基于状态机的大型储能系统电池通信实现
bms协议
BMS协议BMS（Battery Management System）是指电池管理系统，它是一种用于监控和管理电池状态的关键技术。
BMS协议则是用来规定BMS设备之间通信的协议标准，以保证不同厂商的BMS设备之间可以互相通信和兼容。
简介BMS协议是一种基于通信协议的标准化规范，用于定义BMS设备之间的通信方式，使其能够准确地传输和解析电池数据。
通过BMS协议，不同品牌、不同型号的BMS设备可以实现互联互通，共同实现对电池状态的监控和管理。
BMS协议通常由两部分组成：物理层和应用层。
物理层定义了通信的硬件接口和电气特性，而应用层定义了通信的协议规则和数据格式。
BMS设备之间通过物理层的接口进行连接，然后通过应用层的协议进行数据交换和通信。
物理层物理层是BMS协议的基础，它规定了BMS设备之间的物理接口和通信电气特性。
常用的物理层接口包括CAN（Controller Area Network）、RS485、RS232等。
CAN是一种常用的BMS通信接口，它具有高可靠性和高抗干扰能力。
CAN接口通过两根差分线进行数据传输，其中一根为CAN_H线，另一根为CAN_L线。
BMS设备之间通过CAN接口连接，实现数据的传输和共享。
RS485是一种通信标准，它可以实现多个设备之间的串行通信。
RS485接口通过两根差分线进行数据传输，其中一根为A线，另一根为B线。
BMS设备之间通过RS485接口连接，实现数据的传输和共享。
RS232是一种常用的串口通信标准，它可以实现单个设备与另一个设备之间的直接通信。
RS232接口通过一根发送线（TXD）和一根接收线（RXD）进行数据传输。
BMS设备之间通过RS232接口连接，实现数据的传输和共享。
应用层应用层是BMS协议的核心，它定义了通信的协议规则和数据格式。
常用的BMS协议包括CANopen、Modbus等。
CANopen是一种基于CAN总线的通信协议，它定义了BMS设备之间的数据交换方式和通信规则。
储能bms工作原理
储能bms工作原理储能BMS（Battery Management System，电池管理系统）是一种用于监控和控制储能系统中电池的设备。
它的主要功能是确保电池安全可靠地工作，并进行电池的状态监测、充放电控制以及故障诊断等操作。
储能BMS的工作原理可以简单地分为两个方面：电池监测和电池控制。
电池监测是储能BMS的核心功能之一。
它通过检测电池的电压、电流、温度和SOC（State of Charge，电池剩余容量）等参数，实时监测电池的状态。
通过对这些参数的监测，BMS可以判断出电池的健康程度、剩余容量以及是否存在异常情况。
这些参数的监测是通过传感器将电池的实时数据传输给BMS，然后BMS对这些数据进行处理和分析，得出相应的结论。
电池控制是储能BMS的另一个重要功能。
通过对电池的充放电控制，BMS可以保证电池在安全范围内工作，并延长电池的使用寿命。
当电池充电时，BMS会监测电池的电压和电流，并根据设定的充电策略来控制充电过程。
同样，当电池放电时，BMS也会监测电池的电压和电流，并根据设定的放电策略来控制放电过程。
通过对充放电过程的控制，BMS可以最大限度地保护电池，防止过度充放电，从而延长电池的使用寿命。
除了电池监测和电池控制，储能BMS还具有故障诊断和通信功能。
故障诊断是指BMS可以检测出电池中存在的故障，并提供相应的故障报警。
这样可以及时排除故障，保证储能系统的正常运行。
通信功能是指BMS可以与其他设备进行数据交互，比如与能源管理系统（EMS）进行通信，实现对储能系统的远程监测和控制。
储能BMS的工作原理是基于先进的电池管理算法和控制策略。
通过对电池的实时监测和控制，BMS可以保证电池的安全可靠运行，并实现最佳的充放电性能。
同时，储能BMS还可以对电池进行状态估计和剩余寿命预测，为电池的维护和管理提供科学依据。
总结起来，储能BMS是一种用于监控和控制储能系统中电池的设备。
它通过电池监测和电池控制来确保电池的安全可靠工作，并具有故障诊断和通信功能。
