纯电动汽车整车电气设计及整车CAN通讯

纯电动汽车高压电气系统安全设计一、纯电动汽车电气系统安全分析纯电动轿车电气系统主要包括低压电气系统、高压电气系统及CAN通讯信息网络系统。

1、低压电气系统采用12V供电系统，除了为灯光照明系统、娱乐系统及雨刷器等常规低压用电器供电外，还为整车控制器、电池管理系统、电机控制器、DC/DC转换器及电动空调等高压附件设备控制回路供电；2、高压电气系统主要包括动力电池组、电驱动系统、DC/DC电压转换器、电动空调、电暖风、车载充电系统、非车载充电系统及高压电安全管理系统等；3、CAN总线网络系统用来实现整车控制器和电机控制器、以及电池管理系统、高压电安全管理系统、电动空调、车载充电机和非车载充电设备等控制单元之间的相互通信。

图a高压配电盒纯电动汽车电压和电流等级都比较高，动力电压一般都在300～400V（直流），电流瞬间能够达到几百安。

人体能承受的安全电压值的大小取决于人体允许通过的电流和人体的电阻。

有关研究表明，人体电阻一般在1000～3000Ω。

人体皮肤电阻与皮肤状态有关，在干燥、洁净及无破损的情况下，可高达几十千欧，而潮湿的皮肤，特别是受到操作的情况下，其电阻可能降到1000Ω以下。

由于我国安全电压多采用36V，大体相当于人体允许电流30mA、人体电阻1200Ω的情况。

所以要求人体可接触的电动汽车任意2处带电部位的电压都要小于36V。

根据国际电工标准的要求，人体没有任何感觉的电流安全阈值是2mA，这就要求人体直接接触电气系统任何一处的时候，流经人体的电流应该小于2mA才认为整车绝缘合格。

因此，在纯电动汽车的开发过程中，应特别考虑电气系统绝缘问题，严格按照电动汽车相关国标标准要求设计，确保绝缘电阻能够满足人身安全需求，保证绝缘电阻值大于100Ω/V。

二、电动汽车高压电气系统安全设计概述相对于传统汽车而言，纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统，并采用了大量的高压附件设备，如：电动空调、PTC电加热器及DC/DC转换器等。

目四纯电动汽车整车控制器地认知与故障项诊断四课时四实训整车控制器地技术要求与功能一整车控制器地结构原理二整车控制器工作模式与实例三整车控制器地故障诊断四目￿录一.整车控制器地技术要求与功能整车控制器（Vehicle￿Control￿Unit,VCU）是纯电动汽车各动力系统地总成控制器,负责协调电驱动系统,动力蓄电池系统,制动系统等各部件地工作,提高纯电动汽车地动力,经济与安全等。

一.一￿￿整车控制器地技术要求根据整车控制网络地构成以与对整车控制器输入输出信号地分析,整车控制器应满足以下技术要求。

（一）设计硬件电路时,应该充分考虑汽车恶劣地行驶环境,注重电磁兼容,提高抗干扰能力。

整车控制器在软硬件上都应该具备一定地自保护能力,以防止极端情况地发生。

（二）整车控制器需要有足够多地I/O接口,能够快速准确地采集各种输入信息,至少具备两路A/D转换通道用于采集加速踏板信号与制动踏板信号,应该具有多个开关量输入通道,用于采集汽车挡位信号,同时应该具有多个用于驱动车载继电器地功率驱动信号输出通道。

（三）整车控制器应该具备多种通信接口,CAN通信接口用于与电机控制器,蓄电池管理系统与车载仪表通信,RS二三二通信接口用于与上位机通信,同时预留了一个RS-四八五/四二二通信接口,这可以将不支持CAN通信地设备兼容,例如某些型号地车载触摸屏。

（四）不同地路况条件下,汽车会遇到不同地冲击与震动,整车控制器应该具备良好抗冲击,才能保证汽车地可靠与安全。

一.一￿￿整车控制器地技术要求根据整车控制网络地构成以与对整车控制器输入输出信号地分析,整车控制器应满足以下技术要求。

（一）设计硬件电路时,应该充分考虑汽车恶劣地行驶环境,注重电磁兼容,提高抗干扰能力。

整车控制器在软硬件上都应该具备一定地自保护能力,以防止极端情况地发生。

（二）整车控制器需要有足够多地I/O接口,能够快速准确地采集各种输入信息,至少具备两路A/D转换通道用于采集加速踏板信号与制动踏板信号,应该具有多个开关量输入通道,用于采集汽车挡位信号,同时应该具有多个用于驱动车载继电器地功率驱动信号输出通道。

