框架如圖4所示。
電動汽車充放電通信由充放電動機控制器與BMS報文交互完成。圖5為充放電動機通信控制器軟件，可以讀入設置的充放電動機參數(shù)，按照設計的放電通信協(xié)議，進行充放電通信。
開發(fā)的充放電通信控制軟件不僅可以完成CAN幀的信息交互，而且能夠監(jiān)測與解析報文幀信息，并且能實現(xiàn)正常放電過程與異常放電的通信模擬。運行通信控制軟件，抓取充放電動機在放電過程各階段接收和發(fā)送報文：握手起動報文、配置報文、放電報文、放電結束報文、故障響應報文，表1為其中具有代表性的報文。
報文幀采用29位標識符擴展幀格式，即幀ID以4字節(jié)裝載。幀數(shù)據(jù)場的內(nèi)容實時反映充放電動機的狀態(tài)，并控制充放電電動機按設定條件進行放電和在故障狀態(tài)下中止放電。開發(fā)的軟件移植入充放電控制器，可用于完成放電部分可視化的時序控制。
圖4 程序代碼框架
圖5 充放電控制通信軟件平臺
表1 放電通信報文
充放電過程各個階段，通過以上形式的數(shù)據(jù)幀報文交互，實現(xiàn)參數(shù)傳輸與狀態(tài)監(jiān)測?？刂破魍ㄟ^通信協(xié)議監(jiān)測并控制充放電動機和車輛接觸器狀態(tài)與開閉，按照合理的時序完成充放電。
5 結論
隨著電動汽車的大力推廣，V2G概念也將逐步受到關注。充放電過程中電動汽車BMS與充放電動機的數(shù)字通信是能量安全、可靠傳輸?shù)闹匾Ｕ?。本文在充電通信的基礎上，拓展了放電控制通信，為今后充電通信協(xié)議升級成充放電通信協(xié)議提供參考。
依據(jù)放電通信協(xié)議，開發(fā)相應的控制軟件，模擬電動汽車在放電模式下正常與異常狀況的CAN通信和控制時序，實現(xiàn)車輛與電網(wǎng)信息互動，以期實現(xiàn)電動汽車充放電的可控化。同時開發(fā)的軟件系統(tǒng)可以模擬充放電動機的不同工況，用于V2G通信系統(tǒng)的測試。
蓄電池充電機充放電站通信協(xié)議的研究，可應用于智能電網(wǎng)的V2G系統(tǒng)，實現(xiàn)電動汽車響應電網(wǎng)需求，為車主謀取利益，同時為電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運行提供保障，具有一定的工程應用價值。
隨著智能電網(wǎng)與新能源的發(fā)展，電動汽車由于對環(huán)境的零排放日益受到政府與消費者的青睞。電動汽車接入電網(wǎng)V2G[1]，不僅可通過充電給車載電池能量補給，還可以作為儲能單元通過放電將電池多余的能量回饋給電網(wǎng)，尤其是充放電設施與可再生能源有機集成后在微網(wǎng)中的應用更為突出[2]。
電動汽車充放電設施根據(jù)安裝位置可分為車載式與非車載式。車載充放電機固定在汽車上，用于小功率慢速充放電。非車載充放電機安裝在電動汽車外，能夠快速直流大功率充放電。為了保證電動汽車充放電過程的安全、高效，V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)各部分之間需要進行信息交互，即需要通信協(xié)議[3]。
目前，針對電動汽車充電，國家已發(fā)行相關標準，而車輛向電網(wǎng)饋能尚未出臺標準。課題基于我國現(xiàn)行的充電標準GB/T 20234-1[4]、GB/T 27930[5]、GB/T18487[6]，利用CAN總線設計適用于V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)放電通信協(xié)議，作為后期放電標準制定的前瞻性研究，以期實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)能量安全、有序的雙向流動。
1 蓄電池充電機充放電站工作原理
1.1 蓄電池充電機充放電站結構