大型智能微电网储能项目技术方案电池及管理系统部分
大型智能微电网储能项目技术方案电池及管理系统部分文字质量高，朗读流畅
一、储能电池技术方案
1、电池组组成及规格
电池组由A级铅酸蓄电池（铅酸蓄电池）、大型储能变压器（大储能
变压器）和智能管理系统（SMS）组成。
A级铅酸蓄电池采用口径大，自
放电小，具有持久性，安全可靠的蓄电池；大储能变压器采用具有高效率
和安全可靠的设计，是一种全封闭式变压器，可以满足电网大规模储能变
换的需求；智能管理系统为综合的储能大型智能微电网提供全面的管理解
决方案，具有全面的就续检测功能和智能管理功能，可以实现对整个储能
系统的全方位管理和保护。
2、设备接口
系统设备接口是指由储能装置与电网之间，电网侧为微电网接口；由
储能装置与电池组之间，电池侧为电池接口；由储能装置与智能控制系统
之间的接口，为智能控制系统接口。
3、控制系统
控制系统采用先进的智能模块，实现与电网、设备及防护的双向交互，通过建立安全、高效的控制系统，实现储能的智能控制与管理，满足电网
及电池设备的安全可靠运行。
二、储能电池管理系统
1、设备管理。
成熟的储能电池BMS系统解决方案
成熟的储能电池BMS系统解决方案描述众所周知，实现“碳中和”的关键在于转换能源结构，提升非化石能源的发电比例，因此新能源与储能成为重要发展方向，ZLG致远电子基于二十年开关电源与总线隔离技术，推出成熟的储能电池BMS 系统解决方案。
储能行业背景随着二氧化碳不断排放，温室气体已对全球气候变化带来严重影响，这也将成为21世纪人类面临的重大挑战。
为了应对这场挑战，全球各国提出碳中和目标，面向碳中和的低碳、零碳乃至负碳技术将成为未来全球产业革命和科技竞争的关键。
实现碳中和的关键在于转换能源结构，提升非化石能源的发电比例。
显然，新能源发电（风能、光能）将成为改善发电比例的有效途径之一。
但是现阶段新能源发电存在一定的不稳定性，导致大量的弃风、弃光的情况出现，储能技术的出现起到了极大的改善作用。
什么是储能？它有何意义？储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放出来的过程。
储能技术是解决可再生能源大规模接入和弃风、弃光问题的关键技术;是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必备技术;也是解决常规电力削峰填谷，提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑技术。
我国能源体量大，但能源结构复杂且具有一定的特殊性，西北部地区能源存量丰富，但需求较低，东南部人口密集，能源需求量较大，能源与需求存在地域上的错位。
而储能产业是能源结构转型的关键和推手，加快储能产业的发展，对推动经济发展和建设健康的能源产出与消费体系具有重要意义。
储能的应用我们知道目前储能方式主要分为三类：物理储能、化学储能和电磁储能三大类，由于经济性及应用场景的原因，除抽水储能外，化学储能是应用最广泛，从国际和国内市场来看，化学储能中的锂电池应用较多。
有电池的地方几乎就有电池管理系统BMS，储能电池也不例外。
储能电池BMS一般是一个主机配合多个从机进行使用，整套设备体积较大，并长期暴露于空旷无人的地区，需要良好的抗干扰能力以及稳定的通讯能力，因此设备间大多采用带隔离的CAN或RS-485通信。
基于CAN总线的锂电池储能监控系统设计与实现
２２１ 数 据 采集 模 块 ＿＿
数 据 采 集 模块 主要 完 成 通 信 协 议解 析 、 数据
・
研发 应 用 ・ 鲍 慧 等
基 于 Ｃ Ｎ 总线 的锂 电池储 能 监控 系 统设 计 与实 现 Ａ
・ ３・ ４
２２． 历 史 数 据查 询 ．５
Ｐ ｗｅ ｙｔｍｓ ２ １ ， ４（２ ： － ． ｏ ｒ ｓｅ ， ０ ０ ３ ２ ） １６ Ｓ
统 电能孤 岛运行 或并 网运 行 ， 到削 峰填 谷 、 证 起 保
电 网稳 定 的 目的 。
