T∕CIAPS 0009-2021 儲(chǔ)能變流器與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議 第2部分：Modbus 通信協(xié)議

1、ICS 27.180 CCS F19團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CIAPS00092021儲(chǔ)能變流器與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議第 2 部分：Modbus 通信協(xié)議Communication protocols betweenPower conversion system and battery management system Part 2：Modbus communication protocols2021 年 1 月 12 日發(fā)布2021 年 2 月 1 日實(shí)施中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布T/CIAPS0009-2021目次前言II1 范圍12 規(guī)范性引用文件13 術(shù)語(yǔ)和定義14 通訊物理層35 數(shù)據(jù)鏈路

2、層36 應(yīng)用層47 充放電總體過(guò)程48 安全策略59 通訊方式510 信息地址5附錄 A（規(guī)范性附錄）Modbus RTU 指令8I庫(kù)七七 標(biāo)準(zhǔn)下載前言本標(biāo)準(zhǔn)按照 GB/ T 1.1 -2020 給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)牽頭單位：科華恒盛股份有限公司、國(guó)網(wǎng)浙江綜合能源服務(wù)有限公司本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)起草單位：平高集團(tuán)儲(chǔ)能科技有限公司、浙江華云信息科技有限公司、南網(wǎng)綜合能源股份有限公司、國(guó)網(wǎng)浙江電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)有限公司、浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司、 上海派能能源科技股份有限公司、上海電氣國(guó)軒新能源科技有限公司、廣州智光儲(chǔ)能科技有限公司、深圳市盛弘電氣股份有限公

3、司、施耐德電氣（中國(guó)）有限公司、銀隆新能源股份有限公司、蜂巢能源科技有限公司、理士國(guó)際技術(shù)有限公司、深圳庫(kù)博能源科技有限公司、浙江徳升新能源科技有限公司、西安新艾電氣技術(shù)有限公司、深圳邁格瑞能技術(shù)有限公司、成都特隆美儲(chǔ)能技術(shù)有限公司、錦浪科技股份有限公司、深圳市永聯(lián)科技股份有限公司、西安精石電氣科技有限公司、易事特集團(tuán)股份有限公司、江蘇固德威電源科技股份有限公司、雙一力（寧波）電池有限公司、北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司、南京南瑞繼保電氣有限公司、陽(yáng)光電源股份有限公司、深圳天邦達(dá)科技有限公司、深圳市欣旺達(dá)綜合能源服務(wù)有限公司、通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司、中認(rèn)英泰檢測(cè)技術(shù)有限公司、福建星云電子股份有限公

4、司、江西星盈科技有限公司、湖南工業(yè)大學(xué)、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)等。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：林金水、曾春保、賈成杰、吳心弘、阮鵬、朱偉林、嚴(yán)廣龍、王炯耿、董棟、李達(dá)、鄭海興、陳楓、呂建、欒捷、陳威、鄒慧興、孫華、吳勝兵、任遠(yuǎn)航、李迎春、劉克勤、王君生、陳剛、郭子健、祝凌云、倪同、黃慧金、杜毅、陳凡印、楊惠坤、 周剛、張濤、方剛、仇成豐、張光青、李旭、李華棟、胡龍文、張亮、宿斌、蔣應(yīng)龍、陳見(jiàn)超、卜相楠、朱永祥、黎朝暉、劉勇、周曉晴。II儲(chǔ)能變流器與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議第 2 部分：Modbus 通信協(xié)議1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了儲(chǔ)能變流器與電池管理系統(tǒng)之間基于 Modbus 通信協(xié)議的通信物理

5、層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、充放電過(guò)程、安全策略、通訊方式和信息地址的相關(guān)定義及要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于儲(chǔ)能變流器與電池管理系統(tǒng)之間基于RS485 的Modbus 通信協(xié)議進(jìn)行的通信。2 規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，以注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 19582.1-2008 基于 Modbus 協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第 1 部分：Modbus 應(yīng)用協(xié)議GB/T 19582.2-2008 基于 Modbus 協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第 2 部分：Modbus 協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南3

6、 術(shù)語(yǔ)和定義3.1儲(chǔ)能變流器power conversion system；PCS電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，連接于電池系統(tǒng)與電網(wǎng)（和/或負(fù)荷）之間的實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的變流器。3.2統(tǒng)。3.3電池管理系統(tǒng)battery management system；BMS監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)（溫度、電壓、電流、荷電狀態(tài)等），為電池提供通信接口和保護(hù)的系幀frame組成一個(gè)完整信息的一系列數(shù)據(jù)位。3.4禁充prohibit charging禁止給電池充電。3.5禁放prohibit discharging1禁止給電池放電。3.6BMS 心跳信號(hào)heartbeat signal of BMSBMS 正常運(yùn)行標(biāo)識(shí)值。3.7充

