واجهات الاتصال وبروتوكولات BMS

في أنظمة إدارة البطاريات (BMS) ، تلعب واجهات الاتصالات والبروتوكولات دورًا حاسمًا ، مما يضمن تبادل البيانات وتبادل المعلومات بين BMS والأجهزة الأخرى ،وبالتالي تمكين إدارة فعالة ومراقبة مجموعة البطارياتفي ما يلي سيتم تقديم واجهات بروتوكولات الاتصالات المشتركة من BMS بالتفصيل.

واجهة بروتوكول الاتصالات السلكية

حافلة CAN

• تعريف:CAN هو اختصار لشبكة منطقة المراقب ، وهو بروتوكول حافلة ميدانية يستخدم على نطاق واسع في مجالات السيارات والصناعة.
• الخصائص:لديها قدرة اتصال عالية السرعة، ويمكن أن يصل أعلى معدل نقل البيانات إلى 1Mbps؛ يتم اعتماد معدل خطأ بسيط، والتحقق من CRC وآليات الكشف عن الأخطاء الأخرى لضمان دقة البيانات.يدعم هيكل شبكة نوع الحافلة، قابلية التوسع القوية، وحافلة واحدة يمكن أن تربط ما يصل إلى 110 عقدة.
• التطبيق:تستخدم عادةً في المركبات الكهربائية لربط نظام BMS وغيره من أنظمة الطائرات مثل الشاحنات والمحولات، وما إلى ذلك، لتحقيق إدارة بطارية الطاقة في المركبات.كما أنه يستخدم على نطاق واسع في التحكم ومراقبة معدات الأتمتة الصناعية.

الرسائل الرقمية

• تعريف:رس-485 هو معيار واجهة الاتصالات المتسلسلة المستخدمة عادة، باستخدام طريقة نقل الإشارة التفاضلية.
• الخصائص:من الناحية النظرية، يمكن أن تصل لمسافة نقل طويلة جداً تبلغ 1200 متر؛ ويمكن توصيل ما يصل إلى 32 عقدة على حافلة، مع قدرات اتصال متعددة النقاط؛ قدرة قوية على مكافحة التداخل،والتي يمكن أن تقمع بشكل فعال التداخل في الوضع الشائع.
• التطبيق:مناسبة لمراقبة وإدارة أنظمة تخزين طاقة البطارية الكبيرة، وكذلك التحكم في معدات الأتمتة الصناعية.

RS-232

• تعريف:هو معيار اتصال متسلسل شائع الاستخدام، والذي يدرك الاتصال المباشر بين جهاز واحد و جهاز آخر.
• الخصائص:هيكل بسيط وسهل التنفيذ ، لكنه يدعم فقط الاتصال بين النقاط ، ومعدل الإرسال والمسافة محدودة.
• التطبيق:على الرغم من أنه لا يستخدم في كثير من الأحيان كواجهة رئيسية في BMS ، إلا أنه يمكن استخدامه في بعض الحالات المحددة للتواصل بين جهاز واحد وجهاز آخر ،مثل اختبار التكوين واستكشاف الأخطاء لـ BMSالاتصال الخارجي مع برنامج معايرة الكمبيوتر العلوي، الخ

حافلة لين

• تعريف:حافلة لين (شبكة الارتباط المحلي) هي بروتوكول حافلة سلسلية منخفض التكلفة يستخدم عادة في الإلكترونيات السيارات.
• الخصائص:لديها بنية master-slave، العقدة الرئيسية ترسل الأوامر والعقدة العبدة تستجيب؛ معدل الاتصال منخفض، عموماً حوالي 19.2kbps.
• التطبيق:في بعض أنظمة إدارة البطارية التي لا تتطلب معدلات اتصال عالية ، يمكن استخدامها لربط وحدات العبد والقائد من BMS.

حافلة SPI

• تعريف:حافلة SPI (Serial Peripheral Interface) هي واجهة سلسلية متزامنة عالية السرعة ، تستخدم عادةً للاتصال بين وحدة التحكم الصغيرة والأجهزة الطرفية.
• الخصائص:لديها بنية master-slave، وعقدة master تسيطر على نقل البيانات؛ معدل الاتصال مرتفع، يصل إلى عدة Mbps أو حتى أعلى؛يتم اعتماد طريقة الاتصال المتزامن لتوفير موثوقية عالية لنقل البيانات.
• التطبيق:في الاتصالات الداخلية لـ BMS ، يمكن استخدامه لربط وحدة التحكم الرئيسية ببعض رقائق أو أجهزة استشعار للحصول على البيانات عالية السرعة ، إلخ.

