储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范(T-CPSS 1005—2020).pdf
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1、ICS 号 27.180 中国标准文献分类号 F19 团体标准T/CPSS 10052020 储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范The communication technical specification of battery management system and power converter system for energy storage station 2020-08-25发布 2020-09-01实施 中国电源学会 发布 T/CPSS 10052020 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 总则.3 5 网络
2、拓扑结构.3 6 物理层.3 7 数据链路层.4 8 应用层.6 9 通信协议结构.7 T/CPSS 10052020 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国电源学会提出并归口。本标准起草单位:杭州高特电子设备股份有限公司、之江实验室、山东大学、西安理工大学、平高集团有限公司、国网冀北电力有限公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、蜂巢能源科技有限公司保定分公司、国网湖南省电力有限公司电力科学研究院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、许昌许继电科储能技术有限
3、公司、科华恒盛股份有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、国电南瑞科技股份有限公司。本标准主要起草人:高翔、郑益、朱运征、张承慧、段彬、张辉、田刚领、刘辉、史明明、王君生、李刚、陆承宇、王京、曾春保、尹雪芹、王智、白雪杰、王开让、韩华春、余斌、阮黎翔、张柳丽、巩宇、孙磊、黄弘扬。本标准为首次制定。T/CPSS 10052020 1 储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范 1 范围 本标准规定了储能电站储能电池管理系统与储能变流器之间的通信网络拓扑结构、物理层、数据链路层、应用层、协议结构等技术规范。本标准适用于储能电站储能电池管理系统与储能变流器之间的通信。2 规范性引用文件 下列文件对于
4、本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 341312017 电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范 GB/T 365582018 电力系统电化学储能系统通用技术条件 ANSI/TIA/EIA 485-A1998 Electrical characteristics of generators and receivers for use in balanced digital multipoint systems ISO 11898-1:2015 Road vehicles-C
5、ontroller area network(CAN)Part 1:Data link layer and physical signalling 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 帧 frame 组成一个完整消息的一系列数据位。3.2 CAN 数据帧 CAN data frame 组成传输数据的CAN协议所必需的有序位域,以帧起始(SOF)开始,帧结束(EOF)结尾。3.3 报文 messages 一个或多个具有相同参数组编号的“CAN数据帧”。3.4 标识符 identifier CAN仲裁域的标识部分。T/CPSS 10052020 2 3.5 扩展帧 extended
6、 frame ISO 11898中定义的使用29位标识符的CAN数据帧。3.6 参数组 paramenter group;PG 在一报文中传送参数的集合,参数组包括:命令、数据、请求、应答和否定应答等。3.7 参数组编号 parameter group number;PGN 用于唯一标识一个参数组的一个24位值。参数组标号包括:保留位、数据页位、PDU格式域(8位)、组扩展域(8位)。3.8 协议数据单元 protocol data unit;PDU 一种特定的CAN数据帧格式。3.9 传输协议 transport protocol 数据链路层的一部分,为传送数据在9字节或以上的PGN提供的一
