TCPSS1005储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范.docx

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TCPSS1005储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范

ICS号27.180

中国标准文献分类号F19

团体标准

T/CPSS1005—2020

储能电站储能电池管理系统与储能变流器通信技术规范

Thecommunicationtechnicalspecificationofbatterymanagementsystemandpowerconvertersystemforenergystoragestation

2020-08-25发布2020-09-01实施

中国电源学会发布

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

前言

本标准按照GB/T1.1—2009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。

本标准为首次制定。

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/T34131—2017电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范

GB/T36558—2018电力系统电化学储能系统通用技术条件

ANSI/TIA/EIA485-A—1998Electricalcharacteristicsofgeneratorsandreceiversforuseinbalanceddigitalmultipointsystems

ISO11898-1:

2015Roadvehicles-Controllerareanetwork（CAN）Part1:

Datalinklayerandphysicalsignalling

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CANdataframe

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。

3.5

扩展帧extendedframe

ISO11898中定义的使用29位标识符的CAN数据帧。

3.6

参数组paramentergroup；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parametergroupnumber；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protocoldataunit；PDU

一种特定的CAN数据帧格式。

3.9

传输协议transportprotocol

数据链路层的一部分，为传送数据在9字节或以上的PGN提供的一种机制。

3.10

电池模块batterymodule

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batterycluster

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batterymanagementsystem；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/T36558—2018，定义3.2]

3.13

储能变流器powerconversionsystem；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/T36558—2018，定义3.3]

3.14

电化学储能电站electrochemicalenergystoragestation

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/T34131—2017，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。

4.3本标准通信协议中“备用”的字节填充0x00，“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。

RS-485网络

电池管理系统BMS

储能变流器PCS

CAN网络

干节点

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

6.1BMS和PCS通信物理层连接采用CAN、RS-485及干节点。

6.2CAN通信物理层，应符合ISO11898的规定；RS-485通信物理层，应符合ANSI/TIA/EIA-485-A

的规定。

6.3BMS和PCS宜采用独立的CAN进行通信，应符合表1的要求。

表1CAN接口要求

序号

名称

要求

驱动与接收端耐静电放电（ESD）

±15kV（人体模式）

隐性逻辑CANH电平

2.5V

表1（续）

序号

名称

要求

隐性逻辑CANL电平

2.5V

显性逻辑CANH电平

3.5V

显性逻辑CANL电平

1.5V

6.4CAN通讯波特率可以设置，宜设置为250kbit/s，不高于500kbit/s。

6.5BMS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。

6.6RS-485通讯波特率可以设置，宜设置为9600bit/s，不高于19200bit/s。

6.7BMS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2RS-485接口要求

序号

名称

要求

驱动与接收端耐静电放电（ESD）

±15kV（人体模式）

共模输入电压

-7V～+12V

差模输入电压

＞0.2V

驱动输出电压

1.5V～5V（负载阻抗54Ω时）

通讯方式

半双工

驱动能力

不小于32个同类接口

有效传输距离

传输速率不大于100kbps条件下，不小于1200m

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

驱动与接收端耐静电放电（ESD）

±15kV（人体模式）

断开

阻值大于10MΩ

闭合

阻值小于10Ω

过电流能力

500mA

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ISO11898

的规定，RS-485报文符合MODBUS数据帧格式规定。

7.2CAN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ISO11898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

优先级

3位

从最高0设置到最低7。

保留位

1位

备今后开发使用，设为0。

数据页

1位

用来选择参数组描述的辅助页，设为0。

PDU

8位

用来确定PDU的格式，以及数据域对应的参数组编号。

特定PDU

8位

PS值取决于PDU格式，采用PDU1格式，PS值为目标地址。

源地址

8位

发送此报文的源地址。

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9～1785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ISO11898的要求。

7.2.4传输协议功能

传输协议应具备以下功能：

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5PCS和BMS地址分配

名称

地址

名称

地址

PCS

0x27

1#BMS

0x01

6#BMS

0x06

2#BMS

0x02

7#BMS

0x07

3#BMS

0x03

8#BMS

0x08

4#BMS

0x04

9#BMS

0x09

5#BMS

0x05

10#BMS

0x0A

7.2.6消息类型

支持两类消息类型，分别为请求和确认，具体定义应遵循ISO11898中信息类型的规定。

7.3RS-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6RS-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

N×8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。

7.3.3.5CRC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

8.1CAN协议应用层

8.1.1CAN协议应用层定义主要遵循ISO11898，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。

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10ms。

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ISO11898中关于CAN总线应用层诊断的技术要求。

8.2RS-485协议应用层

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。

8.2.2BMS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0xFF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

