رابط های ارتباطی و پروتکل های BMS

در سیستم های مدیریت باتری (BMS) ، رابط ها و پروتکل های ارتباطی نقش اساسی ایفا می کنند و تبادل داده ها و به اشتراک گذاری اطلاعات بین BMS و سایر دستگاه ها را تضمین می کنند.در نتیجه امکان مدیریت و نظارت موثر بر بسته باتریدر ادامه رابط های ارتباطی و پروتکل های مشترک BMS به طور دقیق معرفی می شود.

رابط و پروتکل ارتباطات سیم کشی

اتوبوس CAN

• تعریف:CAN اختصار Controller Area Network است که یک پروتکل fieldbus است که به طور گسترده در زمینه های خودرو و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
• ویژگی ها:قابلیت ارتباطات با سرعت بالا دارد، بالاترین سرعت انتقال داده می تواند به 1Mbps برسد؛ نرخ خطا بیت پایین، بررسی CRC و سایر مکانیسم های تشخیص خطا برای اطمینان از دقت داده ها اتخاذ شده است؛از ساختار شبکه نوع اتوبوس پشتیبانی می کند.، مقیاس پذیری قوی، و یک اتوبوس واحد می تواند تا 110 گره را متصل کند.
• کاربرد:معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی برای اتصال BMS و سایر سیستم های داخل خودرو، مانند شارژر، اینورتر و غیره استفاده می شود تا مدیریت باتری قدرت وسایل نقلیه را تحقق بخشد.همچنین به طور گسترده ای در کنترل و نظارت بر تجهیزات اتوماسیون صنعتی استفاده می شود.

RS-485

• تعریف:RS-485 یک استاندارد رابط ارتباطی سریالی است که به طور معمول استفاده می شود و از روش انتقال سیگنال دیفرانسیل استفاده می کند.
• ویژگی ها:در تئوری می تواند به یک فاصله انتقال بسیار طولانی از 1200 متر برسد؛ تا 32 گره می تواند در یک اتوبوس متصل شود، با قابلیت اتصال چند نقطه ای؛ توانایی قوی ضد تداخل،که می تواند به طور موثر تداخل حالت مشترک را سرکوب کند.
• کاربرد:مناسب برای نظارت و مدیریت سیستم های بزرگ ذخیره انرژی باتری و همچنین کنترل و نظارت بر تجهیزات اتوماسیون صنعتی.

RS-232

• تعریف:این یک استاندارد ارتباطی سریالی است که به طور معمول استفاده می شود، که ارتباطات مستقیم بین یک دستگاه و دستگاه دیگر را تحقق می بخشد.
• ویژگی ها:ساختار ساده و پیاده سازی آسان، اما فقط از ارتباطات نقطه به نقطه پشتیبانی می کند و سرعت انتقال و فاصله محدود است.
• کاربرد:اگرچه اغلب به عنوان رابط اصلی در BMS استفاده نمی شود، اما می تواند در برخی موارد خاص برای برقراری ارتباط بین یک دستگاه و دستگاه دیگر استفاده شود.مانند آزمایش پیکربندی و رفع مشکل برای BMS، ارتباطات خارجی با نرم افزار کالیبراسیون کامپیوتری بالا و غیره

اتوبوس LIN

• تعریف:اتوبوس LIN (Local Interconnect Network) یک پروتکل اتوبوس سریالی کم هزینه است که معمولا در الکترونیک خودرو استفاده می شود.
• ویژگی ها:این سیستم دارای ساختار master-slave است، گره master دستورات را ارسال می کند و گره slave پاسخ می دهد؛ سرعت ارتباطات پایین است، به طور کلی حدود 19.2kbps است.
• کاربرد:در برخی از سیستم های مدیریت باتری که نیاز به نرخ ارتباطات بالا ندارند، می توان از آن برای اتصال ماژول های برده و استاد BMS استفاده کرد.

