1、ICS 27.180 CCS F19團體標準T/CIAPS00092021儲能變流器與電池管理系統通信協議第 2 部分：Modbus 通信協議Communication protocols betweenPower conversion system and battery management system Part 2：Modbus communication protocols2021 年 1 月 12 日發布2021 年 2 月 1 日實施中國化學與物理電源行業協會發布T/CIAPS0009-2021目次前言II1 范圍12 規范性引用文件13 術語和定義14 通訊物理層35 數據鏈路

2、層36 應用層47 充放電總體過程48 安全策略59 通訊方式510 信息地址5附錄 A（規范性附錄）Modbus RTU 指令8I庫七七 標準下載前言本標準按照 GB/ T 1.1 -2020 給出的規則起草。本標準由中國化學與物理電源行業協會提出并歸口。本標準負責牽頭單位：科華恒盛股份有限公司、國網浙江綜合能源服務有限公司本標準負責起草單位：平高集團儲能科技有限公司、浙江華云信息科技有限公司、南網綜合能源股份有限公司、國網浙江電動汽車服務有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司、 上海派能能源科技股份有限公司、上海電氣國軒新能源科技有限公司、廣州智光儲能科技有限公司、深圳市盛弘電氣股份有限公

3、司、施耐德電氣（中國）有限公司、銀隆新能源股份有限公司、蜂巢能源科技有限公司、理士國際技術有限公司、深圳庫博能源科技有限公司、浙江徳升新能源科技有限公司、西安新艾電氣技術有限公司、深圳邁格瑞能技術有限公司、成都特隆美儲能技術有限公司、錦浪科技股份有限公司、深圳市永聯科技股份有限公司、西安精石電氣科技有限公司、易事特集團股份有限公司、江蘇固德威電源科技股份有限公司、雙一力（寧波）電池有限公司、北京鑒衡認證中心有限公司、南京南瑞繼保電氣有限公司、陽光電源股份有限公司、深圳天邦達科技有限公司、深圳市欣旺達綜合能源服務有限公司、通標標準技術服務有限公司、中認英泰檢測技術有限公司、福建星云電子股份有限公

4、司、江西星盈科技有限公司、湖南工業大學、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會等。本標準主要起草人：林金水、曾春保、賈成杰、吳心弘、阮鵬、朱偉林、嚴廣龍、王炯耿、董棟、李達、鄭海興、陳楓、呂建、欒捷、陳威、鄒慧興、孫華、吳勝兵、任遠航、李迎春、劉克勤、王君生、陳剛、郭子健、祝凌云、倪同、黃慧金、杜毅、陳凡印、楊惠坤、 周剛、張濤、方剛、仇成豐、張光青、李旭、李華棟、胡龍文、張亮、宿斌、蔣應龍、陳見超、卜相楠、朱永祥、黎朝暉、劉勇、周曉晴。II儲能變流器與電池管理系統通信協議第 2 部分：Modbus 通信協議1 范圍本標準規定了儲能變流器與電池管理系統之間基于 Modbus 通信協議的通信物理

5、層、數據鏈路層、應用層、充放電過程、安全策略、通訊方式和信息地址的相關定義及要求。本標準適用于儲能變流器與電池管理系統之間基于RS485 的Modbus 通信協議進行的通信。2 規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，以注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 19582.1-2008 基于 Modbus 協議的工業自動化網絡規范第 1 部分：Modbus 應用協議GB/T 19582.2-2008 基于 Modbus 協議的工業自動化網絡規范第 2 部分：Modbus 協議在串行鏈路上的實現指南3

6、 術語和定義3.1儲能變流器power conversion system；PCS電化學儲能系統中，連接于電池系統與電網（和/或負荷）之間的實現電能雙向轉換的變流器。3.2統。3.3電池管理系統battery management system；BMS監測電池的狀態（溫度、電壓、電流、荷電狀態等），為電池提供通信接口和保護的系幀frame組成一個完整信息的一系列數據位。3.4禁充prohibit charging禁止給電池充電。3.5禁放prohibit discharging1禁止給電池放電。3.6BMS 心跳信號heartbeat signal of BMSBMS 正常運行標識值。3.7充