電網(wǎng)、充放電動機、電動汽車三者構成V2G充放電系統(tǒng)，如圖1所示。充放電動機通過控制系統(tǒng)驅動AC/DC變換電路與雙向DC/DC變換電路完成電動汽車與電網(wǎng)之間能量的傳輸[7]。設置兩級變換電路的目的為實現(xiàn)電壓寬范圍輸出，滿足不同電壓范圍的電池的工況[8]。
充放電動機通過通信監(jiān)控管理控制單元根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)布的控制信號（電網(wǎng)允許充放電容量、充放電功率、切負荷量、分時電價等）和電池管理系統(tǒng)BMS（batterymanagement system）發(fā)出的信號（電池組最低電池荷電量SOC（state ofcharge）、可用時間、充放電電流限制、允許電壓、電池溫度等）經(jīng)過充放電控制策略算法作用，得到充放電指令。
充放電控制器接收BMS的需求指令與后臺管理系統(tǒng)的控制指令，通過控制雙向變換電路開關器件的通斷，動態(tài)調(diào)整充放電動機的輸出或輸入電壓、電流，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間能量的最優(yōu)傳輸。
圖1 充放電系統(tǒng)結構圖
1.2 蓄電池充電機充放電站工作模式
電動汽車充電電能來自公共電網(wǎng)，而電動汽車放電可將電能供給公共電網(wǎng)、住宅用戶電網(wǎng)、樓宇等不同對象。根據(jù)《電動汽車用充放電式電動機控制器技術條件》，車載儲能裝置可通過控制器向電網(wǎng)、負載、其他車載儲能裝置提供電能，可以工作在V2G（車對電網(wǎng)）、V2H（車對家庭住宅）、V2B（車對樓宇）、V2V（車對車）和V2L（車對負載）等模式，可以定義V2X。
基于車輛用戶多樣化需求與成本優(yōu)化，非車載充放電裝置應具有充電模式和充放電模式兩種運行方式。充電模式下，車輛提充電需求，充放電裝置按指示完成充電任務。充放電模式下，充放電裝置依據(jù)上級電網(wǎng)調(diào)度需求和電池狀態(tài)，進行充放電轉換和相應參數(shù)調(diào)整，改變能量傳輸方向，實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻等任務。在接受電網(wǎng)調(diào)度命令或并離網(wǎng)切換時，電動汽車的響應速度可以達到毫秒級別。用戶可以根據(jù)自身的偏好選擇相應的模式。
2 V2G蓄電池充電機充放電站通信模式
V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)主要關鍵設備有能量管理系統(tǒng)、后臺管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)。充放電動機需與電池管理系統(tǒng)通信獲取電池實時參數(shù)，還應具備與后臺監(jiān)控管理系統(tǒng)通信獲取電網(wǎng)運行參數(shù)。V2G蓄電池充電機充放電站各通信單元之間采用CAN總線實現(xiàn)信息交互。
2.1 CAN總線特點
CAN-bus（controller area network）即控制器局域網(wǎng)，是一種具有廣泛應用的現(xiàn)場總線。CAN-bus是一種多主方式[9]的串行通信總線，位速率高，抗干擾能力好，檢錯能力強，具有出錯后自動重發(fā)功能。CAN總線最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbps，直接通信距離可達10km[10]。CAN總線由于具有這些優(yōu)勢，廣泛應用在工業(yè)控制中。
2.2 蓄電池充電機充放電站的CAN通信
電動汽車蓄電池充電機充放電站通信網(wǎng)絡應滿足電動汽車電池管理系統(tǒng)、電動汽車充放電動機、蓄電池充電機充放電站后臺管理系統(tǒng)三者之間的信息交互要求。蓄電池充電機充放電站各部分全部采用CAN技術進行組網(wǎng)時，充放電動機與蓄電池管理系統(tǒng)之間CAN網(wǎng)絡，記為CAN1；充放電動機與后臺管理系統(tǒng)之間采用獨立的CAN網(wǎng)絡，記為CAN2。
