电动汽车的通信协议有哪些？

电动汽车 (Electric vehicles，EV) 正在可持续性和技术方面重塑汽车行业。 电动汽车不仅减少了温室气体排放和对化石燃料的依赖，而且还推动了空气动力学、轻质材料、电池、动力总成、逆变器、软件、高级驾驶辅助系统 (ADAS)、充电系统、电缆等方面的创新等等。

效率、行驶里程和车辆成本也取得了进步，越来越多的驾驶员考虑转变并放弃传统的燃油驱动车辆。 尽管这一决定很大程度上取决于电池寿命和行驶里程，但同样重要的一项创新是车辆的通信能力。

事实上，电动汽车的大部分功能（从驾驶到充电）都取决于其电子通信协议。

电动汽车或车辆充电使用多种通信标准，包括：

• 大多数电动汽车依靠控制器局域网 (CAN) 协议在车辆组件和外部系统之间进行通信。
• Modbus 和本地互连网络 (LIN) 协议由一些不需要实时数据通信的辅助车辆组件使用。
• CHAdeMO 和 CCS 等协议在快速充电中发挥着至关重要的作用。
• ISO15118 支持双向充电和车辆到电网 (V2G) 集成。
• 以太网是适用于所有高带宽数据通信（例如电动汽车中的视频流、信息娱乐系统和 ADAS）的一站式解决方案。
• Wi-Fi 和蓝牙支持将智能手机或设备集成到电动汽车中。

下面，让我们更详细地介绍一下这些通信标准。

1、控制器局域网 (CAN)

CAN 是大多数车辆使用的主要通信协议。 几乎所有北美和欧洲汽车制造商（全球 70%）都依赖 CAN 总线技术来实现发动机管理、安全系统和舒适功能。 几乎所有豪华和高档车辆都具有完全集成的 CAN 系统，只有少数经济型车型仍然依赖 LIN 或多路复用。

CAN 是所有现代车辆的通信主干。 它允许各种电子控制单元（ECU）——例如发动机、安全气囊和 ABS 控制单元——彼此实时“对话”，共享重要信息，使车辆平稳、安全地运行。 它还用于其他行业，包括航空、航天、医疗和工业自动化，主要是因为它具有成本效益、可靠且可扩展。

CAN 总线仅使用两根电线，并以小的优先级消息交换数据，确保刹车或安全气囊信号等关键信息不会延迟。 CAN 依赖带有冲突检测功能的载波侦听多路访问 (CSMA/CD)，让设备轮流传输、检测和解决冲突，以确保消息传递。 该协议具有确保数据完整性和消息可靠性的内置机制。

与传统燃油汽车一样，电动汽车中的 CAN 促进了 ECU 之间的通信，包括控制单元 (EVCU)、电机控制器、电池管理系统 (BMS) 和其他重要组件。 这些系统不断交换数据，例如电池电压、电流、温度、电机速度和扭矩需求。

例如，CAN 在 BMS 和电动汽车中的其他系统之间提供了重要的链接。 BMS 监控电池健康状况、温度和剩余电量，并通过 CAN 总线将此信息传递给 EVCU 和驾驶员。 该总线还促进电池组、冷却系统和 EVCU 之间的通信，帮助管理电池温度。

CAN 进一步使其他安全功能（如再生制动、牵引力控制和电子稳定性控制）能够有效发挥作用。 该总线允许制动系统和电机控制器之间进行实时通信，以应用再生制动。

CAN 对于电动汽车和充电站之间的通信也至关重要，并被其他协议（如 IEC 61851）用于充电期间的电力传输控制、握手和安全检查。 V2G 等新型智能电网技术也使用总线在电动汽车和电网之间进行通信。 在它的帮助下，电动汽车可以优化能源使用，并根据电网需求智能调节充电和放电。

2、ISO 15118

ISO 15118 是一项国际标准，旨在解决电动汽车与充电基础设施之间的通信问题，从而实现双向电力传输和智能充电功能。 目的是提高安全性、加快充电过程并鼓励电动汽车并网。

