Interfaces e protocolos de comunicação do BMS

Nos sistemas de gestão de baterias (BMS), as interfaces e os protocolos de comunicação desempenham um papel crucial, assegurando o intercâmbio de dados e a partilha de informações entre o BMS e outros dispositivos,permitindo assim uma gestão e monitorização eficazes da bateriaA seguir serão apresentadas as interfaces e protocolos comuns de comunicação do BMS em pormenor.

Interface e protocolo de comunicação com fio

Bus CAN

• Definição:CAN é a abreviatura de Controller Area Network, um protocolo de bus de campo amplamente utilizado nos campos automotivo e industrial.
• Características:Possui capacidade de comunicação de alta velocidade, a taxa de transmissão de dados mais elevada pode atingir 1 Mbps; a baixa taxa de erro de bits, a verificação CRC e outros mecanismos de detecção de erros são adotados para garantir a precisão dos dados;Suporta a estrutura de rede de tipo de autocarro, forte escalabilidade, e um único bus pode conectar até 110 nós.
• Aplicação:Comumente utilizados em veículos elétricos para ligar BMS e outros sistemas de bordo, tais como carregadores, inversores, etc., para realizar a gestão da bateria de potência dos veículos;É também amplamente utilizado no controlo e controlo de equipamentos de automação industrial.

RS-485

• Definição:RS-485 é um padrão de interface de comunicação serial comumente usado, usando o método de transmissão de sinal diferencial.
• Características:Em teoria, pode atingir uma distância de transmissão ultra longa de 1.200 metros; até 32 nós podem ser conectados num autocarro, com capacidades de ligação multi-ponto; forte capacidade anti-interferência,que podem suprimir eficazmente as interferências do modo comum.
• Aplicação:Adequado para a monitorização e gestão de grandes sistemas de armazenamento de energia de bateria, bem como para o controlo e monitorização de equipamentos de automação industrial.

RS-232

• Definição:É um padrão de comunicação serial comumente usado, que realiza comunicação direta entre um único dispositivo e outro dispositivo.
• Características:Estrutura simples e fácil de implementar, mas só suporta comunicação ponto a ponto, e a taxa de transmissão e a distância são limitadas.
• Aplicação:Embora não seja frequentemente utilizado como interface principal no BMS, pode ser utilizado em certos casos específicos para comunicar entre um único dispositivo e outro dispositivo,tais como testes de configuração e solução de problemas para BMS, comunicação externa com o software de calibração superior do computador, etc.

Linha de ligação

• Definição:O ônibus LIN (Local Interconnect Network) é um protocolo de ônibus serial de baixo custo que é comumente usado em eletrônicos automotivos.
• Características:Ele tem uma estrutura mestre-escravo, o nó mestre envia comandos e o nó escravo responde; a taxa de comunicação é baixa, geralmente em torno de 19,2 kbps.
• Aplicação:Em alguns sistemas de gerenciamento de bateria que não exigem altas taxas de comunicação, ele pode ser usado para conectar os módulos escravo e mestre do BMS.

Autobus SPI

• Definição:O bus SPI (Serial Peripheral Interface) é uma interface serial síncrona de alta velocidade, comumente usada para comunicação entre microcontroladores e dispositivos periféricos.
• Características:Possui uma estrutura master-slave e o nó master controla a transmissão de dados; a taxa de comunicação é elevada, até vários Mbps ou até superior;O método de comunicação síncrona é adotado para garantir uma elevada fiabilidade da transmissão de dados..
• Aplicação:Na comunicação interna do BMS, pode ser utilizado para ligar o módulo de controlo principal a alguns chips ou sensores de aquisição de dados de alta velocidade, etc.

Bus I2C

• Definição:O barramento I2C (Inter-Integrated Circuit) é um barramento serial de dois fios usado para conectar microcontroladores e dispositivos periféricos.
• Características:Possui as características de ser simples e de baixo custo; adota uma estrutura multi-principal e vários dispositivos podem ser utilizados como dispositivos principais ao mesmo tempo; a taxa de comunicação é relativamente baixa,Geralmente entre 100 kbps e 400 kbps.
• Aplicação:Comumente utilizado para algumas comunicações simples no BMS, tais como a ligação do módulo mestre ao módulo escravo, sensor de temperatura, etc.

