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2023-11-10

中国航海学会团体标准 《电动船舶非船载充电机与电池管理系统 的通信协议》

作者:Triv    点击:874

(一)任务来源

 

根据《中国航海学会团体标准管理办法》相关要求,经第四十九次理事长办公会审议,《电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议》符合立项要求, 通过中国航海学会文件《关于印发中国航海学会 2023 年度第一批团体标准立项

的通知》(航学发[2023]94 号) 2023  30 日公布立项。《电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议》由江苏省交通运输厅运输管理局、江苏远洋运输有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国网江苏电动汽车服务有限公司、无锡赛思亿电气科技有限公司、南京大全电气研究院有限公司、湖北东湖新能科技有限责任公司、上海启源芯动力科技有限公司、常熟市国瑞科技股份有限公司、江苏健龙电器有限公司、华设设计集团股份有限公司共同起草。

(二)背景、目的和意义

2020 月,习近平总书记在联合国大会上提出力争 2030 年碳达峰、2060 年碳中和的目标。“碳达峰、碳中和”已成为当前全社会共同努力推动的一个战略目标。在二十大工作报告中,提出“推动能源清洁低碳高效利用,推进工业、建筑、交通等领域清洁低碳转型”。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》要求推动能源清洁低碳安全高效利用,降低碳排放强度。交通运输行业是碳排放大户,肩负着落实国家战略和规划目标的重任。《国家综合立体交通网规划纲要》提出加快推进绿色低碳发展,降低污染物及温室气体排放强度,注重生态环境保护修复,促进交通与自然和谐发展。在全国上下极力推动实现“双碳”目标、加快绿色生态发展背景下,推动水运船舶使用电能等绿色能源已成为大势所趋。

2022  9 月,工业和信息化部、发展改革委、财政部、生态环境部和交通运输部联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》(工信部联重装

〔2022〕131 号),提出到 2030 年,内河船舶绿色智能技术全面推广应用,配套基础设施更加完善,标准化、系列化绿色智能船型实现批量建造。《关于加快打造更具特色的“水运江苏”的意见》(苏政发〔2023〕24 号)要求推进纯电池动力技术在内河船舶应用,引导建造、改造内河电动船舶,推动在内河港口、

水上服务区等建设充换电站,到 2025 年,内河纯电动船舶力争得到规模化应用。江苏省积极响应国家战略要求,按照低碳、绿色发展方向,推动纯电动船舶建设发展。2022  10  10 日,“江远百合”已顺利首航并实现稳定运营。目前, 江苏省正按照《江苏省纯电动内河集装箱船舶试点应用实施方案》(苏交运〔2022〕77 号)要求,加快在苏南、苏北运河投放纯电动内河集装箱船舶,不断拓展电动船舶应用场景。但江苏省尚无专门针对电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议。目前,电动船舶直流充电系统中充电结构多采用《电动汽车传导充电用连接装置 3 部分:直流充电接口》GB/T 20234.3-2015 的标准接口,单枪或多枪并联输出电能,通信协议多基于《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》GB/T27930。通信协议中针对不同充电船,只是修改部分通信内容,很难做到不同电动船舶与不同直流充电设施充电的兼容性。

本标准详细给出了《电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议》, 利于电动船舶与直流充电机通信协议的统一,提高充电通信协议的兼容性。本标准的执行,有利于电动船舶直流充电设施与电动船舶的充电接口与通信协议的统一,提高电动船舶与直流充电设施之间的兼容性,有利于电动船舶与电动船舶直流充电设施产业的健康发展。

 

(三)起草单位和主要起草人及所做工作

 

为了保证标准能够按照交通运输部和中国航海学会标准编制要求,高质量按 时推进,本标准由江苏省交通运输厅运输管理局为主要起草单位牵头组建项目组。参编单位为:江苏省交通运输厅运输管理局、江苏远洋运输有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国网江苏电动汽车服务有限公司、无锡赛思亿电气科技有限公司、南京大全电气研究院有限公司、湖北东湖新能科技有限责任公司、上海启源芯动力科技有限公司、常熟市国瑞科技股份有限公司、江苏健龙电器有限公司、华设设计集团股份有限公司。全体标准核心人员参与标准需求分析和内容研讨, 对标准内容进行总体编写。