7、种机制。3.10 电池模块 battery module 封装在同一个壳体内,由一个以上单体电池串并联组合与电池模块管理单元及相关电气部件组成的一个电池系统单元。3.11 电池簇 battery cluster 由电池模块采用串联、并联或串并联连接方式,且与储能变流器及附属设施连接后实现独立运行的电池组合体,还宜包括电池管理系统、监测和保护电路、电气和通讯接口等部件。3.12 电池管理系统 battery management system;BMS 监测电池的电压、电流、温度等参数信息,并对电池的状态进行管理和控制的装置。GB/T 365582018,定义3.2 3.13 储能变流器 powe
8、r conversion system;PCS 连接电池系统与电网(和/或负荷),实现功率双向变换的装置。GB/T 365582018,定义3.3 T/CPSS 10052020 3 3.14 电化学储能电站 electrochemical energy storage station 采用电化学电池作为储能元件,可进行电能存储、转换及释放的电站。GB/T 341312017,定义3.1 4 总则 4.1 本标准储能电站 BMS 与 PCS 之间的通信系统采用 CAN2.0B 通信协议(控制器局域网)和MODBUS(串行通信协议)通信协议。4.2 本标准规定报文字节遵循首先发送低有效字节原则。
9、4.3 本标准通信协议中“备用”的字节填充 0 x00,“备用位”填充 0。5 网络拓扑结构 5.1 储能电站 BMS 与 PCS 之间的通信网络一般包括两个节点,即 BMS 和 PCS。5.2 储能电站 BMS 和 PCS 之间的通信网络拓扑结构示意图见图 1。图1 储能电站 BMS 与 PCS 之间的通信网络拓扑结构图 6 物理层 6.1 BMS 和 PCS 通信物理层连接采用 CAN、RS-485 及干节点。6.2 CAN 通信物理层,应符合 ISO 11898 的规定;RS-485 通信物理层,应符合 ANSI/TIA/EIA-485-A的规定。6.3 BMS 和 PCS 宜采用独立的
10、 CAN 进行通信,应符合表 1 的要求。表1 CAN 接口要求 序号 名称 要求 1 驱动与接收端耐静电放电(ESD)15 kV(人体模式)2 隐性逻辑CANH电平 2.5 V 内部网络 充放电模块 充放电模块 充放电模块 充放电模块 储 能 变 流 器 PCS 内部网络 电池模块 电池模块 电池模块 电池模块 电 池 管 理 系 统 BMS CAN 网络 RS-485 网络 干节点 T/CPSS 10052020 4 表 1(续)序号 名称 要求 3 隐性逻辑CANL电平 2.5 V 4 显性逻辑CANH电平 3.5 V 5 显性逻辑CANL电平 1.5 V 6.4 CAN 通讯波特率可以
11、设置,宜设置为 250 kbit/s,不高于 500 kbit/s。6.5 BMS 和 PCS 应采用独立的 RS-485 进行通信,RS-485 为标准串行电气接口,应符合表 2 的要求。6.6 RS-485 通讯波特率可以设置,宜设置为 9 600 bit/s,不高于 19 200 bit/s。6.7 BMS 和 PCS 应至少采用 2 路干节点进行通讯,应符合表 3 的要求。表2 RS-485 接口要求 序号 名称 要求 1 驱动与接收端耐静电放电(ESD)15 kV(人体模式)2 共模输入电压-7 V+12 V 3 差模输入电压 0.2 V 4 驱动输出电压 1.5 V5 V(负载阻抗
12、54 时)5 通讯方式 半双工 6 驱动能力 不小于32个同类接口 7 有效传输距离 传输速率不大于100 kbps条件下,不小于1 200 m 8 总线 无源,由BMS或PCS提供隔离电源 表3 干结点接口要求 序号 名称 要求 1 驱动与接收端耐静电放电(ESD)15 kV(人体模式)2 断开 阻值大于10 M 3 闭合 阻值小于10 4 过电流能力 500 mA 5 干节点形式 无源 7 数据链路层 7.1 一般要求 数据链路层为物理连接之间提供可靠数据传输,BMS与PCS之间的CAN数据帧格式符合ISO 11898的规定,RS-485报文符合MODBUS数据帧格式规定。T/CPSS 1
13、0052020 5 7.2 CAN 数据链路层要求 7.2.1 帧格式 BMS与PCS通讯应使用CAN扩展帧的29位标识符,具体每个位分配的相应定义符合ISO 11898的规定。7.2.2 协议数据单元(PDU)每个CAN数据帧包含一个单一的协议数据单元(PDU),协议数据单元由七部分组成,分别是优先级、保留位、数据页、PDU、特定PDU、源地址和数据域,如表4所示。表4 协议数据单元(PDU)序号 名称 缩写 数据长度 说明 1 优先级 P 3 位 从最高 0 设置到最低 7。2 保留位 R 1 位 备今后开发使用,设为 0。3 数据页 DP 1 位 用来选择参数组描述的辅助页,设为 0。4