后臺管理系統(tǒng)功能目標是實現(xiàn)電能質量監(jiān)控和充放電動機各項數(shù)據(jù)及狀態(tài)監(jiān)控[11]，并可依據(jù)電池需求和電網(wǎng)狀況給充放電動機下達充放電指令。充放電動機與BMS之間的CAN通信網(wǎng)絡采用點對點通信。后臺管理系統(tǒng)與充放電動機之間的CAN通信網(wǎng)絡采用主從控制，后臺管理系統(tǒng)為主節(jié)點，充放電動機為從節(jié)點，如圖2所示。
圖2 蓄電池充電機充放電站CAN通信組網(wǎng)
3 蓄電池充電機充放電站CAN通信協(xié)議制定
CAN2.0規(guī)范已定義了OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，因此不作深入介紹。主要針對V2G蓄電池充電機充放電站系統(tǒng)充放電交互報文，進行應用層設計，以期實現(xiàn)電動汽車充放電的可控化。充放電動機與BMS之間通信采用點對點通信，充放電動機和BMS定義為不可配置地址，即該地址固定在電子控制單元ECU的程序代碼中，無法變更。
依據(jù)GB/T 27930中規(guī)定，充放電動機分配地址為56H，BMS分配地址為F4H。后臺管理系統(tǒng)與充放電動機信息交互過程中，采用一對多CAN通信，并且為了區(qū)分不同充放電動機，應當分配不同的地址。充放電信息交互過程中，應用層采用參數(shù)和參數(shù)組定義的形式，各個節(jié)點根據(jù)參數(shù)組編號來識別數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。電動汽車充電部分通信協(xié)議可以參考GB/T 27930，下面針對電動汽車放電提出充放電過程中放電部分的通信協(xié)議內(nèi)容。
如果選擇充放電模式，裝置根據(jù)用戶在智能車載終端上選擇的電動汽車動力電池剩余電量上下限值，將車輛可充放電的實時容量、受控時間等信息提供給后臺管理系統(tǒng)，后臺管理系統(tǒng)下發(fā)充放電控制指令，智能充放電動機根據(jù)車輛當前電池剩余電量進行充放電操作，實現(xiàn)能量的雙向流動。
電動汽車放電過程可以劃分為5個階段，即物理連接、握手階段、參數(shù)配置階段、放電階段和結束階段。車主可以結合自身需求在充放電動機上進行放電模式選擇，如定時放電，收益最大放電等。同時需檢測車輛的車載控制器的軟件是否支持放電，當檢測到車輛兼容放電功能時，才允許將車載電池的電能回饋給電網(wǎng)。
1）物理連接。車輛接入電網(wǎng)前，用戶通過刷卡就地認證或掃描二維碼遠端認證進行身份校驗。為確保車樁之間可靠連接，雙方需檢測連接確認信號。然后，電子鎖上鎖，車輛處于不可行駛狀態(tài)，起動放電過程。
2）握手階段。充放電動機握手起動并發(fā)送握手報文，先判斷放電兼容性和雙方使用通信協(xié)議版本兼容性，再進行絕緣檢測。絕緣檢測通過則進入握手辨識階段，雙方發(fā)送辨識報文，辨識成功進入下一階段。
3）參數(shù)配置。車輛與BMS交互各自參數(shù)要求，充放電動機向BMS發(fā)送充放電動機最大輸入能力報文，BMS向充放電動機提供最大允許放電電流、放電終止電壓、允許放電時間段、最大允許放電電量等，BMS根據(jù)充放電動機最大輸入能力判斷是否能夠進行放電。當雙方均滿足放電起動條件時，進行預充與放電參數(shù)初始化。
4）放電階段。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)將電網(wǎng)實時功率需求指令以及電價信息通過后臺管理系統(tǒng)下發(fā)給參與V2G的充放電動機。充放電動機根據(jù)電網(wǎng)需求和車輛自身的限制條件（電池電量、溫度等），來調(diào)整電池放電電流以保證放電過程正常進行。放電過程中，充放電動機與車輛相互監(jiān)測對方狀態(tài)。電池狀態(tài)異常或達到設定條件（放電時間、放電電量、放電金額等）以及收到充放電動機中止放電報文時，BMS將結束放電；充放電動機收到調(diào)度系統(tǒng)停止放電指令、出現(xiàn)異?；蜻_到人為設定的放電參數(shù)值以及收到BMS中止放電報文時，將結束放電。
