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Prácticas de estandarización de la comunicación CAN y Modbus en el BMS de sistemas de almacenamiento de energía

Energy storage BMS data exchange using CAN and Modbus

En los modernos sistemas de almacenamiento de energía (ESS), el Battery Management System (BMS) es el “cerebro inteligente” que asegura la seguridad, confiabilidad y desempeño de la batería.
La comunicación efectiva entre el BMS y otros componentes del sistema es crítica para la monitorización, control y optimización.

Los dos protocolos de comunicación más utilizados en BMS son CAN (Controller Area Network) y Modbus, cada uno con ventajas específicas. La estandarización de estos protocolos es esencial para garantizar un intercambio de datos fluido, interoperabilidad y escalabilidad en implementaciones ESS a gran escala.

Este artículo explora las mejores prácticas para estandarizar la comunicación CAN y Modbus en BMS, ofreciendo guía práctica para ingenieros y desarrolladores de proyectos.

Panorama de los protocolos de comunicación BMS

(1) Protocolo CAN

CAN es un protocolo de comunicación alta velocidad y alta fiabilidad diseñado para sistemas embebidos.
Características principales:

  • Transmisión de datos en tiempo real: velocidades típicas hasta 1 Mbps

  • Detección de errores robusta: integridad de datos garantizada mediante CRC

  • Soporte multi-nodo: múltiples dispositivos (módulos de batería, PCS, EMS) pueden comunicarse en el mismo bus

En ESS, CAN se utiliza a menudo para comunicación a nivel de módulo, monitoreando voltaje de celda, temperatura y estado de carga (SoC). Su fiabilidad y baja latencia lo hacen ideal para aplicaciones críticas de seguridad.

(2) Protocolo Modbus

Modbus es un protocolo de comunicación serial ampliamente adoptado para la comunicación a nivel de sistema en ESS.
Características principales:

  • Fácil integración: funciona sobre RS485, TCP/IP o Ethernet

  • Flexibilidad: soporta múltiples esclavos y estructuras de datos jerárquicas

  • Registros estandarizados: facilita acceso consistente a datos de monitorización y control

Modbus se utiliza típicamente para comunicación entre BMS y PCS, EMS o sistemas SCADA, permitiendo integración fluida con plataformas de supervisión y control.

Importancia de la estandarización en la comunicación BMS

La estandarización garantiza:

  1. Interoperabilidad: distintos módulos, PCS y EMS pueden comunicarse sin integración personalizada

  2. Escalabilidad: se pueden agregar nuevos módulos sin rediseñar la comunicación

  3. Consistencia de datos: definiciones uniformes de parámetros clave (voltaje, corriente, temperatura, SoC, SoH) reducen errores

  4. Seguridad y confiabilidad: comunicación consistente asegura detección oportuna de fallos y acciones de protección

Sin estandarización, los proyectos ESS pueden enfrentar problemas de integración, mayor tiempo de puesta en marcha y riesgos operativos.

Mejores prácticas de estandarización CAN

(1) Estructura de trama y mapeo de ID

  • Uso de IDs estándar de 11 bits o extendidos de 29 bits

  • Asignación de IDs únicos para cada módulo de batería, sensor e interfaz PCS

  • Formato de datos consistente para voltaje, temperatura y corriente

(2) Velocidad de datos y temporización

  • Definir velocidad de comunicación fija (ej.: 500 kbps para ESS de tamaño medio, 1 Mbps para sistemas de alto rendimiento)

  • Implementar intervalos de sondeo sincronizados para evitar congestión del bus

(3) Gestión de errores y redundancia

  • Activar CRC para cada trama

  • Rutas de comunicación redundantes para señales críticas de seguridad en sistemas ESS grandes

Mejores prácticas de estandarización Modbus

(1) Mapeo de registros y códigos de función

  • Definir un mapa de registros estandarizado para parámetros clave: voltaje, corriente, SoC, SoH, temperatura y alarmas

  • Usar códigos de función Modbus estándar (Read Holding Registers, Write Single/Multiple Registers) para control y monitoreo coherentes

(2) Jerarquía de comunicación

  • Organizar los dispositivos esclavos mediante direcciones lógicas para un diseño escalable

  • Implementar planes de sondeo maestro-esclavo para evitar colisiones

(3) Integración con PCS y EMS

  • Estandarizar tipos de datos y unidades entre todos los dispositivos

  • Estandarizar códigos de alarma y fallos para reporte claro de eventos a sistemas de supervisión

Arquitectura combinada CAN & Modbus en ESS

Una arquitectura típica combina ambos protocolos:

  1. CAN bus: para comunicación interna a nivel de módulo, recolectando datos en tiempo real

  2. Modbus: para comunicación a nivel de sistema, transmitiendo datos agregados del BMS a PCS, EMS y plataformas cloud

Este enfoque híbrido aprovecha la baja latencia y alta confiabilidad de CAN junto con la flexibilidad e integración de Modbus, creando un marco de comunicación robusto y escalable.

Mejores prácticas para implementación

  • Definir modelos de datos estandarizados para todos los parámetros de la batería

  • Documentar IDs CAN y mapas de registros Modbus de todos los módulos y dispositivos

  • Implementar herramientas de diagnóstico para monitorizar la salud del bus y detectar anomalías

  • Usar arquitectura en capas para separar datos críticos de seguridad de datos de supervisión

  • Cumplir con estándares internacionales, como ISO 11898 (CAN) y IEC 60870 / especificaciones Modbus

Aplicaciones reales

Los proyectos ESS de FFDPOWER aplican estas prácticas estandarizadas para:

  • Integrar múltiples módulos de batería y PCS de manera fluida

  • Garantizar detección confiable de fallos y reportes de alarma del sistema

  • Facilitar monitorización en la nube y optimización energética basada en IA

  • Reducir tiempos de puesta en marcha y riesgos operativos

Conclusión

La estandarización de la comunicación CAN y Modbus en BMS es clave para construir sistemas de almacenamiento de energía seguros, confiables y escalables.
Siguiendo buenas prácticas como estructura de trama, mapeo de registros, planes de sondeo y gestión de errores, los operadores ESS pueden lograr monitoreo consistente, integración más rápida y eficiencia operativa a largo plazo.

FFDPOWER integra estos estándares en sus soluciones BMS, asegurando que cada proyecto cumpla con los más altos requisitos de seguridad, confiabilidad e interoperabilidad.

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