14、 PDU PF 8 位 用来确定 PDU 的格式,以及数据域对应的参数组编号。5 特定 PDU PS 8 位 PS 值取决于 PDU 格式,采用 PDU1 格式,PS 值为目标地址。6 源地址 SA 8 位 发送此报文的源地址。7 数据域 DATA 8 字节 若给定参数组数据长度8 字节,可使用数据域全部的 8 字节;若给定参数组数据长度为 91 785 字节时,数据传输需多个 CAN 数据帧,通过传输协议功能的连接管理能力来建立和关闭多包参数组的通信。7.2.3 协议数据单元(PDU)格式 PDU格式选用PDU1格式,应符合ISO 11898的要求。7.2.4 传输协议功能 传输协议应具备以
15、下功能:消息的拆装和重组、连接管理。7.2.5 地址的分配 PCS地址可配置,同一PCS对应的BMS所设置地址不得重复,BMS地址应采用依顺序编码,如表5所示,以1台PCS对应10个BMS为例,RS-485配置相同。表5 PCS 和 BMS 地址分配 名称 地址 名称 地址 PCS 0 x27 1#BMS 0 x01 6#BMS 0 x06 2#BMS 0 x02 7#BMS 0 x07 3#BMS 0 x03 8#BMS 0 x08 4#BMS 0 x04 9#BMS 0 x09 5#BMS 0 x05 10#BMS 0 x0A T/CPSS 10052020 6 7.2.6 消息类型 支持
16、两类消息类型,分别为请求和确认,具体定义应遵循ISO 11898中信息类型的规定。7.3 RS-485 数据链路层要求 7.3.1 信息类型 根据传输方向,分为两种类型:由PCS发出到BMS的命令信息,由BMS发出到PCS的应答信息。7.3.2 数据传输方式 数据传输方式为异步方式,起始位、数据位、奇偶校验位可设置,宜设置为起始位1位,数据位8位,奇偶校验位None,停止位1位。7.3.3 帧格式 每帧由从地址码、功能码、数据区、CRC校验码等4个域组成,各部分组成见表6,各部分再由若干字节组成。表6 RS-485 帧格式组成 名称 地址码 功能码 数据区 CRC 校验码 数据长度 8 位 8
17、 位 N8 位 16 位 7.3.3.1 地址码为第一个字节,由用户设定设备号的 BMS 将接收由主机发送来的信息。7.3.3.2 功能码为第二个字节,PCS 采用 04H 功能码对 BMS 数据进行召唤。7.3.3.3 数据区包括由从机 BMS 的返回信息或执行动作,如数据、参考地址等。7.3.3.4 采用 CRC 校验码判断信息是否正确传输,由发送设备计算 CRC,放置于发送信息帧的尾部(校验码高字节在前),接收设备再次计算所接收信息的 CRC 并对比发送设备所传输的 CRC。7.3.3.5 CRC 校验码按以下步骤计算:a)预置 16 位 CRC 寄存器为十六进制 FFFF;b)把第一个
18、 8 位数据与 16 位 CRC 寄存器的低位相异或,结果放于 CRC 寄存器;c)把寄存器的内容右移一位,用 0 填补最高位,检查最低位;d)如果最低位为 0,重复步骤 c,如果最低位为 1,CRC 寄存器与多项式 A001H(1010000000000001B)进行异或;e)重复步骤 c 和 d,右移 8 次;f)重复步骤 b 到步骤 e,对下一个 8 位数据处理;g)获得 CRC 码。8 应用层 8.1 CAN 协议应用层 8.1.1 CAN 协议应用层定义主要遵循 ISO 11898,采用参数和参数组定义的形式。8.1.2 应用层数据采用协议数据单元 PDU 的 PDU1 格式(PS
19、为目标地址)。8.1.3 采用 PGN 对参数组进行编号,各个节点根据 PGN 来识别数据包的内容。T/CPSS 10052020 7 8.1.4 使用“请求 PGN”来主动获取其他节点的参数组。8.1.5 采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据周期和顺序,帧与帧间隔不得小于 10 ms。8.1.6 定义新参数组时,应将相同功能的参数、相同或相近刷新频率的参数和属于同一个子系统内的参数放在同一个参数中。8.1.7 修改已定义的参数组时,不应对已定义的字节或位的定义进行修改。8.1.8 故障诊断的定义遵循 ISO 11898 中关于 CAN 总线应用层诊断的技术要求。8.2 RS-485 协议应
20、用层 8.2.1 采用主从结构的半双工通讯方式,其中主机 PCS 为发送方,各从机 BMS 为应答方。8.2.2 BMS 采用唯一地址进行编码,当 BMS 接收到的命令站址与自身站址不一致时,不响应。8.2.3 地址 0 xFF 为广播地址。8.2.4 通信链路的建议与解除均由主站发出的信息帧来控制。8.3 干节点应用层 BMS和PCS应至少采用2路干节点进行通讯,一路用于PCS停机输入,一路用于PCS跳机输入,宜采用常开接点,闭合为有效状态,断开为无效状态。8.4 通讯异常 BMS或PCS连续3秒没有收到对方命令,判断对方通讯异常。9 通信协议结构 9.1 CAN 通信协议结构 9.1.1
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