２） ２级服 务 器监控 系统 为锂 电池储 能 监控 第
图 ３ 信 道 模 型
Ｆｉ ３ Ｃｈａｎｎ ｍｏｄｅｌ ｇ． ｅｌ
系统 ， 主要任务为直接采集储能 系统 Ｂ 其 ＭＳ和 Ｐ Ｓ Ｃ 的数据 ， 下达指令 完成 电池均衡 、 障报警 、 网 并 故 并
功能 ， 以及 与 第 １ 服 务 器 电力 调 度 中心通 信 功 级 能 。储 能监控 系统结 构示 意如 图 ２所示 。
第 ２级服 务器 锂 电池 储能 监 控系 统是 整个 储
能 系统 的控制 中枢 ， 有上 传运 行数 据 、 具 下达 控制 指令 的作 用 ， 负责 监控 整个储 能 系统 的运 行状 况 。 它 一方 面与 第 １ 服 务器 电力 调 度 中心 配 合 ， 级 完
与储能监控 系统的通信功 能 。
第 １级服 务器 电力调 度 中心 与第 ２级 服 务器 储 能监 控 系 统 之 问采 用 Ｔ ＰＩ 议 来 完成 上 传 Ｃ ／Ｐ协
下达 的信息 交互功 能 。信 道模 型如 图 ３所示 。
电能 的消耗状 况 ， 下达 指令 ， 理地 调度 储 能 系 合
储能调度使用的通信协议
储能调度使用的通信协议随着电力系统的智能化和储能技术的快速发展，储能调度成为了实现电力系统灵活性和可靠性的重要手段。
而储能调度过程中的通信协议则是实现储能设备与电力系统之间信息交互的关键环节。
本文将介绍几种常见的储能调度通信协议，并探讨其特点和应用场景。
一、Modbus协议Modbus是一种常用的串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
在储能调度中，Modbus协议可用于储能设备与监控系统之间的通信。
它简单易用、开放性强，能够满足基本的数据读写需求。
然而，Modbus协议传输效率低，不适用于大规模储能系统的实时调度。
二、CAN协议CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车领域的通信协议。
在储能调度中，CAN协议可用于储能设备内部各个模块之间的通信。
它具有高可靠性、实时性和扩展性强的特点，适用于对通信性能要求较高的场景。
然而，CAN协议的通信距离较短，不适用于大范围的储能系统。
三、OPC协议OPC（OLE for Process Control）是一种基于OLE（Object Linking and Embedding）技术的通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
在储能调度中，OPC协议可用于储能设备与监控系统之间的通信。
它具有良好的跨平台性、可扩展性和兼容性，能够实现不同设备间的数据交互。
然而，OPC协议的配置和维护相对复杂，需要专业的技术支持。
四、MQTT协议MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的发布-订阅式通信协议，适用于物联网领域。
在储能调度中，MQTT协议可用于储能设备与监控系统之间的实时数据传输。
它具有低能耗、带宽占用小和消息传输可靠性高的特点，适用于分布式储能系统的调度。
然而，MQTT协议对网络质量要求较高，不适用于网络延迟较大的场景。
五、IEC 61850协议IEC 61850是一种应用于电力系统的通信协议标准，用于实现设备之间的信息交互和控制功能。
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基于状态机的大型储能系统电池通信实
现
摘要：对于大型高压储能系统如何克服高达1500V的电池组间电位势垒和各
种噪声实现可靠的电池组之间得通信，是大型高压储能系统亟待解决的核心技术
问题，传统系统一般采用CAN总线和485总线配合CPU跑相应的软件来实现，本
文拟通过纯硬件方式采用硬件状态机加菊花链方式实现，无需使用CPU，保证电
池的一致性。
关键词：状态机，电池组间电位势垒，菊花链，485，CAN
1 引言
