Neuigkeiten
Standardisierung von CAN- und Modbus-Kommunikation im BMS von Energiespeichersystemen
Im modernen Energiespeichersystem (ESS) ist das Batteriemanagementsystem (BMS) das „intelligente Gehirn“, das Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung der Batterie gewährleistet. Eine effektive Kommunikation zwischen BMS und anderen Systemkomponenten ist entscheidend für Überwachung, Steuerung und Optimierung.
Die beiden weit verbreiteten Kommunikationsprotokolle im BMS sind CAN (Controller Area Network) und Modbus, die jeweils eigene Vorteile bieten. Die Standardisierung dieser Protokolle ist essenziell, um einen nahtlosen Datenaustausch, Interoperabilität und Skalierbarkeit in großflächigen ESS-Projekten zu gewährleisten.
Dieser Artikel erläutert Best Practices für die Standardisierung von CAN- und Modbus-Kommunikation im BMS und gibt Ingenieuren und Projektentwicklern praxisnahe Hinweise.
Überblick über BMS-Kommunikationsprotokolle
(1) CAN-Protokoll
CAN ist ein hochzuverlässiges Kommunikationsprotokoll für eingebettete Systeme. Wichtige Merkmale:
Echtzeit-Datenübertragung: Typische Geschwindigkeit bis 1 Mbps
Fehlererkennung: CRC gewährleistet Datenintegrität
Multi-Node-Unterstützung: Mehrere Geräte (Batteriemodule, PCS, EMS) können im gleichen Bus kommunizieren
Im ESS wird CAN häufig für Modul-Level-Kommunikation verwendet, z. B. zur Überwachung von Zellenspannung, Temperatur und Ladezustand (SoC). Die hohe Zuverlässigkeit und niedrige Latenz machen CAN ideal für sicherheitskritische Anwendungen.
(2) Modbus-Protokoll
Modbus ist ein weit verbreitetes serielles Kommunikationsprotokoll, das typischerweise für System-Level-Kommunikation im ESS eingesetzt wird. Wichtige Merkmale:
Einfache Integration: Funktioniert über RS485, TCP/IP oder Ethernet
Flexibilität: Unterstützt mehrere Slaves und hierarchische Datenstrukturen
Standardisierte Register: Ermöglicht konsistenten Zugriff auf Überwachungs- und Steuerungsdaten
Modbus wird meist für die Kommunikation zwischen BMS und PCS, EMS oder SCADA-Systemen verwendet, wodurch eine nahtlose Integration in übergeordnete Steuerplattformen ermöglicht wird.
Bedeutung der Standardisierung der BMS-Kommunikation
Standardisierung stellt sicher:
Interoperabilität: Unterschiedliche Module, PCS und EMS können ohne individuelle Anpassung kommunizieren
Skalierbarkeit: Zusätzliche Module können problemlos integriert werden
Datenkonsistenz: Einheitliche Definition von Parametern (Spannung, Strom, Temperatur, SoC, SoH) reduziert Fehler
Sicherheit und Zuverlässigkeit: Konsistente Kommunikation gewährleistet rechtzeitige Fehlererkennung und Schutzmaßnahmen
Ohne Standardisierung können ESS-Projekte Integrationsprobleme, längere Inbetriebnahmezeiten und höhere Betriebsrisiken erfahren.
CAN-Standardisierungspraktiken
(1) Frame-Struktur und ID-Zuordnung
Verwendung von standardisierten 11-Bit- oder erweiterten 29-Bit-IDs
Eindeutige IDs für jedes Batteriemodul, jeden Sensor und PCS-Schnittstellen zuweisen
Konsistente Daten-Frame-Struktur für Spannung, Temperatur und Strommessungen
(2) Datenrate und Timing
Festlegung einer einheitlichen Kommunikationsrate (z. B. 500 kbps für mittlere ESS, 1 Mbps für Hochleistungs-ESS)
Synchronisierte Abfrageintervalle zur Vermeidung von Busüberlastung
(3) Fehlerbehandlung und Redundanz
Aktivierung von CRC für jedes Frame
Redundante Kommunikationswege für kritische Sicherheitssignale in großen ESS-Systemen
Modbus-Standardisierungspraktiken
(1) Register-Mapping und Funktionscodes
Definition einer standardisierten Register-Map für Schlüsselparameter: Spannung, Strom, SoC, SoH, Temperatur, Alarme
Verwendung standardisierter Modbus-Funktionscodes (Read Holding Registers, Write Single/Multiple Registers) für konsistente Steuerung und Überwachung
(2) Kommunikationshierarchie
Logische Adressierung der Slaves für skalierbare Systemarchitektur
Implementierung von Master-Slave-Abfrageplänen, um Kollisionen zu vermeiden
(3) Integration mit PCS und EMS
Konsistente Datentypen und Einheiten über alle Geräte hinweg
Standardisierte Alarm- und Fehlercodes für klare Ereignismeldung an übergeordnete Systeme
Kombinierte CAN- & Modbus-Architektur im ESS
Ein typisches ESS-Kommunikationskonzept kombiniert beide Protokolle:
CAN-Bus: für interne Modul-Kommunikation und Echtzeit-Datenübertragung
Modbus: für System-Level-Kommunikation zwischen BMS, PCS, EMS und Cloud-Plattformen
Diese hybride Architektur vereint die niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit von CAN mit der Flexibilität und Integrationsfähigkeit von Modbus und schafft ein robustes, skalierbares Kommunikationssystem.
Best Practices für die Umsetzung
Definition standardisierter Datenmodelle für alle Batteriemesswerte
Dokumentation von CAN-IDs und Modbus-Register-Maps aller Module und Geräte
Implementierung von Diagnosetools zur Überwachung des Buszustands und Erkennung von Anomalien
Schichtung der Kommunikationsarchitektur, um sicherheitskritische und überwachende Daten zu trennen
Einhalten internationaler Standards, z. B. ISO 11898 (CAN) und IEC 60870 / Modbus-Spezifikationen
Praxisanwendungen
FFD POWER ESS-Projekte nutzen diese Standardisierungspraktiken, um:
Mehrere Batteriemodule und PCS nahtlos zu integrieren
Zuverlässige Fehlererkennung und Alarmsysteme zu gewährleisten
Effizientes Cloud-Monitoring und KI-basierte Energieoptimierung zu ermöglichen
Inbetriebnahmezeiten zu verkürzen und Betriebsrisiken zu minimieren
Fazit
Die Standardisierung von CAN- und Modbus-Kommunikation im BMS ist entscheidend für sichere, zuverlässige und skalierbare Energiespeichersysteme. Mit Best Practices wie Frame-Strukturen, Register-Mapping, Abfrageplänen und Fehlerbehandlung können Betreiber konsistente Überwachung, schnellere Integration und langfristige Effizienz sicherstellen.
FFDPOWER integriert diese Standards in seine BMS-Lösungen, sodass jedes Projekt die höchsten Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Interoperabilität erfüllt.