表 1 主要起草人员及分工


姓名

单位

主要工作

金华

江苏省交通运输厅运输管理局 

负责总体统筹标准编制工作。 

殷国祥

江苏省交通运输厅运输管理局 

负责总体统筹标准编制工作。 


姓名

单位

主要工作

戴伟

江苏远洋运输有限公司 

负责总体统筹标准编制工作。 

黄明轩

江苏远洋运输有限公司 

负责总体统筹标准编制工作。 

赵彦涛

国电南瑞科技股份有限公司

参与编制总体框架,起草数据链路层章

节。

成旭

江苏省交通运输厅运输管理局 

负责总体统筹标准编制工作。 

练建国

江苏远洋运输有限公司 

负责总体统筹标准编制工作。 

杨岩

江苏远洋运输有限公司 

负责总体统筹标准编制工作。 

耿群锋

国电南瑞科技股份有限公司

参与起草附录 A。

宋远军

国网江苏电动汽车服务有限公司 

参与起草附录 B、C。

邵诗逸

无锡赛思亿电气科技有限公司 

参与起草报文格式和内容章节。 

王学永

南京大全电气研究院有限公司 

参与起草报文分类章节。 

姚腾腾

湖北东湖新能科技有限责任公司 

参阅起草充电总体流程章节。 

曹森

上海启源芯动力科技有限公司 

参阅起草应用层章节。 

李帆

常熟市国瑞科技股份有限公司 

参与起草总则、物理层章节。 

黄益斌

江苏健龙电器有限公司 

参与起草术语和定义章节。

刘春启

华设设计集团股份有限公司

参与起草前言、范围和规范性引用文件

章节。

(四)主要工作过程

 

起草单位接到标准制定计划任务后,立即着手进行标准制定工作,主要工作过程如下:

2023  2 月-2023  5 月,正式开展标准编制工作,收集了相关标准、规范、科技文献,调研了电动船舶充电的需求和应用情况,编制形成标准草案及编制说明提交中国航海学会。

2023  06 月,按照中国航海学会反馈修改意见完善标准及编制说明,形成征求意见稿。


二、编制原则、主要内容依据

 

(一)标准编制原则


本标准按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》制定统一的标准编写原则,包括团体标准的结构、起草表述方法、格式等内容,以提高团体标准的适用性。本标准的起草过程遵守“科学性、规范性、一致性、协调性、易用性”编写原则。

1. 科学性

本标准在编制的过程中以调研、理论分析为依据,综合多家电动船舶充电技术特点,保证标准内容的科学性与实用性。

2. 规范性

本标准编写的内容和层次符合GB/T 20001.5-2017《标准编写规则第5 部分:规范标准》规定的结构和要素。为提高文件的适用性和应用效率,确保文件的及时完成发布,编制工作从开始到随后的所有阶段的文件草案均遵守 GB/T 1.1 和GB/T 20001.5 的规定。

3. 一致性

文件结构及要素的表述应保持一致,相同的条款使用相同的用语,类似的条款使用类似的用语。同一个概念使用同一个术语,避免使用同义词。

4. 协调性

文件的起草与现行有效文件之间相互协调,遵循现行产品标准的通用规定,  GB/T 19596 电动汽车术语、GB/T18487.1 电动汽车传导充电系统第 1 部分通用要求、GB/T 20234.3 电动汽车传导充电用连接装置第 3 部分:直流充电接口等。需要使用文件自身其他位置的内容或其他文件中的内容时,采取引用或提示的表述形式。

5. 易用性

文件内容的表述便于直接应用,并易于被其他文件引用。通过规定清楚、准确和无歧义的条款,使得文件能够被未参加文件编制的专业人员所理解且易于应用。

(二)标准主要内容依据

 