5）放電結束階段。當充放電動機和BMS停止放電后，雙方進行放電統(tǒng)計數(shù)據(jù)交互。BMS向充放電動機發(fā)送電池放電數(shù)據(jù)，如初始SOC、終止SOC、電池電壓、電流、溫度等參數(shù)；充放電動機向BMS發(fā)送整個放電過程中的放電電量、累計時間、放電收益等信息。
4 蓄電池充電機充放電站CAN通信協(xié)議實現(xiàn)
采用研華公司的CAN通信板卡PCIE-1680實現(xiàn)充放電CAN通信協(xié)議，使用兩臺PC分別模擬充放電動機節(jié)點與電池管理系統(tǒng)節(jié)點，搭建的硬件平臺如圖3所示。軟件平臺采用基于C++的跨平臺開發(fā)庫Qt，在VS開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了一套放電通信控制軟件，實現(xiàn)充放電各階段的狀態(tài)監(jiān)測與時序控制。
圖3 充放電硬件平臺
基于充放電過程的不同階段，采用模塊化的友好型軟件布局，以使放電控制時序更為清晰明了。為方便用戶操作實現(xiàn)，設計了可視化窗口，可以直接在窗口設置充放電參數(shù)，模擬充放電動機與電池的各種工況。同時，對報文幀傳輸與解析的線程函數(shù)進行封裝處理，便于后期調(diào)用與維護，程序文件框架如圖4所示。
電動汽車充放電通信由充放電動機控制器與BMS報文交互完成。圖5為充放電動機通信控制器軟件，可以讀入設置的充放電動機參數(shù)，按照設計的放電通信協(xié)議，進行充放電通信。
開發(fā)的充放電通信控制軟件不僅可以完成CAN幀的信息交互，而且能夠監(jiān)測與解析報文幀信息，并且能實現(xiàn)正常放電過程與異常放電的通信模擬。運行通信控制軟件，抓取充放電動機在放電過程各階段接收和發(fā)送報文：握手起動報文、配置報文、放電報文、放電結束報文、故障響應報文，表1為其中具有代表性的報文。
報文幀采用29位標識符擴展幀格式，即幀ID以4字節(jié)裝載。幀數(shù)據(jù)場的內(nèi)容實時反映充放電動機的狀態(tài)，并控制充放電電動機按設定條件進行放電和在故障狀態(tài)下中止放電。開發(fā)的軟件移植入充放電控制器，可用于完成放電部分可視化的時序控制。
圖4 程序代碼框架
圖5 充放電控制通信軟件平臺
表1 放電通信報文
充放電過程各個階段，通過以上形式的數(shù)據(jù)幀報文交互，實現(xiàn)參數(shù)傳輸與狀態(tài)監(jiān)測?？刂破魍ㄟ^通信協(xié)議監(jiān)測并控制充放電動機和車輛接觸器狀態(tài)與開閉，按照合理的時序完成充放電。
5 結論
隨著電動汽車的大力推廣，V2G概念也將逐步受到關注。充放電過程中電動汽車BMS與充放電動機的數(shù)字通信是能量安全、可靠傳輸?shù)闹匾Ｕ?。本文在充電通信的基礎上，拓展了放電控制通信，為今后充電通信協(xié)議升級成充放電通信協(xié)議提供參考。
依據(jù)放電通信協(xié)議，開發(fā)相應的控制軟件，模擬電動汽車在放電模式下正常與異常狀況的CAN通信和控制時序，實現(xiàn)車輛與電網(wǎng)信息互動，以期實現(xiàn)電動汽車充放電的可控化。同時開發(fā)的軟件系統(tǒng)可以模擬充放電動機的不同工況，用于V2G通信系統(tǒng)的測試。
蓄電池充電機充放電站通信協(xié)議的研究，可應用于智能電網(wǎng)的V2G系統(tǒng)，實現(xiàn)電動汽車響應電網(wǎng)需求，為車主謀取利益，同時為電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運行提供保障，具有一定的工程應用價值。
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