随着我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程,实现碳达峰、碳中和,当
前储能技术在整个能源领域显得越来越重要。当成本和技术不断突破拐点，多种
应用场景不断落地，磷酸铁锂电池路线的储能应用正在展现其在未来能源市场中
的重要价值。可是，近年来韩国储能电站事故频发，国内梯次利用电池电站几次
严重火灾，也为储能系统在电力行业的大规模应用蒙上了一层阴影。归根结底，
对于大型高压储能电池应用而言，目前的电池管理技术还存在一些尚未完全解决
的技术障碍。如何在高压储能电池模组之间实现可靠的通信就是目前主要的技术
障碍之一。
对于高压储能系统，电池包之间往往需要克服高达1500V的不共地电压,实
现相互之间可靠并且高速地通行。目前高压储能系统克服极高的共模电压和复杂
的电气噪声环境的解决方案,一般是采用隔离CANbus 链路或者隔离485链路来解
决这个问题。隔离485和隔离最大的可靠通信的不共地电压高达2500V,的确可以
满足系统的要求,但是这两种技术却引入了新的问题--功耗导致的电池包之间容
量不平衡.由于485和CAN通信的底层电气规约设计,导致这两种通信链路需要由
上层复杂的通信协议来实现通信的可靠性,485链路一般采用MODBUS通信协
议,CAN链路一般采用CANopen，J 1939等协议。这几种协议的复杂性导致在电池
管理系统中实现他们必须要有巨大的运算资源支撑。因此往往每个电池包需要额
外的增加DCDC电源，MCU处理器。而由于这些协议往往采用软件实现。因此不可
能保证每个电池包这些增加的功耗部分完全一致，随着储能系统长期的运行，这
些微小的功耗差异最终导致电池模块之间容量的巨大不平衡，影响到整个系统的
效率和安全性。
为了解决这个问题，该文尝试使用了的纯硬件状态机实现菊花链通信链路。
菊花链通信之前主要应用于工业多路数据采集领域，这种链路首先电气极为简单，
只需要两根普通双绞线就可以实现设备间的通信，其次他的通信逻辑也极为简单，
完全可以通过简单的硬件状态机就可以实现。不依赖额外的CPU和计算资源。更
重要的一方面,菊花链还可以通过小型变压器级联的方式克服不共地电压并实现
很高的通信带宽.
2 菊花链链路的工作原理
菊花链链路嵌是一种串行接口，用于连接的设备之间传输数据。串行串行外
围接口（SPI）是一种串行通信接口，多个电池包之间之间提供同步的数据传输。
在菊花链链路协议中，主设备产生一个时钟信号（SCLK），一个选择信号（nSCS）
和一个串行数据输出（SDO）信号（例如，传输到外围设备的数据）三个信号，
所有从设备在串行数据输入（SDI）引脚上接收数据信号。(SDI)引脚用来让主设
备到外围设备SDI的数据信号与时钟信号同步。而选择信号nSCS是有效有效时，
从设备可以将数据送回给主设备。
菊花链的通信链路电气硬件上比较类似485链路也是通过一对平衡线对传送
差分信号来实现信号的传送。这种平衡差分的技术可以完美的克服两条线上的共
模噪声。同时还方便接入变压器实现器件之间的直流信号隔离，解决系统共模电
压摆幅的影响，并且跨越介电质势垒实现信号传送。
图1 菊花链通信拓扑
菊花链时序逻辑
菊花链的差分信号通过变压器耦合后，可以这地隔绝直流分量,而不损失信
号的宽度、极性和时序。通过（BCI）干扰测试显示，在200mA BCI 注入情况下，
菊花链隔离SPI 仍然可以维持模块间正常通行通信，而且变压器既保证了电气隔
离还相比于隔离CAN和隔离485省掉了昂贵的高速光耦可以显著降低成本。
3 用菊花链在大型储能系统应用中的场景
3.1降低复杂性
一般电池电压采集通过一个ADC数模转换器和一个多路高速模拟开关配合实
现，也有很多公司推出了集成的模拟前端（AFE）芯片，例如我们使用的ADI公
司LTC6811构成一个单电池模块的BMS。
传统多储能模块间的互联使用隔离CAN链路连至一个CPU。图2显示了隔离
CAN(485)和菊花链拓扑之间的差异,隔离CAN(485)需要使用额外的MCU加光或磁
隔离器实现通信,菊花链直接通过变压器,即可实现不再需要额外的MCU.