通过建立标准化接口，ISO 15118 还增强了制造商和充电站之间的互操作性。 该标准包含两个主要组成部分——电动汽车通信控制器（EVCC）和供电设备通信控制器（SECC）。 EVCC 是车辆内处理与充电站通信的控制器。 SECC 是充电站内的控制器，负责与 EV 进行通信。

使用该标准，电动汽车可以从电网接收电力并将电力发送回电网（V2G），支持电网稳定性和能源管理。 ISO 15118 还有助于根据电网状况、用户偏好和能源价格调整收费，优化能源使用和成本。 此外，该协议支持使用数字证书进行自动身份验证和支付，无需 RFID 卡或手动交互。 该协议使用 TLS 和数字签名来确保数据隐私和完整性，防止未经授权的访问或篡改。

目前，ISO 15118 仍在不断发展，不断添加新功能和增强功能，因此其在电动汽车生产中的使用受到限制。 然而，该标准预计将成为电动汽车充电和电网整合的事实上的标准。 未来它可能会整合无线充电和先进的能源管理功能。

3、CHAdeMO

CHAdeMO，“CHARging deMO”，是日本开发的电动汽车快速充电标准。 它支持交流（ac）和直流（dc）充电，可实现车辆快速充电。 与公共车站或家庭中广泛使用的交流充电相比，它采用独特的直流 (dc) 方法，可以为电池充电非常快。

虽然许多电站的运行功率约为 50 kW，但 CHAdeMO 可以提供高达 500 kW 的电力。 这意味着电动汽车的电池可以在短短 30 分钟内充满 80%，而不是典型的交流充电 4 到 8 小时。 CHAdeMO 是一种快速充电标准，包含 V2G（车辆到电网）功能。

CHAdeMO 已在日本、中国和韩国广泛采用。 该标准面临着欧洲和北美成熟的 CCS 标准的竞争。 CHAdeMO 不太可能在北美大规模采用。 在欧洲，该标准是通过合作伙伴和试点项目来推广的，但 CCS 仍然占据上风。

4、组合充电系统（CCS）

CCS 是北美和欧洲流行的标准化快速充电协议。 它使用独特的双端口连接器来容纳交流和直流充电插头。 配备 CCS 的电动汽车可以访问任何兼容的充电站，无论其功率能力如何，支持从 20 到超过 350 kW 的功率水平，具体取决于具体实施。 更高的功率水平有利于加快充电时间和超快速充电基础设施的建立。

CCS 依赖于电动汽车和充电站之间的标准化通信协议。 这些协议包括：

• ISO 15118 – 用于 V2G 通信
• IEC 61851 – 用于充电站通信
• 开放充电点协议 (OCPP) – 用于管理充电站和中央管理系统之间的通信
• TCP/IP – 用于身份验证、计费和监控期间电动汽车和充电站之间的互联网通信和数据交换
• WebSocket – 用于电动汽车和充电站之间的全双工通信

当前的交流充电基础设施由于其向后兼容性，可以与 CCS 标准一起使用。 这意味着 2 型交流充电站仍然与配备 CCS 的车辆兼容。 向后兼容性简化了向 CCS 的过渡，允许逐步集成高功率直流快速充电基础设施。

5、Modbus

尽管 Modbus 是一种工业通信协议，但其应用范围已扩展到电动汽车。 CAN 总线用于车辆组件之间的数据通信，而 Modbus 用于特定模块之间的通信，例如辅助动力装置、冷却系统或电池加热器。

Modbus 提供了一种简单、经济高效的解决方案，用于将旧组件与新系统集成。 该协议提供了一种访问和分析数据以进行性能评估和故障排除的简单方法。 汽车工程师广泛使用它来将测试设备或诊断工具连接到电动汽车原型中的特定组件。 许多电动汽车售后改装或附加组件（例如定制充电系统、电池监测仪或性能诊断工具）也使用 Modbus 与车辆现有系统进行通信。

Modbus 的优点之一是它可以提供可靠的长距离通信。 电动拖拉机、建筑设备或重型卡车可以依靠 Modbus 与诊断工具、充电管理系统或专用附件等外部设备进行通信。 总体而言，与 CAN 总线相比，该协议在电动汽车中的作用微乎其微。 Modbus 仅限于较旧的组件、专业应用、研发和售后修改。 CAN 总线仍然是电动汽车内大多数内部通信和功能的流行标准。