اتوبوس SPI

• تعریف:اتوبوس SPI (Serial Peripheral Interface) یک رابط سریال همزمان با سرعت بالا است که معمولاً برای ارتباطات بین میکروکنترلرها و دستگاه های محیطی استفاده می شود.
• ویژگی ها:ساختار master-slave دارد، و گره master انتقال داده را کنترل می کند؛ سرعت ارتباطات بالا است، تا چندین Mbps یا حتی بالاتر؛استفاده از روش ارتباطات همزمان برای اطمینان از قابلیت انتقال داده ها.
• کاربرد:در ارتباطات داخلی BMS، می توان از آن برای اتصال ماژول کنترل اصلی به برخی از تراشه ها یا سنسورهای دریافت داده با سرعت بالا و غیره استفاده کرد.

اتوبوس I2C

• تعریف:اتوبوس I2C (Inter-Integrated Circuit) یک اتوبوس سریالی دو سیم است که برای اتصال میکروکنترلرها و دستگاه های محیطی استفاده می شود.
• ویژگی ها:این دستگاه دارای ویژگی های ساده و کم هزینه است؛ ساختار چند اصلی را اتخاذ می کند و دستگاه های متعدد را می توان به عنوان دستگاه های اصلی در همان زمان استفاده کرد؛ نرخ ارتباطات نسبتا کم است،معمولا بین 100kbps تا 400kbps.
• کاربرد:معمولاً برای برخی ارتباطات ساده در BMS استفاده می شود، مانند اتصال ماژول استاد به ماژول برده، سنسور دما و غیره.

رابط و پروتکل ارتباطات بی سیم

بلوتوث

• تعریف:یک تکنولوژی ارتباطات بی سیم کوتاه مدت است که در باند فرکانس 2.4GHz کار می کند.
• ویژگی ها:دارای ویژگی های مصرف انرژی کم، هزینه پایین و استفاده آسان است؛ می تواند اتصال سریع و انتقال داده بین دستگاه ها را تحقق بخشد؛از اتصال همزمان دستگاه های متعدد پشتیبانی می کند.
• کاربرد:می تواند برای ارتباط بین BMS و دستگاه های تلفن همراه استفاده شود، به کاربران اجازه می دهد تا وضعیت باتری را در زمان واقعی از طریق دستگاه هایی مانند تلفن های همراه یا تبلت نظارت و مدیریت کنند.همچنین می تواند برای ارتباطات بی سیم بین BMS در خودروهای الکتریکی و تجهیزات نظارت خارج از خودرو استفاده شود.، و غیره

"زیگبی"

• تعریف:این یک فناوری ارتباطات بی سیم کم مصرف و کوتاه مدت است که بر اساس استاندارد IEEE 802 ساخته شده است.15.4 استاندارد
• ویژگی ها:این سیستم دارای ویژگی های مصرف کم برق، هزینه کم، ظرفیت بالا، قابلیت اطمینان بالا و مسیریابی چند هپ است؛ می تواند یک شبکه حسگر بی سیم در مقیاس بزرگ را تشکیل دهد.
• کاربرد:مناسب برای سیستم های مدیریت باتری با نیاز به مصرف انرژی پایین و فاصله انتقال کوتاه، مانند مدیریت تجهیزات باتری در خانه های هوشمند،نظارت بر سیستم های ذخیره انرژی باتری کوچک، و غیره

وای فای

• تعریف:یک فناوری ارتباطی شبکه بی سیم بر اساس استاندارد IEEE 802.11 است.
• ویژگی ها:این دستگاه قابلیت انتقال داده با سرعت بالا را دارد که می تواند ارتباطات بی سیم را در مسافت های طولانی به دست آورد؛ آسان است برای گسترش و گسترش و به راحتی می تواند به اینترنت دسترسی داشته باشد.
• کاربرد:می تواند برای انتقال داده بین BMS و مرکز نظارت از راه دور برای تحقق نظارت از راه دور و مدیریت بسته باتری استفاده شود.همچنین می تواند برای ارتباطات بین ایستگاه شارژ خودروهای الکتریکی و BMS استفاده شود.، که مدیریت و برنامه ریزی هزینه را تسهیل می کند.

