Interfejsy komunikacyjne i protokoły BMS

W systemach zarządzania bateriami (BMS) interfejsy i protokoły komunikacyjne odgrywają kluczową rolę, zapewniając wymianę danych i udostępnianie informacji między BMS a innymi urządzeniami,umożliwiając w ten sposób skuteczne zarządzanie i monitorowanie akumulatorówPoniżej przedstawiono szczegółowo wspólne interfejsy komunikacyjne i protokoły BMS.

Przewodowy interfejs i protokół komunikacji

Autobus CAN

• Definicja:CAN to skrót od Controller Area Network, protokołu busów polowych szeroko stosowanego w branży motoryzacyjnej i przemysłowej.
• Charakterystyka:Posiada zdolność komunikacji wysokiej prędkości, najwyższa prędkość transmisji danych może osiągnąć 1 Mbps; w celu zapewnienia dokładności danych przyjęto niską częstotliwość błędu bitowego, kontrolę CRC i inne mechanizmy wykrywania błędów;obsługuje strukturę sieci typu autobusu, silna skalowalność, a pojedynczy autobus może łączyć do 110 węzłów.
• Zastosowanie:Powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych do łączenia BMS i innych układów pokładowych, takich jak ładowarki, falowniki itp., w celu realizacji zarządzania akumulatorami zasilania pojazdów;jest również szeroko stosowany w zakresie kontroli i monitorowania sprzętu automatyki przemysłowej.

RS-485

• Definicja:RS-485 jest powszechnie stosowanym standardem interfejsu komunikacji seryjnej, wykorzystującym metodę transmisji sygnału różniczkowego.
• Charakterystyka:Teoretycznie może on osiągnąć ultra-długą odległość transmisji 1200 metrów; do 32 węzłów może być podłączone w autobusie, z możliwościami połączenia wielopunktowego; silna zdolność anty-zakłócenia,które mogą skutecznie tłumić zakłócenia w trybie wspólnym.
• Zastosowanie:Nadaje się do monitorowania i zarządzania dużymi systemami magazynowania energii w bateriach, a także do sterowania i monitorowania sprzętu automatyki przemysłowej.

RS-232

• Definicja:Jest to powszechnie stosowany standard komunikacji seryjnej, który realizuje bezpośrednią komunikację między jednym urządzeniem a innym urządzeniem.
• Charakterystyka:Prosta struktura i łatwość wdrożenia, ale obsługuje tylko komunikację punkt-do-punktu, a szybkość transmisji i odległość są ograniczone.
• Zastosowanie:Chociaż nie jest często stosowany jako główny interfejs w systemie BMS, może być stosowany w niektórych szczególnych przypadkach do komunikacji między jednym urządzeniem a innym urządzeniem,takie jak testowanie konfiguracji i rozwiązywanie problemów z BMS, komunikacji zewnętrznej z górnym oprogramowaniem do kalibracji komputera itp.

Autobus LIN

• Definicja:Lin (Local Interconnect Network) to niskokosztowy protokół serii busów, który jest powszechnie stosowany w elektronice motoryzacyjnej.
• Charakterystyka:Ma strukturę master-slave, węzeł master wysyła polecenia, a węzeł slave odpowiada; prędkość komunikacji jest niska, na ogół około 19,2 kbps.
• Zastosowanie:W niektórych systemach zarządzania baterią, które nie wymagają wysokich prędkości komunikacji, może być używany do podłączenia modułów niewolniczych i głównych BMS.

Autobus SPI

• Definicja:Autobus SPI (Serial Peripheral Interface) jest szybkim synchronicznym seryjnym interfejsem, powszechnie używanym do komunikacji między mikrokontrolerami a urządzeniami peryferyjnymi.
• Charakterystyka:Ma strukturę master-slave, a węzeł master kontroluje transmisję danych; prędkość komunikacji jest wysoka, do kilku Mbps lub nawet wyższa;przyjmuje się metodę komunikacji synchronicznej w celu zapewnienia wysokiej niezawodności transmisji danych;.
• Zastosowanie:W wewnętrznej komunikacji BMS może być używany do podłączenia głównego modułu sterowania do niektórych szybkich układów zbierania danych lub czujników itp.