整车CAN通讯协议的基本拓扑结构详解电动汽车，以电池和（电机）系统取代了内燃机汽车的发动机系统，使得汽车上主要的结构和（电气）件发生了很大变化。

在传统汽车上已经比较成熟的（CAN）（总线技术），电动汽车仍然需要作出必要调整才能够使用。

1 电动汽车的CAN协议常用车辆CAN总线通讯协议，大多直接采用SAE-J1939的形式制定。

电动汽车首先遇到了电池系统、电机系统等新加入电器需要重新设定PGN码等问题。

CAN协议始终处在诸侯割据的状态。

在过去的几年中，国家及相关机构也一直在对电动汽车的CAN通讯协议进行研究，希望形成统一的协议体系。

统一的CAN协议，首先是零部件供应商的福音。

当前主流主机厂，每家都有自己的整车通讯协议，各个供应商，需要根据整车厂的定义，修改零部件的CAN协议。

制定电动汽车的CAN协议，基本的思路是在SAE-J1939的基础上，根据自身电动汽车的需求，做出必要的调整。

1.1 原则常用的CAN总线协议标准SAE-J1939中，标准给OSI（开放系统互联参考模型）定义成七层：物理层，数据链路层，（网络）层，传输层，会话层，表示层，应用层。

其中物理层和数据链路层是最基础的两层，在标准ISO 11898中进行定义，并且不可变更。

而SAE-J1939定义了应用层的相关会话规则，所谓通讯协议。

因此我国的CAN （通信）协议的制定主要包括物理层和应用层协议两个方面，其中最主要的工作还是集中在应用层上。

1.2 物理层物理层对一系列（硬件）参数进行了规定，包含总线供电电压、接入系统设备数目、允许的连接器类型、线缆长度以及波特率等。

我们的物理层特性基本完全继承J1939物理层规范，相应的，参数基本与J1939保持一致。

比如CAN2.0B，接入系统的设备数目，最多30个；终端电阻阻值120欧姆，波特率250kbits，线束建议采用双绞线、同轴电缆等等。

1.3 应用层应用层主要规定的内容包括：标识符的分配，报文的发送和接收规则，系统内节点的优先级分配等等。

文件类型：技术类密级：保密正宇纯电动车电池管理系统与整车系统CAN通信协议(GX-ZY-CAN-V1.00)版本记录版本制作者日期说明V1.00 用于永康正宇纯电动车系统姓名日期签名拟定审查核准1 范围本标准规定了电动汽车电池管理系统(Battery Management System ，以下简称BMS)与电机控制器(Vehicle Control Unit ，简称VCU)、智能充电机(Intelligent Charger Unit ，简称ICU)之间的通信协议。

本标准适用于电动汽车电池管理系统与整车系统和充电系统的数据交换。

本标准的CAN 标识符为29位，通信波特率为250kbps 。

本标准数据传输采用低位先发送的格式。

本标准应用于正宇纯电动轿车电池管理系统。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的版本适用于本文件。

凡不是注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

ISO 11898-1:2006 道路车辆 控制器局域网络 第1部分：数据链路层和物理信令(Road Vehicles – Controller Area Network (CAN) Part 1：Data Link Layer and Physical Signalling). SAE J1939-11：2006 商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议 第11部分：物理层，250Kbps ，屏蔽双绞线(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 11：Physical Layer,250Kbps,Twisted shielded Pair). SAE J1939-21：2006商用车控制系统局域网络（CAN ）通信协议 第21部分：数据链路层(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 21：Data Link Layer).3 网络拓扑结构说明电动汽车网络采用CAN 互连结构如下所示，CAN1总线为电池管理系统与电机控制器之间的数据通信总线，CAN2总线为电池管理系统与充电机之间的数据通信总线。

文件类型：技术类密级：保密正宇纯电动车电池管理系统与整车系统CAN通信协议(GX-ZY-CAN-V1.00)版本记录版本制作者日期说明V1.00 用于永康正宇纯电动车系统姓名日期签名拟定审查核准1 范围本标准规定了电动汽车电池管理系统(Battery Management System ，以下简称BMS)与电机控制器(Vehicle Control Unit ，简称VCU)、智能充电机(Intelligent Charger Unit ，简称ICU)之间的通信协议。