7、電限制電壓limited charging voltage電池組的額定最大充電電壓。3.8放電限制電壓limited discharging voltage電池組的額定最小放電電壓。3.9充電限制電流limited charging current電池組的最大充電電流。3.10放電限制電流limited discharging current電池組的最大放電電流。3.11荷電狀態(tài)state of charge；SOC當(dāng)前電池組中按照規(guī)定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。3.12電池健康度state of health；SOH電池組滿充容量相對(duì)額定容量的百分比。3.13電池功率狀態(tài)sta

8、te of power；SOP反映電池功率邊界，其數(shù)值上用短時(shí)峰值功率值來(lái)表示。3.14充電可用電量available power for charging電池組的可充入電量。3.15放電可用電量available power for discharging電池組的可放出電量。24 通訊物理層4.1 接口定義PCS 與 BMS 通過(guò) RS485 連接，采用 Modbus RTU 傳輸模式。RS485 通用的 2 線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。注：對(duì)于線路終端（LT）電阻、上拉和下拉電阻的相關(guān)信息，見(jiàn) GB/T 19582.2-2008 中的 7.4。圖 1 RS485 通用的 2 線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

9、4.2 通信配置波特率：9600/19200/38400(優(yōu)選 9600)起始位：1 位數(shù)據(jù)位：8 位校驗(yàn)位：無(wú)校驗(yàn)停止位：1 位5 數(shù)據(jù)鏈路層Modbus 協(xié)議規(guī)定了一個(gè)基礎(chǔ)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit,PDU），該數(shù)據(jù)單元與基礎(chǔ)的通信層無(wú)關(guān)。針對(duì)不同的總線結(jié)構(gòu)，Modbus 協(xié)議在 PDU 的基礎(chǔ)上添加特定的附加域構(gòu)成應(yīng)用數(shù)據(jù)單元 ADU（即Application Data Unit）。通過(guò)使用 ADU 單元，系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠正確地進(jìn)行傳輸。通用的 Modbus 幀結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。圖 2 通用的 Modbus 幀結(jié)構(gòu)RTU 模式：當(dāng)系統(tǒng)選擇 Modbus RTU 模

10、式進(jìn)行通信時(shí)，兩個(gè) 4 位的十六進(jìn)制字符組成一個(gè) 8 位的字節(jié)。每個(gè)字節(jié)包括 1 個(gè)起始位，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)位，1 個(gè)停止位。其中默3T/CIAPS0009-2021認(rèn)校驗(yàn)?zāi)Ｊ綖闊o(wú)校驗(yàn)。RTU 模式下的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表 1 所示。表 1 Modbus RTU 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)子字節(jié)地址功能碼數(shù)據(jù)CRC1 字節(jié)1 字節(jié)0 到 252 字節(jié)CRC 低字節(jié)CRC 高字節(jié)注：對(duì)于 Modbus RTU 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，見(jiàn) GB/T 19582.2-2008 中的 6.5.1。6 應(yīng)用層采用一問(wèn)一答的方式來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。7 充放電總體過(guò)程充放電總體控制過(guò)程如下:a) PCS 與 BMS 物理連接完成并完成

11、低壓輔助上電；b) PCS 和 BMS 通訊成功、無(wú)故障的條件下，設(shè)定限制指令，充放電功率，接收?qǐng)?bào)文時(shí)間等充放電參數(shù)；c) 按照設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，如 PCS 未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到正確報(bào)文，即判定為超時(shí)，PCS 啟動(dòng)保護(hù)功能，并顯示“BMS 通訊故障”。否則系統(tǒng)進(jìn)行正常充放電。充放電總體過(guò)程如圖 3 所示。圖 3 充放電總體過(guò)程示意圖98 安全策略PCS 和 BMS 的安全防護(hù)應(yīng)設(shè)計(jì)為三級(jí)保護(hù)，保護(hù)等級(jí)具體要求為：第一級(jí)，通過(guò) BMS 上傳至 PCS 的限制指令（充放電電壓電流、禁充/禁放）來(lái)控制 PCS動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；第二級(jí)，BMS 通過(guò)故障位或干接點(diǎn)來(lái)指令 PCS 進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作：通信正常情

12、況下，電池故障發(fā)生時(shí)，BMS 通過(guò)故障位指令 PCS 進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作；通信失效時(shí)，BMS 通過(guò)干接點(diǎn)指令 PCS 進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。其中干接點(diǎn)信號(hào)默認(rèn)常閉，當(dāng)電池組有故障，BMS 通過(guò)斷開(kāi)干接點(diǎn)信號(hào)通知 PCS 動(dòng)作；當(dāng)故障消失時(shí)，BMS 應(yīng)能恢復(fù)干接點(diǎn)信號(hào)。第三級(jí)，當(dāng)前兩級(jí)防護(hù)都失效時(shí)，BMS 可通過(guò)指令控制關(guān)斷電池主電路。9 通訊方式本協(xié)議適用于主從工作方式的通信，主機(jī)（PCS）循環(huán)向從機(jī)（BMS）要求數(shù)據(jù)，從機(jī) 接收請(qǐng)求指令，并應(yīng)答相應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)從機(jī)收到主機(jī)的指令時(shí)，從機(jī)根據(jù)主機(jī)的功能代碼的命令要求執(zhí)行相關(guān)操作。功能碼 是在 Modbus RTU 協(xié)議中已經(jīng)定義了常用指令代碼的功能，如表 2 所