图2传统通信链路VS隔离SPI通信链路
图2（b）该电路在功能上是相同的，但用菊花链SPI通信接口实现。菊花链
使用了一个小型、低成本的电子开关变压器取代了光耦隔离（在大部分应用中变
压器成本不足1元），用来客服主处理器组件与电池组电位之间形成电气高压。
3.2 通过菊花链多点通信实现电池包之间的即插即用
菊花链另外一个特点是串联通信,在点对点的情况下菊花链可以可靠的工作,
在储能的应用场景下多个电池包相互之间多点通信,由于菊花链的串联通信的特
点,可以通过发送数据的的先后顺序来判断电池包在整个储能电池簇的相对位置.
而采用485和CAN总线,为了获得电池包在整个系统中的相对位置,都需要电池包
在安装之前就进行地址的分配和设定.因此菊花链的这一特点让电池包在大型储
能应用中即插即用安装成为了可能.极大地降低了大型储能系统安装和后期运维
的成本.
3.3.通过菊花链高压储能模块化实现能源网格
菊花链另一个优势是在于其在分布式储能中的应用.在点对点菊花链式配置
中，可以使用长距离裸露配线。一般的大型储能系统一般采用主机和从机的三层
式通信架构。而菊花链的这种长距离优势允许采用更加简洁的两层式架构即可完
成大型储能系统的电池通信和管理.并且这种结构本身的耦合可以变得很非常松
散和复用弹性.电池组与组之间的拓扑可以根据主站的指令在很短时间内实现组
合为临时的一个能源分布式网格节点运行。电网需求多大的电能,系统就能自动
分配电量最大的电池包组合生成新的网格,提供所需要的电力
图4基于隔离菊花链的能源网格
4菊花链隔离SPI通信技术应用难点与思考
4.1应用难点
当前储能标准规范UN383.IEC62619等一系列规范要求越来越严格,对于一些
高可用性的储能应用,采用双储能备份冗余成为备选之一，通过菊花链通信技术,
我们可以简便地按照需要给菊花链隔离SPI 网络挂载新的备份储能模块。而在这
之前，增加备份储能模块是极为昂贵和系统工程。另外，采用网格方式后，节点
内部还可以实现多处理器冗余，在一个甚至多个处理器失效的情况下保证节点的
正常运行，不会对模块封装造成大的影响。
4.2相关建议
通过对目前市场高压储能通信技术的深入研究提出了一种新型的行之有效的
数据通信技术——菊花链隔离SPI 通信。为高压储能应用的电池管理提供了一种
简便可靠又具备极大扩展性的方法。菊花链技术仅仅通过两条差分线配合隔离变
压器，并且不需要额外的CPU软，可以大幅提升电池管理的可靠性,成本,安全性，
从而提升整个大型储能系统电池管理效率。同时，该通信链路强大的扩展能力使
实现储能网格化也成为一种非常容易实现的可能。
参考文献
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与嵌入式系统应用.
2009,06:27-28
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试.2020,09:48-51
[3] 孙波.动力锂电池组能量管理系统的设计与研究[D],西南大学，2013,05