本标准适用于电动汽车电池管理系统与整车系统和充电系统的数据交换。

本标准的CAN 标识符为29位，通信波特率为250kbps 。

本标准数据传输采用低位先发送的格式。

本标准应用于正宇纯电动轿车电池管理系统。

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ISO 11898-1:2006 道路车辆 控制器局域网络 第1部分：数据链路层和物理信令(Road Vehicles – Controller Area Network (CAN) Part 1：Data Link Layer and Physical Signalling). SAE J1939-11：2006 商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议 第11部分：物理层，250Kbps ，屏蔽双绞线(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 11：Physical Layer,250Kbps,Twisted shielded Pair). SAE J1939-21：2006商用车控制系统局域网络（CAN ）通信协议 第21部分：数据链路层(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 21：Data Link Layer).3 网络拓扑结构说明电动汽车网络采用CAN 互连结构如下所示，CAN1总线为电池管理系统与电机控制器之间的数据通信总线，CAN2总线为电池管理系统与充电机之间的数据通信总线。

文件类型：技术类密级：保密正宇纯电动车电池管理系统与整车系统CAN通信协议(GX-ZY-CAN-V1.00)版本记录版本制作者日期说明V1.00 用于永康正宇纯电动车系统姓名日期签名拟定审查核准1 范围本标准规定了电动汽车电池管理系统(Battery Management System，以下简称BMS)与电机控制器(Vehicle Control Unit，简称VCU)、智能充电机(Intelligent Charger Unit，简称ICU)之间的通信协议。

本标准适用于电动汽车电池管理系统与整车系统和充电系统的数据交换。

本标准的CAN标识符为29位，通信波特率为250kbps。

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本标准应用于正宇纯电动轿车电池管理系统。

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ISO 11898-1:2006 道路车辆控制器局域网络第1部分：数据链路层和物理信令(Road Vehicles –Controller Area Network (CAN) Part 1：Data Link Layer and Physical Signalling).SAE J1939-11：2006 商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议第11部分：物理层，250Kbps，屏蔽双绞线(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 11：Physical Layer,250Kbps,Twisted shielded Pair).SAE J1939-21：2006商用车控制系统局域网络（CAN）通信协议第21部分：数据链路层(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 21：Data Link Layer).3 网络拓扑结构说明电动汽车网络采用CAN 互连结构如下所示，CAN1总线为电池管理系统与电机控制器之间的数据通信总线，CAN2总线为电池管理系统与充电机之间的数据通信总线。

纯电动客车CAN网络设计规范XXXXX客车股份有限公司企业标准Q/XXXXXXXXXX—XXXX纯电动客车CAN网络设计规范XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施XXXXX客车股份公司目次前言 II引言 III1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 13.1网段 13.2子网 13.3节点 13.4网络架构 14节点缩写及源地址要求 1 5技术要求 25.1CAN网络的材质要求 2 5.2CAN网络电阻要求 3 5.3CAN网络物理层描述 3 5.4CAN网络屏蔽层要求 3 5.5CAN网络的布置要求 3 5.6CAN网络命名规则 35.7CAN网络节点电源、地线要求 45.8CAN网络的拓扑要求 45.9CAN网络节点功能要求 5言本文件部分技术内容为强制性。

本文件按照GB/T1.1-2020、GL001-2020给出的规则起草。

本文件由电器研发室提出。

本文件由产品规划与管理部发布。

言编制该文件的原因：在CAN网络应用过程中，存在负载率、错误帧过高现象，且各部件在不同订单、不同车型中的CAN网络也不同，目前行业及公司内无相应标准作为参考。

编制该文件的目的或期望解决的问题纯电动客车CAN网络设计规范范围本文件规定了纯电动客车CAN网络设计过程中的技术要求、注意事项、CAN网络拓扑等，部分内容由整车调试经验总结而成。

本文件适用于我公司生产的纯电动车型，混动车型也可参考此规范。

规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

SAEJ1939-21数据链路层SAEJ1939-31网络层SAEJ1939-71应用层Q/XXXXXJS223-2019XXXXX客车线号线径规格表术语和定义GB/T19596-2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