سایر پروتکل های ارتباطی در حال ظهور

تکنولوژی ارتباطات 5G

• تعریف:5G نسل پنجم فناوری ارتباطات موبایل است که دارای ویژگی های سرعت بالا، تاخیر کم و ظرفیت بزرگ است.
• ویژگی ها:سرعت انتقال داده فوق العاده بالا (نظری تا 10Gbps یا حتی بالاتر) و تاخیر فوق العاده کم (در حد 1ms) ،امکان اتصال همزمان و انتقال داده در زمان واقعی دستگاه های بزرگ.
• کاربرد:پشتیبانی ارتباطی قوی تر برای نظارت از راه دور، تجزیه و تحلیل داده ها و مدیریت هوشمند BMS را فراهم می کند.می تواند برای کنترل خوشه ای و مدیریت سیستم های ذخیره سازی انرژی توزیع شده در مقیاس بزرگ برای دستیابی به تخصیص کارآمد و بهینه سازی استفاده از انرژی استفاده شودهمچنین می تواند به تکنولوژی V2G (رویابرد به شبکه) خودروهای الکتریکی نیز اعمال شود، که امکان ارتباط و تعامل انرژی بین خودرو و شبکه برق را فراهم می کند.

پروتکل ارتباطات محاسبات کناری

• تعریف:محاسبات لبه ای یک مدل محاسباتی است که قدرت محاسباتی و ذخیره سازی داده را به لبه شبکه منتقل می کند.پروتکل های ارتباطی مربوطه برای دستیابی به ارتباطات کارآمد و تعامل داده بین دستگاه های لبه طراحی شده اند.
• ویژگی ها:این می تواند تاخیر انتقال داده را کاهش دهد، زمان واقعی و کارایی پردازش داده را بهبود بخشد؛ از همگرایی و قابلیت همکاری شبکه های چندگانه پشتیبانی می کند.
• کاربرد:در BMS، ارتباطات کم تاخیر و کنترل مشترک بین دستگاه های لبه ای مانند تجهیزات ذخیره سازی انرژی، اینورترها، BMS ها و غیره می تواند تحقق یابد.بهبود عملکرد کلی و قابلیت اطمینان سیستم ذخیره سازی انرژی.

CAN FD

• تعریف:CAN FD (Flexible Data-rate) یک پروتکل گسترش یافته بر اساس اتوبوس های سنتی CAN است.می تواند از سرعت انتقال داده های بالاتر و طول فریم داده های بزرگتر پشتیبانی کند در حالی که سازگاری با اتوبوس های CAN را حفظ می کند.
• ویژگی ها:نرخ انتقال داده ای الاستیک در لایه پیوند داده، تا 8Mbps معرفی شده است؛ طول فریم داده متغیر است و می تواند حداکثر بار 64 بایت را پشتیبانی کند.
• کاربرد:مناسب برای برنامه های کاربردی BMS در وسایل نقلیه الکتریکی، وسایل نقلیه خودمختار و سایر زمینه ها با نرخ انتقال داده های بالاتر و الزامات زمان واقعی،می تواند نیازهای جمع آوری سریع داده ها و کنترل سیستم های باتری در شرایط عملیاتی پیچیده را بهتر برآورده کند..

CCS (خدمات ارتباطات فشرده)

• تعریف:CCS یک پروتکل خدمات ارتباطی کارآمد است که برای سیستم های جاسازی شده طراحی شده است.
• ویژگی ها:این ویژگی های سادگی، کارایی و قابلیت اطمینان را دارد؛ این مفهوم طراحی شی گرا را اتخاذ می کند، که گسترش و نگهداری آن آسان است.
• کاربرد:در برخی از BMS های خودروهای الکتریکی پیشرفته، CCS برای دستیابی به ارتباطات سریع و قابل اعتماد بین BMS و واحد کنترل خودرو استفاده می شود، عملکرد و ایمنی خودرو را بهبود می بخشد.

پروتکل سفارشی

• تعریف:پروتکل ارتباطی اختصاصی که بر اساس سیستم های باتری خاص و سناریوهای کاربرد توسعه یافته است.
• ویژگی ها:می تواند نیازهای خاص و توابع را برآورده کند، انعطاف پذیری و سازگاری بالا داشته باشد؛ می تواند به طور مداوم با توجه به برنامه های کاربردی واقعی بهینه سازی و ارتقا یابد.
• کاربرد:مناسب برای برخی از کاربردهای باتری که دارای الزامات ویژه ای برای پروتکل های ارتباطی مانند هوافضا، نظامی و سایر زمینه ها هستند.و همچنین برخی از سیستم های باتری با توابع نوآورانه یا ویژه.