本标准的结构要素依据 GB/T 1.1-2020、GB/T 20001.5-2017 确定,包括 10

章:第章范围、第章规范性引用文件、第章术语和定义、第 4 章总则、第

章物理层、第章数据链路层、第章应用层、第章充电总体流程、第 9 章


报文分类、第 10 章报文格式和内容。各章编写情况如下:

1 章范围,规定了本标准适用于将电动船舶连接到直流电网时,使用了带控制导引功能的直流供电设备与 BMS 之间的通信或与船舶管理系统之间的通信。

2 章规范性引用文件,给出了引用标准的的规范性内容而构成本文件必不可少的条款。引用了电动汽车相关标准的术语定义、通用要求以及直流充电接口等。

章术语和定义,给出了 CAN 报文相关的定义、蓄电池的定义、电池管理系统定义等。

章总则,提出了充电机与 BMS 之间通信网络采用CAN2.0B 通信协议, 充电机与 BMS 在充电过程中监测电压、电流和温度等参数;提出电动船舶充电接口宜遵循 GB/T 20234.3 电动汽车传导充电用连接装置第 3 部分:直流充电接口。

章物理层,提出了充电机与 BMS 之间通信应使用独立 CAN 接口,通信速率采用 250kbit/s。

章数据链路层,给出了 CAN 通信的帧格式、协议数据单元、协议数据单元格式、参数组编号、传输协议功能、地址分配、信息类型的具体内容。

7 章应用层,给出了应用采用参数和参数定义的形式,提出了报文的长度和必须项内容及格式需按照本标准中规定发送。

8 章充电流程,给出了电动船舶与非船载充电机的充电总体流程,涉及到物理连接阶段、低压辅助上电阶段、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段、结束充电。

9 章报文分类,给出了低压辅助上电及充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段、充电结束阶段中的报文分类,并包含了错误报文的分类。

10 章报文格式和内容,给出了低压辅助上电及充电握手阶段报文、参数配置阶段报文、充电阶段报文、充电结束阶段报文的格式和内容,给出了错误报文的格式。

10.1.4 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在 BMS 和船舶辨识报文中定义了增加电池箱识别码(CCS 证书编号)与船舶识别码(CN+11 位数字)部分,对报文长度与起始字节或位进行调整。


10.2.1 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在动力蓄电池充电参数报文格式中去除“最高允许充电电流”的偏移量并增加有符号数。

10.2.3 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在充电机最大输出能力报格式中去除“最大输出电流”与“最小输出电流”的偏移量并增加有符号数。

10.3.1 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在电池充电需求报文报格式中去除“电流需求”的偏移量并增加有符号数。

10.3.2 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在电池充电总状态报文定义中增加最高单体动力蓄电池电压的簇号部分,在电池充电总状态报文格式中去除“充电电流测量值”的偏移量并增加有符号数。

10.3.3 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在充电机充电状态报文格式中去除“电流输出值”的偏移量并增加有符号数。

10.3.4 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在发送动力蓄电池状态信息报文定义中定义了“最高单体动力蓄电池电压所在的电池簇-电池包的编号”、“最高单体动力蓄电池温度所在的电池簇-电池包的编号”、“ 最低单体动力蓄电池温度所在的电池簇-电池包的编号”。

10.3.5 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在电池包中单体动力蓄电池电压报文定义中定义了“ 电池包中单体动力蓄电池平均电压”。

10.3.6 小节中,首次针对电动船舶与电动汽车充电的不同处,在电池包中动力蓄电池温度报文定义中定义了 “电池包中单体动力蓄电池最高温度”。

附录 A 中,作为资料性附录给出了非船载式充电机与电动船舶的充电流程图。

附录 B 中,作为资料性附录给出了非船载式充电机与电动船舶在充电过程中出现的故障诊断报文分类、代码、格式、内容等。

附录 C 中,作为资料性附录给出了非船载式充电机与电动船舶充电过程中各类报文开始发送条件和中止发送条件的表格。

三、已开展的试验验证情况

 