Autobus I2C

• Definicja:Autobus I2C (Inter-Integrated Circuit) to dwuprzewodowy autobus seryjny używany do łączenia mikrokontrolerów i urządzeń peryferyjnych.
• Charakterystyka:Ma charakterystykę prostoty i niskiego kosztu; przyjmuje wielo-główną strukturę, a wiele urządzeń może być używanych jednocześnie jako główne urządzenia; szybkość komunikacji jest stosunkowo niska,zazwyczaj między 100 kbps a 400 kbps.
• Zastosowanie:Powszechnie stosowane do niektórych prostych komunikacji w systemie BMS, takich jak podłączenie modułu głównego do modułu niewolniczego, czujnika temperatury itp.

Interfejs i protokół komunikacji bezprzewodowej

Bluetooth

• Definicja:jest technologią komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu, działającą w zakresie częstotliwości 2,4 GHz.
• Charakterystyka:Ma charakterystykę niskiego zużycia energii, niskiego kosztu i łatwego w obsłudze; może realizować szybkie połączenie i transmisję danych między urządzeniami;obsługuje jednoczesne podłączenie wielu urządzeń.
• Zastosowanie:Może być wykorzystywany do komunikacji między BMS a urządzeniami mobilnymi, umożliwiając użytkownikom monitorowanie i zarządzanie stanem baterii w czasie rzeczywistym za pośrednictwem urządzeń takich jak telefony komórkowe lub tablety;może być również wykorzystywany do komunikacji bezprzewodowej między BMS pokładowym pojazdów elektrycznych a urządzeniami monitorującymi poza pojazdem, itp.

ZigBee

• Definicja:Jest to technologia komunikacji bezprzewodowej o niskiej mocy i krótkim zasięgu oparta na standardzie IEEE 802.15.4 standard.
• Charakterystyka:Posiada charakterystykę niskiego zużycia energii, niskiego kosztu, dużej pojemności, wysokiej niezawodności i trasy wielokrotnego przeskoku; może tworzyć dużą sieć czujników bezprzewodowych.
• Zastosowanie:Odpowiedni do systemów zarządzania bateriami o niskim zużyciu energii i krótkich odległościach transmisji, takich jak zarządzanie wyposażeniem akumulatorowym w inteligentnych domach,monitorowanie systemów magazynowania energii w małych bateriach, itp.

Wi-Fi

• Definicja:jest technologią komunikacji sieciowej bezprzewodowej opartą na standardzie IEEE 802.11.
• Charakterystyka:Posiada możliwości szybkiego przesyłania danych, które umożliwiają komunikację bezprzewodową na duże odległości; jest łatwy do wdrożenia i rozszerzenia i może łatwo uzyskać dostęp do Internetu.
• Zastosowanie:Może być używany do przesyłania danych między BMS a centrum zdalnego monitorowania w celu realizacji zdalnego monitorowania i zarządzania zestawem baterii;może być również stosowany do komunikacji między stacją ładowania pojazdów elektrycznych a BMS, który ułatwia zarządzanie opłatami i planowanie.

