EnergyBus 协议栈

为什么选用EnergyBus？

        当今LEV市场的一个显著特点，是众多厂商都在使用其专有方案来解决组件与充电器之间的通信问题。由于缺乏兼容性，电动自行车的供应商便无法使用其他制造商提供的组件。然而，大多数电动自行车制造商和用户都希望获得可更换的带有不同功能组合的组件，并且可以在公共充电站为自己的电动自行车或者智能电动车进行充电而无需携带自己的充电器。
        拥有大约70个企业会员的EnergyBus e.V.协会致力于完成这一使命。该协会的目标在于开发并推广EnergyBus标准，并且已经成功的迈出了第一步。在德国的国家自行车交通规划中，德国政府承诺2020年开发非专有的LEV充电基础设施，ISO和IEC的国际标准化工作已经展开，同时，公共EnergyBus充电站的试点项目已经在运行中。

EnergyBus连接器 

        除了组件之间的通讯，EnergyBus e.V.协会还为EnergyBus设备开发了特殊的连接器。

        EnergyBus连接器的性能参数

        最大电压：48V（电源线）

        最大电流：50A

        2个电源引脚（电源线）

        2个12V辅助电压引脚（用于被动设备，并用来唤醒深度放电的电池）

        2个CAN通信引脚

        磁极反接保护

        可以无损伤的意外断开

        下表列出了连接器的引脚说明： 

CAN和CANopen

        在EnergyBus发展初期评估了哪个网络协议能满足的EnergyBus要求，考虑了CAN，LIN，USB，I²C以及RS485，最终选定了CAN（Controller Area Network），因为它的稳定性，灵活性，以及它广泛的使用性和普遍存在性。
        CAN是如今轿车市场上主流的通讯系统，它提供广播通讯方式和精密的错误侦测机制。几乎所有的微控制器厂商都支持CAN，绝大多数微控制器中都集成了CAN控制器。这是一种在bit级别上以差分信号形式在电线之间发送的串行协议。

示波器上显示的CAN信号

        由于CAN没有定义应用层，所以有必要为其定义一个。为了避免从头开始开发一个新的协议，决定采用以CANopen为基础上的通讯机制。因此EnergyBus e.V.协会与管理CANopen协议以及设备和应用规范的CAN in Automation协会进行了合作。 

        CANopen是用于嵌入式控制网络的标准化通讯协议。它的起源是自动化行业，但随着时间推移，它已经覆盖了更加宽广的应用领域，包括铁路应用以及越野车和专用车（如：警车和出租车）。
        CANopen协议为网络中设备和节点之间使用CAN报文交换数据提供了一套标准化的服务。其中最重要的服务之一便是PDO（Process Data Objects）服务，它允许在CAN报文中传输过程数据而无需任何协议开销。SDO（Service Data Object）服务提供了对一个CANopen设备中所有定义好的参数进行随机访问的功能。另外，CANopen通讯协议和应用规定义了一系列参数（对象字典），所有与CANopen协议或规范兼容的设备必须使用这些参数。CANopen网络最多可以包含127个设备，这些设备通过其节点ID标识。节点ID可以是固定的（静态的或由DIP开关配置）也可以由类似DHCP服务的Layer Setting Service (LSS)进行动态分配。设备错误或警告可以在CANopen中通过Emergency报文发出信号，这个Emergency 报文的内容同样在规范中定义。

CANopen应用规范

        与CANopen通讯协议和设备规范不同，应用规范定义了一个完整的应用，比如一个LEV的哪些组件可以更换而无需重新配置。定义了一组固定的设备属性和设备行为，并为满足应用的要求而限制了CANopen的灵活性。EnergyBus通讯在CiA 454规范中定义，规范的正式名称为“能源管理系统的应用规范”。
        它定义了一套已经设定好性能和配置参数的虚拟设备，一个或多个虚拟设备可以在一个实际设备中结合使用。目前已经定义了以下虚拟设备：

        电池

        电压转换器（充电器）

        电机控制单元（MCU微处理器）

        显示屏（HMI人机交互界面）

        作为网络主站的EnergyBus控制器

        信息安全设备

        此外，CANopen应用规范454还定义了对象字典中的参数，为每个虚拟设备定义了状态机，通过PDO发送的过程数据及其循环周期和其他属性。规范针对EnergyBus报文做了进一步定义，规定了如何使用LSS动态分配的节点ID以及虚拟设备的最大数量。

示例：电池

        所有EnergyBus设备必须提供以下参数（对象符合CANopen术语），并允许通过EnergyBus访问它们：

        所支持的虚拟设备

        设备状态

        设备性能

        额定电压

        控制字

        此外，电池需要支持主动设备所有必需的参数：

        最大连续输入电流

        最大连续输出电流

        最大和最小电压

        输入电流允许峰值

        输出电流允许峰值

        实际电压和电流值

        电压或电流的限制要求

        最后，电池还要提供以下参数：

        电池类型

        实际容量

        额定容量

        温度

        电池的电压和电流

        EnergyBus规范为每个组件额外定义了几个可选参数。比如为电池定义了一个深度放电计数器，一个短路计数器，一个过热计数器，一个总瓦数输出计数器以及其他对象。这些可选参数可以由电池制造商实现，以提供完善的售后服务。
        电池的固件大多集成在电池管理系统中，并要保证符合EnergyBus规范所定义的以下状态机：