CAN通信 × バッテリー × BMS【産業ロボット技術解説】

産業用途のバッテリー通信は、一般的にCAN2.0A/Bが採用されます。

ノイズ耐性が高い（Differential Signaling）

工場環境はモーター・インバータ・溶接設備などノイズ源が多い。CANの差動信号はECUとの通信を安定させる。

データ喪失に強い

ビット単位でエラー検出され、再送が可能。

1つのバスに多数デバイスを接続できる

AGVの構成例：バッテリー（BMS）、モータードライバ、SLAMユニット、LiDAR、MCU / メインECU。複数ユニットを1本のCANラインで統合できる。

速度と信頼性のバランスが良い

通常：250kbps、一部：500kbps。リアルタイム性と安定性を両立。

CAN vs RS485 vs Ethernet 比較

CAN

メリット：ノイズ耐性◎、リアルタイム性◎、複数デバイス接続◎
デメリット：データ量に制限（8バイト/フレーム）
用途：AGV、AMR、産業ロボット

RS485

メリット：低コスト、シンプル
デメリット：マスター・スレーブ構造、リアルタイム性△
用途：固定設置の産業機器

Ethernet

メリット：大容量データ、高速通信
デメリット：リアルタイム性△、ノイズ耐性△
用途：上位システム連携、データロギング

CANフレームの基本構造

SOF

1ビット

フレーム開始

Identifier

11ビット

優先度 & ID

Control

6ビット

データ長指定

Data

0〜8バイト

実データ

CRC

16ビット

エラー検出

ACK

2ビット

受信確認

EOF

7ビット

フレーム終了

BMSデータのCAN ID設計例

高頻度送信データ（100ms周期推奨）

CAN ID: 0x100 - バッテリー状態

SOC（1バイト）、電圧（2バイト）、電流（2バイト）、温度（1バイト）、ステータス（2バイト）

CAN ID: 0x101 - 警告フラグ

過電流警告、高温警告、低電圧警告、セル電圧差警告など（ビットフラグ形式）

中頻度送信データ（500ms周期推奨）

CAN ID: 0x110 - 詳細情報

SOH（1バイト）、サイクル数（2バイト）、最大セル電圧（2バイト）、最小セル電圧（2バイト）

CAN ID: 0x111 - セル情報

セル1〜4の電圧（各2バイト）※複数フレームで全セル送信

低頻度送信データ（1秒周期）

CAN ID: 0x120 - システム情報

BMSバージョン、シリアル番号、製造日など

ポイント： CAN IDの下位bitは優先度が高い。緊急度の高いデータ（警告フラグ）は若いID（0x101など）を割り当てる。

BMS内部のCAN通信フロー

データ収集

BMSがセンサーから電圧・電流・温度を取得（ADC変換）

↓

データ処理

SOC/SOH計算、セルバランシング判定、保護機能チェック

↓

CANフレーム生成

データをCAN仕様に変換、ID・DLC・データフィールドを構築

↓

送信

CANトランシーバ経由でバスに送信

双方向通信の実装

BMSからAGVへ（通常送信）

定期送信：100ms〜1s周期でバッテリー状態を送信
イベント送信：警告・エラー発生時に即座に送信
ID優先度：警告 > 状態 > 詳細情報

AGVからBMSへ（コマンド受信）

充電開始/停止コマンド
パラメータ読み出し要求
リセット・キャリブレーション
ファームウェア更新コマンド

通信異常時の保護動作

通信タイムアウト検知

設定例：3秒間CANフレーム受信なし → タイムアウト

動作：BMSが安全モードに移行、出力制限または停止

異常フレーム検出

検出例：CRCエラー、フォーマットエラー、連続エラー

動作：エラーカウント増加、一定回数超過で通信遮断

自動リトライ機能

実装：重要コマンド（充電停止など）は3回まで再送

間隔：100ms間隔で再送、3回失敗でエラー報告

トラブル1：通信が不安定・頻繁に切断される

原因

ケーブル品質不良（ツイストペアでない、シールドなし）
終端抵抗の不適切な設定（120Ω必須）
ノイズ源が近い（モータードライバ、インバータ）
ケーブル長が長すぎる（250kbpsなら最大250m）

対策

✓ ツイストペア＋シールド付きケーブルを使用
✓ 両端に120Ω終端抵抗を確実に接続
✓ 電源ラインとCANラインを物理的に分離
✓ ケーブル長を規定内に収める
✓ フェライトコアを追加してノイズ対策