6、本地互连网络 (LIN)

LIN 是一种简单的串行通信协议，用于车辆中低功耗微控制器之间的低成本数据交换。 虽然 CAN 仍然是电动汽车的主要通信标准，但 LIN 发挥着支持作用，满足基本功能和遗留系统的需求。

在传统汽车中，LIN 控制门锁、车窗、后视镜、座椅和车内照明，并向供暖、通风和空调系统发送命令。 仪表板使用 LIN 来传输与燃油油位、速度、警告灯以及冷却剂温度或气压等基本传感器数据相关的信息。 在电动汽车中，LIN 的作用有限。

较旧的电动汽车模型使用 LIN 在座椅控制、车窗装置和内部照明等子系统之间进行通信。 由于该协议仅适用于低速应用，因此它由非关键电动汽车系统使用，例如辅助电源装置、电池加热器或充电端口通信。 LIN 非常适合不需要实时通信的任务。 电动汽车的一些售后附加组件或修改，例如定制照明系统、电池监测仪或性能诊断工具，也依赖于 LIN。

7、Ethernet

以太网是计算机网络领域的一项重要技术，越来越多地应用于电动汽车中。 以太网提供比任何汽车协议（包括 CAN）更高的带宽。 它非常擅长更快地处理大量数据，使其高速和高带宽功能成为电动汽车的理想选择。

ADAS 使用以太网实时分析更多数据，从而实现更准确的环境测绘和更顺畅的车辆操作。 它促进摄像头、雷达和其他传感器之间的数据交换，从而能够立即响应避免碰撞、车道偏离警告和自适应巡航控制。 以太网满足 BMS、电动机和其他组件之间的数据交换，以实时分析电池健康状况和性能，这有助于最大限度地提高效率并最大限度地缩短充电时间。

以太网还适用于 V2X 通信（车辆到万物）。 它支持汽车与汽车以及汽车与基础设施的通信，使电动汽车能够共享有关交通状况、充电站和道路危险的信息，从而优化交通流量并减少事故。 该标准用作 V2G 通信和双向计费中的物理层协议。

以太网有助于各种电动汽车系统的所有无线 (OTA) 更新。 它还用于汽车到云的通信，以实现远程诊断、交通更新和紧急响应。 这样可以实时评估电动汽车性能并及早发现潜在问题。

与传统车辆一样，电动汽车中的以太网被信息娱乐系统用于高分辨率视频流、更快的互联网连接和无线更新。 电动和混合动力汽车中的 BMS、电动机和其他组件之间的所有高速数据交换均由以太网管理。

8、蓝牙&WIFI

蓝牙和 Wi-Fi 是促进电动汽车与智能手机等外部设备之间通信的无线协议。 蓝牙用于无钥匙车辆进入和启动以及远程锁定或解锁车辆。 许多 OBD-II 扫描仪通过蓝牙连接，允许通过手机或平板电脑访问基本的发动机和电池健康信息。

蓝牙还可将智能手机连接到车辆，以便在驾驶时安全方便地进行免提通话。 它允许将音乐、播客和有声读物从手机传输到车辆的音频系统。

Wi-Fi 通常用于下载和安装电动汽车的软件 (OTA) 更新，确保无需访问经销商即可获得最新功能和错误修复。 借助车辆的 Wi-Fi，乘客可以在驾驶时上网、观看电影并保持联系。 未来的电动汽车还可以与其他车辆和基础设施进行交换，以改善交通流量、安全功能和电网集成。

9、总结

电动汽车成功融入汽车领域在很大程度上依赖于高效和标准化的通信协议。 从控制器局域网 (CAN) 到 ISO 15118 的创新双向通信以及 CHAdeMO 和 CCS 的高功率充电功能，这些协议共同促进了电动汽车的无缝运行和演进。

随着技术的不断进步，通信协议在电动汽车中的作用无疑将扩大，进一步增强性能、互操作性和整体驾驶体验。