Interface e protocolo de comunicação sem fio

Bluetooth

• Definição:É uma tecnologia de comunicação sem fios de curto alcance que opera na banda de frequência de 2,4 GHz.
• Características:Possui as características de baixo consumo de energia, baixo custo e fácil de usar; pode realizar uma conexão rápida e transmissão de dados entre dispositivos;Suporta conexão simultânea de vários dispositivos.
• Aplicação:Pode ser utilizado para comunicação entre BMS e dispositivos móveis, permitindo aos utilizadores monitorizar e gerir o estado da bateria em tempo real através de dispositivos como telemóveis ou tablets;Pode também ser utilizado para comunicação sem fios entre o BMS de bordo dos veículos elétricos e os equipamentos de monitorização fora do veículo., etc.

ZigBee

• Definição:Trata-se de uma tecnologia de comunicação sem fio de baixo consumo e curto alcance baseada no IEEE 802.15.4 padrão.
• Características:Tem as características de baixo consumo de energia, baixo custo, alta capacidade, alta fiabilidade e roteamento multi-hop; pode formar uma rede de sensores sem fio em larga escala.
• Aplicação:Adequado para sistemas de gestão de baterias com requisitos de baixo consumo de energia e distâncias de transmissão curtas, como a gestão de equipamentos de baterias em casas inteligentes,Monitorização de sistemas de armazenamento de energia de pequenas baterias, etc.

Wi-Fi

• Definição:É uma tecnologia de comunicação de rede sem fios baseada no padrão IEEE 802.11.
• Características:Possui capacidades de transmissão de dados de alta velocidade, que podem alcançar comunicação sem fio de longa distância; é fácil de implantar e expandir e pode acessar facilmente a Internet.
• Aplicação:Pode ser utilizado para a transmissão de dados entre o BMS e o centro de monitorização remota para realizar a monitorização e gestão remota do pacote de baterias;Pode também ser utilizado para comunicação entre a estação de carregamento do veículo elétrico e o BMS, que facilita a gestão e o agendamento dos encargos.

Outros protocolos de comunicação emergentes

Tecnologia de Comunicação 5G

• Definição:A 5G é a quinta geração de tecnologia de comunicação móvel, com as características de alta velocidade, baixa latência e grande capacidade.
• Características:A sua taxa de transmissão de dados ultra-alta (teoricamente até 10 Gbps ou até mais) e latência ultra-baixa (até 1 ms),permitir a ligação simultânea e a transmissão de dados em tempo real de dispositivos maciços.
• Aplicação:Fornece um apoio de comunicação mais poderoso para a monitorização remota, análise de dados e gestão inteligente do BMS.Pode ser utilizado para o controle em cluster e gestão de sistemas de armazenamento de energia distribuídos em larga escala para alcançar uma alocação e otimização eficiente da utilização de energiaA tecnologia pode também ser aplicada à tecnologia V2G (Vehicle-to-Grid) dos veículos elétricos, permitindo uma comunicação e uma interação energética eficientes e em tempo real entre o veículo e a rede elétrica.

Protocolo de comunicação de computação de borda

• Definição:A computação de borda é um modelo de computação que empurra o poder de computação e o armazenamento de dados para a borda da rede.Os protocolos de comunicação relacionados são projetados para alcançar uma comunicação e uma interação de dados eficientes entre dispositivos de borda.
• Características:Pode reduzir o atraso da transmissão de dados, melhorar o tempo real e a eficiência do processamento de dados; apoia a convergência e a interoperabilidade de múltiplas redes heterogéneas.
• Aplicação:No BMS, a comunicação de baixa latência e o controle colaborativo entre dispositivos de borda, como equipamentos de armazenamento de energia, inversores, BMS, etc., podem ser realizados,Melhoria do desempenho geral e da fiabilidade do sistema de armazenamento de energia.

CAN FD

• Definição:O CAN FD (Flexible Data-rate) é um protocolo estendido baseado em ônibus CAN tradicionais.Pode suportar taxas de transmissão de dados mais altas e comprimentos de quadros de dados maiores, mantendo a compatibilidade com os ônibus CAN.
• Características:Uma taxa de transmissão de dados elástica é introduzida na camada de ligação de dados, até 8Mbps; o comprimento do quadro de dados é variável e pode suportar uma carga útil máxima de 64 bytes.
• Aplicação:Adequado para aplicações de BMS em veículos elétricos, veículos autónomos e outros campos com taxas de transmissão de dados mais elevadas e requisitos em tempo real,Pode satisfazer melhor as necessidades de aquisição rápida de dados e controlo dos sistemas de baterias em condições de funcionamento complexas.