7、電限制電壓limited charging voltage電池組的額定最大充電電壓。3.8放電限制電壓limited discharging voltage電池組的額定最小放電電壓。3.9充電限制電流limited charging current電池組的最大充電電流。3.10放電限制電流limited discharging current電池組的最大放電電流。3.11荷電狀態state of charge；SOC當前電池組中按照規定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比。3.12電池健康度state of health；SOH電池組滿充容量相對額定容量的百分比。3.13電池功率狀態sta

8、te of power；SOP反映電池功率邊界，其數值上用短時峰值功率值來表示。3.14充電可用電量available power for charging電池組的可充入電量。3.15放電可用電量available power for discharging電池組的可放出電量。24 通訊物理層4.1 接口定義PCS 與 BMS 通過 RS485 連接，采用 Modbus RTU 傳輸模式。RS485 通用的 2 線拓撲結構示意圖如圖 1 所示。注：對于線路終端（LT）電阻、上拉和下拉電阻的相關信息，見 GB/T 19582.2-2008 中的 7.4。圖 1 RS485 通用的 2 線拓撲結構

9、4.2 通信配置波特率：9600/19200/38400(優選 9600)起始位：1 位數據位：8 位校驗位：無校驗停止位：1 位5 數據鏈路層Modbus 協議規定了一個基礎的協議數據單元（Protocol Data Unit,PDU），該數據單元與基礎的通信層無關。針對不同的總線結構，Modbus 協議在 PDU 的基礎上添加特定的附加域構成應用數據單元 ADU（即Application Data Unit）。通過使用 ADU 單元，系統數據能夠正確地進行傳輸。通用的 Modbus 幀結構如圖 2 所示。圖 2 通用的 Modbus 幀結構RTU 模式：當系統選擇 Modbus RTU 模

10、式進行通信時，兩個 4 位的十六進制字符組成一個 8 位的字節。每個字節包括 1 個起始位，8 個數據位，無校驗位，1 個停止位。其中默3T/CIAPS0009-2021認校驗模式為無校驗。RTU 模式下的數據幀結構如表 1 所示。表 1 Modbus RTU 數據幀結構子字節地址功能碼數據CRC1 字節1 字節0 到 252 字節CRC 低字節CRC 高字節注：對于 Modbus RTU 數據幀結構的相關信息，見 GB/T 19582.2-2008 中的 6.5.1。6 應用層采用一問一答的方式來發送數據。7 充放電總體過程充放電總體控制過程如下:a) PCS 與 BMS 物理連接完成并完成

11、低壓輔助上電；b) PCS 和 BMS 通訊成功、無故障的條件下，設定限制指令，充放電功率，接收報文時間等充放電參數；c) 按照設定的參數運行，如 PCS 未在規定時間內收到正確報文，即判定為超時，PCS 啟動保護功能，并顯示“BMS 通訊故障”。否則系統進行正常充放電。充放電總體過程如圖 3 所示。圖 3 充放電總體過程示意圖98 安全策略PCS 和 BMS 的安全防護應設計為三級保護，保護等級具體要求為：第一級，通過 BMS 上傳至 PCS 的限制指令（充放電電壓電流、禁充/禁放）來控制 PCS動作，對系統進行保護；第二級，BMS 通過故障位或干接點來指令 PCS 進行保護動作：通信正常情

12、況下，電池故障發生時，BMS 通過故障位指令 PCS 進行保護動作；通信失效時，BMS 通過干接點指令 PCS 進行保護動作。其中干接點信號默認常閉，當電池組有故障，BMS 通過斷開干接點信號通知 PCS 動作；當故障消失時，BMS 應能恢復干接點信號。第三級，當前兩級防護都失效時，BMS 可通過指令控制關斷電池主電路。9 通訊方式本協議適用于主從工作方式的通信，主機（PCS）循環向從機（BMS）要求數據，從機 接收請求指令，并應答相應數據。當從機收到主機的指令時，從機根據主機的功能代碼的命令要求執行相關操作。功能碼 是在 Modbus RTU 協議中已經定義了常用指令代碼的功能，如表 2 所