トラブル2：特定の状況で通信エラーが発生

原因

CANバスの負荷過多（同時送信デバイスが多い）
優先度設計の不備（重要データが遅延）
送信周期が短すぎる（バス占有率が高い）

対策

✓ バス占有率を30%以下に抑える
✓ ID設計を見直し、優先度を適切に設定
✓ 低頻度データは送信周期を長く（1s以上）
✓ 通信速度を500kbpsに上げる（可能な場合）

トラブル3：BMSデータが正しく読めない

原因

エンディアン（Byte Order）の不一致
データ形式の解釈ミス（符号付き/なし、単位、スケール）
BMSとAGVのプロトコルバージョン違い

対策

✓ データシートでエンディアンを明記（Big/Little）
✓ データ形式・単位・スケールを文書化
✓ 実機テストで数値を照合（電圧計で実測値と比較）
✓ プロトコルバージョン管理を徹底

トラブル4：AGVが突然停止する

原因

BMS通信タイムアウトによる安全停止
ハートビート信号の欠落
異常フレーム連続検出によるバス切断

対策

✓ ハートビート信号を100ms周期で確実に送信
✓ タイムアウト時間を適切に設定（3〜5秒推奨）
✓ ログ機能でエラー発生時の状態を記録
✓ 復旧手順を自動化（リセット、再初期化）

現場トラブル診断ツール

CANアナライザ：バスの状態をリアルタイム監視
オシロスコープ：信号波形を確認（電圧レベル、立ち上がり時間）
ログ機能：BMSとAGV側の通信ログを同時記録
負荷テスト：バス占有率を測定

ID設計を最初に決める

プロジェクト開始時にCAN IDマップを作成し、全デバイスで共有。途中変更は極力避ける。

推奨：Excelでマスター管理、バージョン管理、変更履歴記録

データ仕様書を詳細に作成

各CANフレームのデータフォーマット、単位、エンディアン、更新周期を明記。

必須項目：CAN ID、DLC、Byte0〜7の内容、単位、スケール、送信周期

バス占有率は30%以下に

通信速度250kbpsの場合、バス占有率30%を目安に。余裕を持った設計で突発的な負荷に対応。

計算例：250kbps × 0.3 = 75kbps → 約100フレーム/秒（標準フレーム想定）

ハードウェアの信頼性を確保

ツイストペア＋シールドケーブル、120Ω終端抵抗、適切な配線経路で物理層の安定性を確保。

ケーブル例：DeviceNet規格準拠ケーブル、CAN専用ケーブル

テストを段階的に実施

①単体テスト（BMS単独）、②ペアテスト（BMS + AGV）、③実機統合テスト、④長時間稼働テスト

チェック項目：通信エラー率、タイムアウト発生、異常フレーム、負荷テスト

ログ・診断機能を実装

トラブル発生時に原因を特定できるよう、BMSとAGV両側に通信ログ機能を実装。

記録推奨：タイムスタンプ、CAN ID、データ、エラーフラグ、送受信方向

フェイルセーフ設計

通信異常時の安全動作を定義。BMSが通信断を検知したら出力停止、AGVは安全な場所に移動。

例：3秒通信なし → BMS出力遮断、AGV緊急停止 → 手動復旧

プロトコルバージョン管理

BMSファームウェア更新時にプロトコル仕様も変わる可能性。バージョン情報を送信し互換性を確認。

実装例：CAN ID 0x120でバージョン情報送信、AGV側で互換性チェック

まとめ：CAN通信×BMS設計の成功の鍵

産業ロボットの安定稼働を実現するには、CAN通信とBMSの統合設計が不可欠です。単にデータを送受信するだけでなく、エラー処理・タイムアウト対策・フェイルセーフ設計まで考慮することで、現場トラブルを未然に防ぎ、長期安定稼働を実現できます。

重要ポイント

ID設計とバス占有率管理

優先度を考慮したID割り当て、30%以下の占有率維持

データ仕様の文書化

フォーマット・単位・エンディアンの明記

ハードウェアの信頼性

ツイストペア・シールド・終端抵抗

エラー処理とフェイルセーフ

タイムアウト検知、リトライ、安全停止

段階的テストとログ

単体→ペア→統合→長時間、ログで原因特定

バージョン管理と互換性

プロトコル仕様のバージョン管理、互換性確認

本記事で解説した設計手法・トラブル対策・ベストプラクティスを実践することで、産業ロボットの安定稼働と長寿命化を実現できます。

CAN通信×BMS設計でお困りの際は、ぜひ弊社の技術サポートをご活用ください。

CAN通信 × バッテリー × BMS

なぜ産業ロボットはCAN通信を使うのか