Inne nowe protokoły komunikacyjne

Technologia łączności 5G

• Definicja:5G to piąta generacja technologii łączności mobilnej, charakteryzująca się wysoką prędkością, niskim opóźnieniem i dużą pojemnością.
• Charakterystyka:Bardzo wysoka prędkość transmisji danych (teoretycznie do 10 Gbps lub nawet wyższa) i bardzo niska latencja (do 1 ms),umożliwiające jednoczesne podłączenie i transmisję danych w czasie rzeczywistym urządzeń o dużej masie.
• Zastosowanie:Zapewnia potężniejsze wsparcie komunikacyjne w zakresie zdalnego monitorowania, analizy danych i inteligentnego zarządzania systemem BMS.Można go stosować do sterowania klastrami i zarządzania systemami rozproszonego magazynowania energii na dużą skalę w celu osiągnięcia efektywnego alokacji i optymalizacji wykorzystania energii; można go również zastosować do technologii V2G (Vehicle-to-Grid) pojazdów elektrycznych, umożliwiającej efektywną i w czasie rzeczywistym komunikację i interakcję energetyczną między pojazdem a siecią energetyczną.

Protokół komunikacji komputerowej

• Definicja:Edge computing to model obliczeniowy, który przenosi moc obliczeniową i przechowywanie danych na krawędź sieci.Powiązane protokoły komunikacji są zaprojektowane w celu osiągnięcia efektywnej komunikacji i interakcji danych między urządzeniami krawędzi.
• Charakterystyka:Może zmniejszyć opóźnienie w transmisji danych, poprawić czas rzeczywisty i wydajność przetwarzania danych; wspiera konwergencję i interoperacyjność wielu heterogenicznych sieci.
• Zastosowanie:W systemie BMS można realizować komunikację o niskim opóźnieniu i współpracę w zakresie sterowania między urządzeniami krańcowymi, takimi jak urządzenia magazynowania energii, inwertery, BMS itp.poprawa ogólnej wydajności i niezawodności systemu magazynowania energii.

CAN FD

• Definicja:CAN FD (Flexible Data-rate) jest rozszerzonym protokołem opartym na tradycyjnych autobusach CAN.Może obsługiwać wyższe prędkości transmisji danych i większe długości klatek danych przy jednoczesnym zachowaniu kompatybilności z autobusami CAN.
• Charakterystyka:Na warstwie łącza danych wprowadzono elastyczną prędkość transmisji danych do 8 Mbps; długość ram danych jest zmienna i może obsługiwać maksymalną ładunek 64 bajtów.
• Zastosowanie:Odpowiedni do zastosowań BMS w pojazdach elektrycznych, pojazdach autonomicznych i w innych dziedzinach o wyższych częstotliwościach transmisji danych i wymaganiach w czasie rzeczywistym,może lepiej spełniać potrzeby szybkiego pozyskiwania danych i sterowania systemami akumulatorów w złożonych warunkach eksploatacji.

CCS (Compact Communication Service) - usługa komunikacji kompaktowej

• Definicja:CCS jest wydajnym protokołem usług komunikacyjnych zaprojektowanym dla systemów wbudowanych.
• Charakterystyka:Posiada cechy prostoty, wydajności i niezawodności; przyjmuje koncepcję projektowania zorientowanego na obiekty, która jest łatwa do rozbudowy i utrzymania.
• Zastosowanie:W niektórych systemach sterowania prądem pojazdów elektrycznych klasy najwyższej CCS jest wykorzystywany do szybkiej i niezawodnej komunikacji pomiędzy systemem sterowania prądem pojazdem a jednostką sterującą pojazdem, co poprawia wydajność energetyczną i bezpieczeństwo pojazdu.

Protokół dostosowany

• Definicja:Dedykowany protokół komunikacji opracowany w oparciu o określone systemy akumulatorów i scenariusze zastosowań.
• Charakterystyka:Może spełniać określone potrzeby i funkcje, ma wysoką elastyczność i adaptacyjność; może być stale zoptymalizowany i ulepszany zgodnie z rzeczywistymi zastosowaniami.
• Zastosowanie:Odpowiedni do niektórych zastosowań baterii, które mają specjalne wymagania dotyczące protokołów komunikacyjnych, takich jak lotnictwo, wojsko i inne dziedziny,a także niektóre systemy akumulatorów z innowacyjnymi lub specjalnymi funkcjami.