13、示。表 2 功能碼定義功能碼含義備注0x04讀輸入寄存器按字讀取0x06寫單個保持寄存器按字寫注：Modbus RTU 傳輸模式的指令見附錄 A。10 信息地址10.1 讀寄存器數據讀取的寄存器地址及其相關數據定義見表 3。表 3 讀寄存器地址及其數據偏移地址數據定義數據長度比例系數偏移量單位備注0x0100電池組總電壓2 byte0.1V0x0101電池組總電流2 byte0.1A有符號數，負數用補碼表示。(+：放電；-：充電)0x0102SOC2 byte0.1%0x0103SOH2 byte0.1%0x0104充電限制電流2 byte0.1A最大充電電流0x0105放電限制電流2 byt

14、e0.1A最大放電電流0x0106充電限制電壓2 byte0.1V最大充電電壓0x0107放電限制電壓2 byte0.1V最小放電電壓表 3 讀寄存器地址及其數據（續）偏移地址數據定義數據長度比例系數偏移量單位備注0x0108充電可用電量2 byte0.1kWh0x0109放電可用電量2 byte0.1kWh0x010ABMS 狀態字2 byte具體內容見表40x010BSOP2 byte0.1kW0x010C單體最高電壓2 byte0.001V0x010D單體最低電壓2 byte0.001V0x010E單體最高溫度2 byte0.1有符號數（補碼）0x010F單體最低溫度2 byte0.1有

15、符號數（補碼）0x01100x135預留注：PCS 讀取 BMS 信息的周期為 0.2s。表 4 BMS 狀態字位定義位信息數據長度數據定義說明bit0bit34 bit預留bit4bit63 bitBMS 系統狀態00:初始狀態，01：正常狀態，02：禁充，03：禁放，04：告警，05：待機，06：故障，07：保留Bit7bit115bit無定義保留字Bit12bit154 bitBMS 心跳信號015：心跳信號值10.2 寫單個保持寄存器寫單個保持寄存器地址及其相關數據定義見表 5表 5 寫單個保持寄存器及其數據偏移地址數據定義數據長度比例系數偏移量單位備注0x0200請求充/放電控制2

16、byte無請求：0x0000 請求充電：0x5555請求放電：0xAAAA0x0201預留/0x0202預留/0x0203預留/10.3 信息幀示例設從機地址為 0x01，要查詢 BMS 狀態字。主機下發的信息幀：01 04 01 00 00 02 70 37/01:地址，04:功能碼，01 00：從 0x0100 開始查詢數據，00 02： 共查詢共 2 個寄存器，70 37 為 CRC 校驗碼。從機返回的信息幀：01 04 04 1F 40 00 64 FC 6F/01:地址，04:功能碼，04: 返回 4 字節, 1F 40:電池電壓800.0V，00 64:電池組電流 10.0A，FC

17、 6F 為 CRC 校驗碼。附錄A（規范性附錄） Modbus RTU 指令A.1 讀輸入寄存器（功能碼：0x04）主機指令(16 進制)，如表 A.1 所示：表 A.1地址功能起始地址寄存器數量CRC 校驗xx04高字節低字節高字節低字節低字節高字節xxxxXxxxxxxx從機回復(16 進制)，如表 A.2 所示：表 A.2地址功能字節數寄存器 1寄存器 NCRC 校驗xx04xx高字節低字節高字節低字節低字節高字節xxxxxxxxxxxx注：讀一個或多個寄存器通過寄存器數量來區分，寄存器數量為 1 則為一個寄存器，大于 1 則為多個寄存器。寄存器 1 對應起始地址。A.2 寫單個保持寄存器（功能碼：0x06）主機指令(16 進制)，如表 A.3 所示：表 A.3地址功能寄存器地址寄存器設定值CRC 校驗xx06高字節低字節高字節低字節低字節高字節xxxxxxxxxxXx從機回復(16 進制) ，如表 A.4 所示：表 A