روند توسعه رابط ها و پروتکل های ارتباطی BMS

• سرعت انتقال داده و پهنای باند بالاتر:با گسترش مداوم مقیاس سیستم باتری و بهبود دقت جمع آوری داده ها،الزامات بالاتر برای سرعت انتقال داده و پهنای باند رابط ها و پروتکل های ارتباطی مطرح می شود.فناوری ارتباطات BMS آینده به سمت پشتیبانی از نرخ داده های بالاتر و پهنای باند بیشتر برای پاسخگویی به نیازهای نظارت و کنترل در زمان واقعی سیستم های باتری توسعه خواهد یافت.
• توانایی و قابلیت ضد تداخل قوی تر:سیستم های باتری معمولاً در محیط های الکترومغناطیسی پیچیده کار می کنند و رابط ها و پروتکل های ارتباطی باید توانایی و قابلیت ضد تداخل قوی تری داشته باشند.با استفاده از تکنولوژی پیشرفته تغییر سیگنال، الگوریتم های کدگذاری تصحیح خطا و طراحی اضافی، عملکرد ضد تداخل و قابلیت اطمینان سیستم ارتباطی بهبود می یابد،و عملکرد پایدار سیستم باتری در محیط های خشن تضمین می شود.
• مصرف برق و هزینه پایین تر:در برخی از دستگاه های الکترونیکی قابل حمل و سیستم های ذخیره سازی انرژی باطری کوچک، مصرف برق و هزینه های مورد نیاز برای رابط ها و پروتکل های ارتباطی بالا است.,فناوری های ارتباطی کم مصرف و کم هزینه و راه حل های طراحی به طور مداوم مورد بررسی قرار می گیرند، مانند استفاده از فناوری برداشت انرژی، بهینه سازی استیک پروتکل ارتباطات و غیره.برای کاهش مصرف برق ارتباطی و هزینه BMS.
• سازگاری بهتر و قابلیت همکاری:با افزایش یکپارچه سازی و شبکه سازی سیستم های باتری، سازگاری ارتباطی و قابلیت همکاری بین دستگاه های BMS از تولیدکنندگان مختلف به طور فزاینده ای مهم شده است. Formulating unified communication standards and protocol specifications to promote the interconnection between equipment of different manufacturers will help promote the development and application of battery technology.
• ادغام عمیق با فن آوری های نوظهور:رابط ها و پروتکل های ارتباطی BMS با سایر فن آوری های نوظهور مانند هوش مصنوعی، محاسبات لبه ای، داده های بزرگ و غیره به طور عمیق ادغام خواهند شد.برای دستیابی به مدیریت باتری هوشمندانه تر و کارآمدتربه عنوان مثال با معرفی الگوریتم های هوش مصنوعی در پروتکل های ارتباطی، تجزیه و تحلیل هوشمند و پردازش داده های ارتباطی می تواند تحقق یابد.و قابلیت تشخیص خطا و پیش بینی سیستم های باتری می تواند بهبود یابد· از تکنولوژی محاسبات لبه ای می توان استفاده کرد تا برخی از عملکردهای پردازش داده و کنترل را به لبه شبکه منتقل کند و تاخیر ارتباطات را کاهش دهد.و بهبود زمان واقعی و سرعت پاسخ سیستم.

خلاصه کنید

رابط های ارتباطی و پروتکل های BMS بخشی ضروری از سیستم مدیریت باتری هستند. آنها نقش مهمی در تضمین عملکرد قابل اعتماد سیستم باتری دارند.بهبود بهره وری از انرژیاز سیم گرفته تا بی سیم، از سنتی گرفته تا نوظهور،استفاده از رابط ها و پروتکل های ارتباطی مختلف در BMS نشان دهنده تنوع و انعطاف پذیری آن در تطبیق با سناریوهای مختلف کاربرد و نیازهای توسعه تکنولوژیک است.در آینده، با نوآوری مداوم و پیشرفت تکنولوژی، رابط ها و پروتکل های ارتباطی BMS به سمت عملکرد بالاتر توسعه خواهند یافت.راه هوشمندانه تر و قابل اعتماد تر، حمایت قوی از توسعه پایدار صنعت انرژی جدید و کمک به دستیابی به توسعه پایدار انرژی جهانی.