网段在车辆网络中使用同一物理层，能够直接进行通讯的网络及ECU。

目录1 整车控制器控制功能和原理 (1)2 纯电动客车总成分布式网络架构 (1)3 整车控制器开发流程 (3)3.1 整车及控制策略仿真 (4)3.2 整车软硬件开发 (5)3.2.1 整车控制器的硬件开发 (6)3.2.2 整车控制器的软件开发 (10)3.3 整车控制器的硬件在环测试 (12)3.4 整车控制器标定 (15)3.4.1 整车控制器的标定系统 (15)1整车控制器控制功能和原理纯电动客车是由多个子系统构成的系统，主要包括储能、驱动等动力系统，以及其它附件如空调等。

各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。

为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配。

因此，纯电动必须需要一个整车控制器来管理系统中的各个部件。

纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动车辆动力链的各个环节进行管理、协调和监控，提高整车能量利用效率，确保车辆安全性和可靠性。

整车控制器的功能如下：1)车辆驾驶：采集司机的驾驶需求，管理车辆动力。

2)网络管理：监控通信网络，信息调度，信息汇总，网关。

3)仪表的辅助驱动。

4)故障诊断处理：诊断传感器、执行器和系统其他部件故障并进行相应的故障处理，实时显示故障。

5)在线配置和维护：通过车载标准CAN端口，进行控制参数修改，匹配标定，功能配置，监控，基于标准接口的调试能力等。

6)能量管理：通过对纯电动客车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和管理，以获得最佳的能量利用率。

7)功率分配：通过综合车辆信息、电池的SOC、温度、电压、电流和电机的温度等信息计算电机功率分配，进行有效的能量管理，以保证车辆能量效率达到最优。

8)坡道驻车辅助控制9)坡道起步时防溜车控制2纯电动客车动力总成分布式网络架构纯电动客车是由多个子系统构成的复杂系统。

文件类型:技术类密级:保密正宇纯电动车电池管理系统与整车系统CAN通信协议(GX-ZY-CAN-V1、00)版本记录版本制作者日期说明V1、00 用于永康正宇纯电动车系统姓名日期签名拟定审查核准1 范围本标准规定了电动汽车电池管理系统(Battery Management System,以下简称BMS)与电机控制器(Vehicle Control Unit,简称VCU)、智能充电机(Intelligent Charger Unit,简称ICU)之间的通信协议。

本标准适用于电动汽车电池管理系统与整车系统与充电系统的数据交换。

本标准的CAN标识符为29位,通信波特率为250kbps。

本标准数据传输采用低位先发送的格式。

本标准应用于正宇纯电动轿车电池管理系统。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用就是必不可少的。

凡就是注日期的版本适用于本文件。

凡不就是注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

ISO 11898-1:2006 道路车辆控制器局域网络第1部分:数据链路层与物理信令(Road Vehicles – Controller Area Network (CAN) Part 1:Data Link Layer and Physical Signalling)、SAE J1939-11:2006 商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议第11部分:物理层,250Kbps,屏蔽双绞线(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 11:Physical Layer,250Kbps,Twisted shielded Pair)、SAE J1939-21:2006商用车控制系统局域网络(CAN)通信协议第21部分:数据链路层(Recommanded Practice for a Serial Control and Communications Vehicle Network Part 21:Data Link Layer)、3 网络拓扑结构说明电动汽车网络采用CAN 互连结构如下所示,CAN1总线为电池管理系统与电机控制器之间的数据通信总线,CAN2总线为电池管理系统与充电机之间的数据通信总线。

新能源汽车整车电控系统详解新能源汽车电控系统，狭义上指的是整车控制器，广义上讲，则包括整车控制器、电池管理系统、驱动电机控制器等。

新能源汽车电控系统组成简图汽车上的这些控制器通过CAN网络来通信。

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。

整车控制VCU车辆行驶过程中，需要一个与驾驶员进行指令互动的窗口，这个窗口就是整车控制器VCU(Vehicle control unit)，VCU负责接收来自驾驶员的各种驾驶操作指令和配置功能操作的需求，如上电、加速、制动踏板等各种信号，并结合车辆其它系统发出的操作指令或协控信息，以及各部件传感器反馈的各种车况信号，实现对整车和各部件工况的分析，形成可以确保车辆安全行驶的指令，以达到各个控制系统器执行动作的目的。