13、示。表 2 功能碼定義功能碼含義備注0x04讀輸入寄存器按字讀取0x06寫(xiě)單個(gè)保持寄存器按字寫(xiě)注：Modbus RTU 傳輸模式的指令見(jiàn)附錄 A。10 信息地址10.1 讀寄存器數(shù)據(jù)讀取的寄存器地址及其相關(guān)數(shù)據(jù)定義見(jiàn)表 3。表 3 讀寄存器地址及其數(shù)據(jù)偏移地址數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度比例系數(shù)偏移量單位備注0x0100電池組總電壓2 byte0.1V0x0101電池組總電流2 byte0.1A有符號(hào)數(shù)，負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示。(+：放電；-：充電)0x0102SOC2 byte0.1%0x0103SOH2 byte0.1%0x0104充電限制電流2 byte0.1A最大充電電流0x0105放電限制電流2 byt

14、e0.1A最大放電電流0x0106充電限制電壓2 byte0.1V最大充電電壓0x0107放電限制電壓2 byte0.1V最小放電電壓表 3 讀寄存器地址及其數(shù)據(jù)（續(xù)）偏移地址數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度比例系數(shù)偏移量單位備注0x0108充電可用電量2 byte0.1kWh0x0109放電可用電量2 byte0.1kWh0x010ABMS 狀態(tài)字2 byte具體內(nèi)容見(jiàn)表40x010BSOP2 byte0.1kW0x010C單體最高電壓2 byte0.001V0x010D單體最低電壓2 byte0.001V0x010E單體最高溫度2 byte0.1有符號(hào)數(shù)（補(bǔ)碼）0x010F單體最低溫度2 byte0.1有

15、符號(hào)數(shù)（補(bǔ)碼）0x01100x135預(yù)留注：PCS 讀取 BMS 信息的周期為 0.2s。表 4 BMS 狀態(tài)字位定義位信息數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)定義說(shuō)明bit0bit34 bit預(yù)留bit4bit63 bitBMS 系統(tǒng)狀態(tài)00:初始狀態(tài)，01：正常狀態(tài)，02：禁充，03：禁放，04：告警，05：待機(jī)，06：故障，07：保留Bit7bit115bit無(wú)定義保留字Bit12bit154 bitBMS 心跳信號(hào)015：心跳信號(hào)值10.2 寫(xiě)單個(gè)保持寄存器寫(xiě)單個(gè)保持寄存器地址及其相關(guān)數(shù)據(jù)定義見(jiàn)表 5表 5 寫(xiě)單個(gè)保持寄存器及其數(shù)據(jù)偏移地址數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度比例系數(shù)偏移量單位備注0x0200請(qǐng)求充/放電控制2

16、byte無(wú)請(qǐng)求：0x0000 請(qǐng)求充電：0x5555請(qǐng)求放電：0xAAAA0x0201預(yù)留/0x0202預(yù)留/0x0203預(yù)留/10.3 信息幀示例設(shè)從機(jī)地址為 0x01，要查詢(xún) BMS 狀態(tài)字。主機(jī)下發(fā)的信息幀：01 04 01 00 00 02 70 37/01:地址，04:功能碼，01 00：從 0x0100 開(kāi)始查詢(xún)數(shù)據(jù)，00 02： 共查詢(xún)共 2 個(gè)寄存器，70 37 為 CRC 校驗(yàn)碼。從機(jī)返回的信息幀：01 04 04 1F 40 00 64 FC 6F/01:地址，04:功能碼，04: 返回 4 字節(jié), 1F 40:電池電壓800.0V，00 64:電池組電流 10.0A，F(xiàn)C

17、 6F 為 CRC 校驗(yàn)碼。附錄A（規(guī)范性附錄） Modbus RTU 指令A(yù).1 讀輸入寄存器（功能碼：0x04）主機(jī)指令(16 進(jìn)制)，如表 A.1 所示：表 A.1地址功能起始地址寄存器數(shù)量CRC 校驗(yàn)xx04高字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)xxxxXxxxxxxx從機(jī)回復(fù)(16 進(jìn)制)，如表 A.2 所示：表 A.2地址功能字節(jié)數(shù)寄存器 1寄存器 NCRC 校驗(yàn)xx04xx高字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)xxxxxxxxxxxx注：讀一個(gè)或多個(gè)寄存器通過(guò)寄存器數(shù)量來(lái)區(qū)分，寄存器數(shù)量為 1 則為一個(gè)寄存器，大于 1 則為多個(gè)寄存器。寄存器 1 對(duì)應(yīng)起始地址。A.2 寫(xiě)單個(gè)保持寄存器（功能碼：0x06）主機(jī)指令(16 進(jìn)制)，如表 A.3 所示：表 A.3地址功能寄存器地址寄存器設(shè)定值CRC 校驗(yàn)xx06高字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)xxxxxxxxxxXx從機(jī)回復(fù)(16 進(jìn)制) ，如表 A.4 所示：表 A