(一)试验分析


本标准制定过程中,江苏省交通运输厅运输管理局、江苏远洋运输有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、江苏省交通运输厅运输管理局、江苏远洋运输有限公司、国电南瑞科技股份有限公司、国网江苏电动汽车服务有限公司、无锡赛思亿电气科技有限公司、南京大全电气研究院有限公司、湖北东湖新能科技有限责任公司、上海启源芯动力科技有限公司、常熟市国瑞科技股份有限公司、江苏健龙电器有限公司、华设设计集团股份有限公司等联合进行了纯电动运输船舶充换电设施布局建设需求的调研工作,召开多次研讨会议,综合多家公司的充换电技术,提出本标准。

(二)综述报告

电动船舶直流充电系统指将陆地电源交流电转换为直流电,给电动船舶蓄电池充电的系统,为船舶提供动力。主要应用于中型、小型码头,船舶类型多为货船、拖船、车客渡船、游船、公务船舶等。主流电动船舶带电量在1000kWh-4000kWh,最大充电电压 750V、1000V。目前电动船舶直流充电系统中充电结构多采用《电动汽车传导充电用连接装置 3 部分:直流充电接口》GB/T 20234.3-2015 的标准接口,采用一体式或分体式结构,单枪充电电流最大250A,多枪并联增加输出功率。通信协议多基于《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》GB/T27930,针对不同充电船,修改部分通信内容,很难做到不同电动船舶与不同直流充电设施充电的兼容性。

目前尚无专门针对电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议。

(三)预期效果

1. 推荐了电动船舶充电接口遵循 GB/T 20234.3-2015 电动汽车传导充电用连接装置第 3 部分:直流充电接口。利于电动船舶直流充电接口的统一,提高了充电接口的兼容性。

2. 首次详细给出了《电动船舶非船载充电机与电池管理系统的通信协议》, 利于电动船舶与直流充电机通信协议的统一,提高充电协议的兼容性。

(四)经济效益分析

本标准的执行,有利于电动船舶直流充电设施与电动船舶的充电接口与通信协议的统一,提高电动船舶与直流充电设施之间的兼容性,有利于电动船舶与电动船舶直流充电设施产业的健康发展,因此具有较好的经济效益。


四、与有关现行法律、法规和强制性国家标准、配套推荐性标准的关系

 

本标准与 GB/T 19596 电动汽车术语、GB/T18487.1 电动汽车传导充电系统 1 部分通用要求、GB/T 20234.3 电动汽车传导充电用连接装置第 3 部分:直

流充电接口、ISO 11898-1:2003 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 vehicle – Control area network (CAN Part 1: Data link layer and physical signaling)、SAE J1939-11:2006 商用车控制系统局域网 CAN 通信协议第 11 部分:物理层,250K 比特/秒,屏蔽双绞线(Recommented practice for serial control and communication vehicle network Part 11: Physical layer – 250K bits/s, twisted shielded pair)、SAE J1939-21:2006 商用车控制系统局域网 CAN 通信协议第 21 部分:数据链路层(Recommended practice for serial control and

communication vehicle network Part 21: Data link layer)等具有一定关联性,标准修订中采用规范性引用和参考的方式,实现了标准技术内容间的协调。

在标准起草过程中,充分研究了相关的现行法律法规和强制性标准。标准与相关的现行法律、法规和强制标准之间没有冲突。


五、与国际标准化组织、其他国家或地区有关法律法规和标准的比对分析

 

本标准为自主创新标准,本标准未采标,本标准水平达到国际先进水平。


六、重大分歧意见的处理经过和依据

 

在调研和编制范围及相关专家论证方面未见重大分歧意见。


七、废止现行有关标准的建议

 

不存在可废除的对应标准。


八、标准性质的建议说明

 

建议标准性质为团体标准。

本标准是电动船舶非船载传导式充电技术的一个重要标准,应从设计单位和


生产企业开始贯彻实施,对电动船舶非船载传导式充电技术文件、制造、安装、系统运行等凡不符合本标准规定的,应在标准实施之前完成修改与补充,达到标准的要求,为加快本标准的实施,建议本标准发布即实施。


九、涉及专利的有关说明

 

标准编制过程中,尚未征集到涉及专利的信息。


十、其他应予说明的事项

 

无。




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