9.1CAN通信协议结构

9.1.1信息内容

数据信息采用无符号多字节数据，低字节在前，高字节在后，如表7所示。

表7CAN通信协议数据信息

数据类型

字节数

精度

范围

偏移量

异常/无效值

电池簇最大允许充电电流

两字节

0.1A

0~1000.0A

0xFFFF

电池簇最大允许放电电流

两字节

0.1A

0~1000.0A

0xFFFF

电池簇总电压

两字节

0.1V

0~2000.0V

0xFFFF

电池簇总电流

两字节

0.1A

-3200.0~3200.0A

-3200.0A

0xFFFF

电池簇最大允许充电功率

两字节

0.1kW

0~2000.0kW

0xFFFF

电池簇最大允许放电功率

两字节

0.1kW

0~2000.0kW

0xFFFF

温度

两字节

0.1℃

-40.0~100.0℃

-40.0℃

0xFFFF

SOC

两字节

0.1%

0~120.0%

0xFFFF

SOH

两字节

0.1%

0~120.0%

0xFFFF

9.1.2BMS报文解析

9.1.2.1BMS数据帧1

BMS数据帧1内容如表8所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为

6为例，通信周期宜为200ms。

表8BMS数据帧1

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

电池簇最大允许充电电流低字节

2Byte

电池簇最大允许充电电流高字节

3Byte

电池簇最大允许放电电流低字节

4Byte

电池簇最大允许放电电流高字节

5Byte

电池簇总电压低字节

6Byte

电池簇总电压高字节

7Byte

电池簇总电流低字节

8Byte

电池簇总电流高字节

9.1.2.2BMS数据帧2

BMS数据帧2内容如表9所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为

6为例，通信周期宜为200ms。

表9BMS数据帧2

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

电池簇最大允许充电功率低字节

2Byte

电池簇最大允许充电功率高字节

3Byte

电池簇最大允许放电功率低字节

4Byte

电池簇最大允许放电功率高字节

5Byte

簇SOC低字节

6Byte

簇SOC高字节

7Byte

簇SOH低字节

8Byte

簇SOH高字节

9.1.2.3BMS数据帧3

BMS数据帧3内容如表10所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为6为例，通信周期宜为200ms，电池状态位逻辑如表11所示，告警状态位逻辑如表12所示，通信异常位逻辑如表13所示。

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

电池状态位

2Byte

轻度告警Statusflag1

3Byte

轻度告警Statusflag2

4Byte

中度告警Statusflag1

5Byte

中度告警Statusflag2

6Byte

严重告警Statusflag1

7Byte

严重告警Statusflag2

8Byte

心跳信号

表11电池状态位逻辑

位

电池状态

Bit7

直流断路器状态

逻辑1：

直流断路器闭合；逻辑0：

直流断路器断开

Bit6

预充断路器状态

逻辑1：

预充断路器闭合；逻辑0：

预充断路器断开

Bit5

充满

逻辑1：

已充满；逻辑0：

未充满

Bit4

放空

逻辑1：

已放空；逻辑0：

未放空

Bit3

备用

Bit2

备用

Bit1

电池簇放电允许

逻辑1：

允许放电；逻辑0：

禁止放电

Bit0

电池簇充电允许

逻辑1：

允许充电；逻辑0：

禁止充电

表12告警状态位逻辑

位

Statusflag1a

Statusflag2a

Bit7

温度差异过大

逻辑1：

温度差异过大逻辑0：

正常

BMS内部异常位

逻辑1：

BMS内部异常逻辑0：

正常

Bit6

电压差异过大

逻辑1：

电压差异过大逻辑0：

正常

单体过温

逻辑1：

单体过温逻辑0：

正常

Bit5

簇SOC过高

逻辑1：

簇SOC过高逻辑0：

正常

单体欠温

逻辑1：

单体欠温逻辑0：

正常

Bit4

簇SOC过低

逻辑1：

单体SOC过低逻辑0：

正常

单体SOC过低

逻辑1：

单体SOC过低逻辑0：

正常

Bit3

放电过流

逻辑1：

放电过流逻辑0：

正常

单体SOC过高

逻辑1：

单体SOC过高逻辑0：

正常

Bit2

充电过流

逻辑1：

充电过流逻辑0：

正常

单体过压

逻辑1：

单体过压逻辑0：

正常

Bit1

簇电压过压

逻辑1：

簇电压过压逻辑0：

正常

单体欠压

逻辑1：

单体欠压逻辑0：

正常

位

Statusflag1a

Statusflag2a

Bit0

簇电压欠压

逻辑1：

簇电压欠压逻辑0：

正常

绝缘故障标志

逻辑1：

绝缘故障逻辑0：

正常

a对应不同程度的告警。

表13PCS与BMS通信异常位逻辑

位

通信异常

Bit7

心跳标识

心跳数0-15循环，每发送一次数据增加1

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

备用

Bit2

备用

Bit1

备用

Bit0

备用

9.1.2.4BMS数据帧4

BMS数据帧4内容如表14所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为6为例，通信周期宜为200ms。

表14BMS数据帧4

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

单体电压最低低字节

2Byte

单体电压最低高字节

3Byte

单体电压最低电池节号低字节

4Byte

单体电压最低电池节号高字节

5Byte

单体电压最高低字节

6Byte

单体电压最高高字节

7Byte

单体电压最高电池节号低字节

8Byte

单体电压最高电池节号高字节

9.1.2.5BMS数据帧5

BMS数据帧5内容如表15所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为6为例，通信周期宜为200ms。

表15BMS数据帧5

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

单体SOC最低低字节

2Byte

单体SOC最低高字节

3Byte

单体SOC最低电池节号低字节

4Byte

单体SOC最低电池节号高字节

5Byte

单体SOC最高低字节

6Byte

单体SOC最高高字节

7Byte

单体SOC最高电池节号低字节

8Byte

单体SOC最高电池节号高字节

9.1.2.6BMS数据帧6

BMS数据帧6内容如表16所示，以发送节点BMS地址为0x01，以接收节点PCS地址为0x27，优先级为6为例，通信周期宜为200ms。

表16BMS数据帧6

ID十六进制

数据

报文编号

目标地址

源地址

位置

数据名

1Byte

单体温度最低低字节

2Byte

单体温度最低高字节

3Byte

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