CCS (Serviço de Comunicação Compacta)

• Definição:O CCS é um protocolo de serviço de comunicação eficiente concebido para sistemas incorporados.
• Características:Possui as características de simplicidade, eficiência e confiabilidade; adota um conceito de design orientado a objetos, que é fácil de expandir e manter.
• Aplicação:Em alguns BMS de veículos elétricos de ponta, o CCS é utilizado para obter uma comunicação rápida e fiável entre o BMS e a unidade de controlo do veículo, melhorando o desempenho energético e a segurança do veículo.

Protocolo personalizado

• Definição:Um protocolo de comunicação específico desenvolvido com base em sistemas de baterias específicos e em cenários de aplicação.
• Características:Pode satisfazer necessidades e funções específicas, ter uma elevada flexibilidade e adaptabilidade; pode ser continuamente otimizado e atualizado de acordo com as aplicações reais.
• Aplicação:Adequado para algumas aplicações de baterias que têm requisitos especiais para protocolos de comunicação, tais como aeroespacial, militar e outros campos,bem como alguns sistemas de baterias com funções inovadoras ou especiais.

Tendências de desenvolvimento das interfaces e protocolos de comunicação BMS

• Maior taxa de transmissão de dados e largura de banda:Com a expansão contínua da escala do sistema de baterias e a melhoria da precisão da aquisição de dados,São apresentados requisitos mais elevados para a taxa de transmissão de dados e largura de banda das interfaces e protocolos de comunicaçãoA futura tecnologia de comunicação BMS irá desenvolver-se na direcção de suportar taxas de dados mais elevadas e uma maior largura de banda para satisfazer as necessidades de monitorização e controlo em tempo real dos sistemas de baterias.
• Maior capacidade e fiabilidade anti-interferência:Os sistemas de bateria normalmente funcionam em ambientes eletromagnéticos complexos, e as interfaces e protocolos de comunicação precisam ter uma capacidade e uma confiabilidade anti-interferência mais fortes.Adotando a tecnologia avançada de modulação de sinal, algoritmos de codificação de correcção de erros e design redundante, melhoram o desempenho anti-interferência e a fiabilidade do sistema de comunicação,e o funcionamento estável do sistema de baterias em ambientes adversos é assegurado.
• Menor consumo de energia e custo:Em alguns dispositivos electrónicos portáteis e sistemas de armazenamento de energia de pequenas baterias, os requisitos de consumo de energia e de custos para as interfaces e protocolos de comunicação são elevados.,serão continuamente exploradas tecnologias de comunicação de baixo consumo e baixo custo e soluções de concepção, tais como a utilização de tecnologias de recolha de energia, a otimização da pilha de protocolos de comunicação, etc.,para reduzir o consumo de energia de comunicação e o custo do BMS.
• Melhor compatibilidade e interoperabilidade:Com a crescente integração e rede dos sistemas de baterias, a compatibilidade e a interoperabilidade das comunicações entre dispositivos BMS de diferentes fabricantes tornou-se cada vez mais importante. 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.
• Integração profunda com as tecnologias emergentes:As interfaces e protocolos de comunicação BMS serão profundamente integrados com outras tecnologias emergentes, como a inteligência artificial, a computação de ponta, o big data, etc.para alcançar uma gestão mais inteligente e eficiente da bateriaPor exemplo, através da introdução de algoritmos de inteligência artificial nos protocolos de comunicação, pode ser realizada uma análise e processamento inteligentes dos dados de comunicação.e as capacidades de diagnóstico e previsão de falhas dos sistemas de baterias podem ser melhoradasA tecnologia de computação de borda pode ser utilizada para afundar algumas funções de processamento e controlo de dados na borda da rede, reduzindo os atrasos de comunicação.e melhorar o tempo real e a velocidade de resposta do sistema.

Resumo

As interfaces de comunicação e os protocolos do BMS são uma parte indispensável do sistema de gestão de baterias e desempenham um papel importante na garantia do funcionamento fiável do sistema de baterias.Melhorar a eficiência da utilização da energia, e promover o desenvolvimento da nova indústria energética.A aplicação de várias interfaces e protocolos de comunicação no BMS demonstra a sua diversidade e flexibilidade na adaptação a diferentes cenários de aplicação e necessidades de desenvolvimento tecnológico.No futuro, com a inovação contínua e o progresso da tecnologia, as interfaces e protocolos de comunicação da BMS irão desenvolver-se na direcção de um desempenho mais elevado.de forma mais inteligente e confiável, dando um forte apoio ao desenvolvimento sustentável da nova indústria energética e contribuindo para o desenvolvimento sustentável da energia mundial.