Overcoming communication protocol compatibility problems in electric vehicles and charging piles

2014年开始,整个电动汽车行业突飞猛进,把沉寂徘徊多年的电动汽车及其配套产业都带动起来。一时间做电动车的企业如雨后春笋,同时做充电设备的企业也蜂拥而上,但带来了很多充电CAN总线通讯协议的兼容性问题。虽然2011年在国网电科院主导下制定了GB/T 27930-2011《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》如图1所示。但一直没有功能完善的协议一致性测试仪器与软件。所以无论电动汽车还是充电桩,都是经过简单测试后便投入使用。因此经常会出现某车型在某充电桩上充电,通过了充电握手阶段,而无法进入充电阶段等不兼容的现象。

图1 GB/T27930-2011国标

CANScope分析仪广州致远电子股份有限公司研发的一款综合性的CAN总线开发与测试的专业工具,集海量存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身,并把各种仪器有机的整合和关联;重新定义CAN总线的开发测试方法,可对CAN网络通信正确性、可靠性、合理性进行多角度全方位的评估;帮助用户快速定位故障节点,解决CAN总线应用的各种问题,是CAN总线开发测试的终极工具。

CANScope的 “BMS充电机测试软件”,如图2所示为致远电子与国网电科院合作研发的,对被测充电机或者电动汽车电池管理系统(BMS)进行符合GB/T27930协议的一致性测试软件。

图2 CANScopeBMS充电机测试软件

此软件具备以下四种工作模式:

(1)监控测试模式:

在此模式下,CANScope作为一台只听设备,监控充电双方的通信,如图 3所示。

图3 监控测试模式选择

监控测试启动后,界面中为四个充电过程的流程监控图,实时闪动目前进行的步骤。如果发生充电过程异常中断,可以自动提示目前中断的位置,便于查找问题原因。如图 4所示。

图4 监控测试细节

在这个模式下,CANScope模拟充电机,对被测的电动汽车BMS系统进行协议一致性测试,如图 5所示。

图5 模拟充电机对BMS仿真测试

在这个模式下,用户需要先填入需要模拟的充电机的参数,比如目标地址、源地址、充电机编号、最高/最低输出电压、最大输出电流、电压/电流输出值、累计充电时间等等参数。然后勾选要仿真的充电过程,点击开始即可开始测试。如图 6所示。

图6 模拟充电机对BMS仿真测试细节

本测试是按国标中的通信协议进行分支探测,检验被测BMS系统的程序是否充分考虑到各种异常情况,在各种流程分支(包括异常分支)中是否能作出正确的响应。

比如充电握手阶段中,CANScope会发送错误的报文,以检测被测BMS系统对错误的报文处理是否正确,是否会导致充电中断甚至充电机死机等情况。

(3)模拟BMS对充电机测试模式:

在这个模式下,CANScope模拟电动汽车BMS系统,对被测的充电机进行协议一致性测试,如图 5所示。

图7 模拟BMS对充电机仿真测试

在这个模式下,用户需要先填入需要模拟仿真的BMS系统的参数,比如目标地址、源地址、电池类型、整车动力电池额定容量、额定电压、单体电池最高充电电压、最高允许充电电流、标称总能量、最高允许充电总电压、最高允许充电温度、电压需求、电流需求、充电模式等。然后勾选要仿真的充电过程,点击开始即可开始测试。如图 8所示。

图8 模拟BMS对充电机仿真测试细节

本测试是按国标中的通信协议进行分支探测,检验被测充电机的程序是否充分考虑到各种异常情况,在各种流程分支(包括异常分支)中是否能作出正确的响应。

比如充电握手阶段中,CANScope会发送错误的报文,以检测被测充电机对错误的报文处理是否正确,是否会导致充电中断甚至充电机死机等情况。

(4)物理链路层可靠性测试:

在和国网电科院的测试认证过程中,我们发现由于充电过程中伴随有强电磁场的干扰,对CAN总线通信的物理层有很大的影响,有被测设备因为没有具备良好的电磁兼容能力,而导致充电中断的现象。所以本测试认证加入了对物理链路层的可靠性测试,如图 9所示。

图9 物理链路层可靠性测试细节

本测试是按照ISO11898-1/2的标准,对CAN通讯的物理链路层进行标准化测试,以检验被测设备的信号完整性、抗干扰能力等可靠性指标。

比如总线短路测试,CANScope可以模拟短路20ms(可自定义),然后检测被测设备能否在100ms内恢复,以此验证被测设备是否有错误处理恢复机制。

综上所示。本测试软件是一款适用于电动汽车电池管理系统或非车载充电机(充电桩)的研发、测试、认证的协议一致性与可靠性测试软件。有助于用户快速开发出符合国标的产品,有助于排查现场充电中断的真正原因。

图10 CANScope总线综合分析仪