VCU协调控制的高低压部件新能源汽车电动化的动力总成增加了很多高低压电气部件。

VCU 是新能源汽车驱动系统控制的“大脑”，成熟的系统软件在提高运行效率、降低能耗排放、提高故障后处理的鲁棒性等方面都发挥着重要作用。

是电动化动力总成系统解决方案真正落地的核心能力之一。

作为车辆驱动协调控制系统的核心控制器，VCU需要负责整车状态协调、驾驶员驾驶需求实现等最基本也是最重要的功能。

因此VCU 软件的完善度直接影响了车辆运行的稳定性和行驶安全性。

随着“域融合”的概念推广，越来越多的新功能也逐渐被融合到VCU控制器中，例如：跟充电相关的AC/DC车辆端充电主控功能，以及跟底盘相关的电动四驱控制功能。

从系统功能划分角度考虑，可以把VCU的功能划分为：车辆系统、传动系统、电力系统、热管理系统，以及OBD诊断、通讯、安全监控等系统功能。

新能源纯电动汽车整车上下电控制策略设计介绍一、前言为了提高整车高压上下电安全，准确诊断出整车动力系统的高压故障并迅速做出相应处理，本文针对纯电动汽车动力系统结构，定义了基于CAN通讯的整车控制网络。

以整车安全性为主要参考量，设计了电动汽车整车控制器上电控制策略、下电控制策略以及紧急故障模式下对高压电紧急下电和低压电处理方法，为调试整车控制器及相应的高低压设备奠定基础。

电动汽车展示二、高压控制的重要性纯电动汽车(EV)以动力蓄电池组作为唯一动力源，以驱动电机作为唯一动力驱动装置。

蓄电池工作电压高达几百伏，当发生高压电路绝缘失效或短路等故障时，会直接影响驾乘人员的生命财产以及车载用电器的安全。

因此，在设计和规划高压动力系统时应充分考虑整车和人员的电气安全性，确保车辆运行安全、驾驶人员安全和车辆运行环境安全。

整车控制器(VCU)是纯电动汽车运行的核心单元，担负着整车驱动控制、能量管理、安全保障、故障诊断和信息处理等功能，是实现纯电动汽车安全高效运行的必要保障。

纯电动汽车上下电控制策略开发设计的目的在于：在已有整车动力系统结构的前提下，通过采集钥匙及踏板等驾驶员动作信号，并通过CAN总线、电池管理系统(BMS)及电机控制器(MCU)等子系统进行通讯，来控制整车高压上电、下电安全。

同时在上下电过程中，力求准确诊断出整车动力系统的高压故障并迅速做出相应处理。

目标车型钥匙门开关设置为两挡：OFF挡、ON挡；整车挡位设置为：前进挡(D挡)、空挡(N挡)、倒挡(R挡)。

表1为各主要部件缩略语及其定义。

表2为各变量名称及说明。

表1主要部件缩略语及其定义表2各变量名称及说明三、整车上下电控制策略1、整车模式说明基于钥匙门位置设置，进行上下电控制，实现整车控制系统初始化、自检、充电状态判断等功能。

目标车型整车控制器由低压蓄电池供电，其上电下电状态由仪表板上的低压开关进行控制。

整车模式分为外接充电模式、非充电模式和紧急停机模式。

文件编号: TKC/JS（S）-EV17文件版本号: 0/A版安徽天康特种车辆装备有限公司整车CAN通信设计规范编制:审核:批准:发布日期：2014年12月22日实施日期：2014年12月22日安徽天康特种车辆装备有限公司一、说明........................................................... - 1 -二、物理层........................................................ - 3 -三、数据链路层................................................... - 12 -四、传输协议..................................................... - 15 -五、交互层....................................................... - 15 -为使本公司整车CAN总线通信设计规范化，参考国际标准化组织协议以及国内外汽车总线总体设计的技术要求，结合本公司物流车开发车型的实际应用环境，编制本整车CAN总线通讯设计规范。

本规范满足公司快速发展的需要，并将在实践中进一步提高完善。

本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司技术部提出。

本规范由安徽天康特种车辆装备有限公司技术部批准。

本规范主要起草人：李劲松、查德国、和进军本规范于2015年01月首次发布。

整车CAN通信设计规范一、说明1.1范围本规范规定了安徽天康特种车辆装备有限公司（以下简称“天康”）生产的纯电动汽车CAN通信设计规范。

本规范适用于安徽天康特种车辆装备有限公司设计开发的纯电动汽车的CAN总线通信设计。

如果本标准与其它标准或规范不一致，则按照如下方式处理：与SAE J1939不一致，遵照本标准执行；与ECU技术规范不一致，遵照ECU技术规范执行1.2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用成为本规范的条款。