Trend rozwoju interfejsów i protokołów komunikacji BMS

• Większa szybkość transmisji danych i przepustowość:Wraz z ciągłym rozszerzaniem skali systemu baterii i poprawą dokładności zbierania danych,wprowadzone są wyższe wymagania dotyczące prędkości przesyłu danych i przepustowości interfejsów i protokołów komunikacyjnychPrzyszła technologia komunikacyjna BMS będzie się rozwijać w kierunku wspierania wyższych współczynników transmisji danych i większej przepustowości, aby sprostać potrzebom monitorowania i kontroli systemów baterii w czasie rzeczywistym.
• Większa zdolność i niezawodność przeciw ingerencji:Systemy akumulatorów zazwyczaj działają w złożonych środowiskach elektromagnetycznych, a interfejsy i protokoły komunikacyjne muszą mieć większą zdolność i niezawodność przeciwdziałania zakłóceniom.Przyjmując zaawansowaną technologię modulacji sygnału, algorytmy kodowania korekty błędów i redundantna konstrukcja, poprawiono wydajność i niezawodność systemu łączności w zakresie przeciwdziałania zakłóceniom,i zapewnione jest stabilne działanie systemu baterii w trudnych warunkach.
• Obniżenie zużycia energii i kosztów:W niektórych przenośnych urządzeniach elektronicznych i systemach magazynowania energii z małych akumulatorów wymogi dotyczące zużycia energii i kosztów interfejsów i protokołów komunikacji są wysokie.,w celu zapewnienia, by systemy komunikacji były w pełni zgodne z wymogami określonymi w art. 21 ust. 1 rozporządzenia finansowego,w celu zmniejszenia zużycia energii komunikacyjnej i kosztów BMS.
• Poprawa kompatybilności i interoperacyjności:Wraz ze wzrostem integracji i sieciowania systemów akumulatorów coraz większe znaczenie nabierają kompatybilność i interoperacyjność komunikacji między urządzeniami BMS różnych producentów. Formulating unified communication standards and protocol specifications to promote the interconnection between equipment of different manufacturers will help promote the development and application of battery technology.
• Głęboka integracja z nowymi technologiami:Interfejsy i protokoły komunikacyjne BMS będą głęboko zintegrowane z innymi nowo powstającymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja, edge computing, big data itp.w celu osiągnięcia inteligentniejszego i bardziej wydajnego zarządzania bateriąNa przykład poprzez wprowadzenie algorytmów sztucznej inteligencji do protokołów komunikacyjnych można zrealizować inteligentną analizę i przetwarzanie danych komunikacyjnych.i zdolności diagnostyki i przewidywania usterek systemów akumulatorów mogą zostać ulepszoneTechnologia edge computing może być wykorzystana do przesyłania niektórych funkcji przetwarzania danych i sterowania na krawędź sieci, zmniejszając opóźnienia komunikacyjne,i poprawa czasu rzeczywistego i szybkości reakcji systemu.

Podsumowanie

Interfejsy komunikacyjne i protokoły BMS są niezbędną częścią systemu zarządzania bateriami i odgrywają ważną rolę w zapewnieniu niezawodnego działania systemu baterii.poprawa efektywności wykorzystania energii, a także promowanie rozwoju nowego przemysłu energetycznego.zastosowanie różnych interfejsów komunikacyjnych i protokołów w systemie BMS pokazuje jego różnorodność i elastyczność w dostosowywaniu się do różnych scenariuszy zastosowań i potrzeb rozwoju technologicznegoW przyszłości, wraz z ciągłymi innowacjami i postępami technologicznymi, interfejsy i protokoły komunikacyjne BMS będą się rozwijać w kierunku wyższej wydajności.Mądry i bardziej niezawodny sposób, zapewniając silne wsparcie dla zrównoważonego rozwoju nowego przemysłu energetycznego i przyczyniając się do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju światowej energetyki.