الحافلة I2C

• تعريف:الحافلة I2C (الدارة المتكاملة بينها) هي حافلة متسلسلة من سلكين تستخدم لربط وحدة التحكم الصغيرة والأجهزة الطرفية.
• الخصائص:لديها خصائص البساطة والتكلفة المنخفضة؛ فإنه يتبنى بنية متعددة الأجهزة الرئيسية، ويمكن استخدام أجهزة متعددة كأجهزة رئيسية في نفس الوقت؛ معدل الاتصال منخفض نسبيا،عادة ما تكون بين 100kbps و 400kbps.
• التطبيق:تستخدم عادة لبعض الاتصالات البسيطة في BMS ، مثل توصيل الوحدة الرئيسية إلى الوحدة العبيدة ، مستشعر درجة الحرارة ، إلخ.

واجهة بروتوكول الاتصال اللاسلكي

بلوتوث

• تعريف:هي تقنية اتصال لاسلكي قصيرة المدى تعمل في نطاق تردد 2.4GHz.
• الخصائص:يحتوي على خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة والتكلفة المنخفضة وسهلة الاستخدام ؛ يمكن أن يدرك الاتصال السريع ونقل البيانات بين الأجهزة ؛يدعم الاتصال في وقت واحد من أجهزة متعددة.
• التطبيق:يمكن استخدامه للاتصال بين BMS والأجهزة المحمولة ، مما يسمح للمستخدمين بمراقبة وإدارة حالة البطارية في الوقت الحقيقي من خلال أجهزة مثل الهواتف المحمولة أو الأجهزة اللوحية.يمكن استخدامه أيضًا للاتصالات اللاسلكية بين نظام مراقبة البيانات الموجود على متن المركبات الكهربائية ومعدات مراقبة خارج المركبة، إلخ

(زيغبي)

• تعريف:إنها تقنية اتصال لاسلكي منخفضة الطاقة قصيرة المدى تستند إلى IEEE 802.15.4 معيار.
• الخصائص:لديها خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة، والتكلفة المنخفضة، والقدرة العالية، والموثوقية العالية والتوجيه متعددة الممرات؛ يمكن أن تشكل شبكة مستشعرات لاسلكية واسعة النطاق.
• التطبيق:مناسبة لأنظمة إدارة البطارية ذات متطلبات استهلاك طاقة منخفضة ومسافات نقل قصيرة ، مثل إدارة معدات البطارية في المنازل الذكية ،مراقبة أنظمة تخزين طاقة البطارية الصغيرة، إلخ

الـ واي فاي

• تعريف:هي تكنولوجيا اتصالات شبكة لاسلكية تستند إلى معيار IEEE 802.11.
• الخصائص:لديها قدرات نقل البيانات عالية السرعة ، والتي يمكن أن تحقق الاتصالات اللاسلكية لمسافات طويلة ؛ من السهل نشرها وتوسيعها ، ويمكن الوصول بسهولة إلى الإنترنت.
• التطبيق:يمكن استخدامه لنقل البيانات بين BMS ومركز المراقبة عن بعد لتحقيق المراقبة عن بعد وإدارة مجموعة البطارية.يمكن استخدامه أيضًا للاتصال بين محطة شحن المركبات الكهربائية و BMS، والذي يسهل إدارة التكاليف وتخطيطها.

بروتوكولات الاتصال الناشئة الأخرى

تكنولوجيا الاتصالات 5G

• تعريف:الجيل الخامس هو الجيل الخامس من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة، مع خصائص السرعة العالية، وانخفاض فترة تأخير والقدرة الكبيرة.
• الخصائص:سرعة نقل البيانات عالية للغاية (نظرياً تصل إلى 10 جيجابايت في الثانية أو أكثر) وفترة تأخير منخفضة للغاية (منخفضة تصل إلى 1 ميس) ،تمكين الاتصال في وقت واحد ونقل البيانات في الوقت الحقيقي من الأجهزة الضخمة.
• التطبيق:يوفر دعم اتصالات أقوى للمراقبة عن بعد وتحليل البيانات والإدارة الذكية لـ BMS.يمكن استخدامه للسيطرة على المجموعة وإدارة نظم تخزين الطاقة الموزعة على نطاق واسع لتحقيق تخصيص فعال وتحسين استخدام الطاقةيمكن تطبيقه أيضا على تقنية V2G (المركبة إلى الشبكة) للسيارات الكهربائية، مما يسمح بالاتصال الفعال في الوقت الحقيقي والتفاعل بين الطاقة والمركبة وشبكة الكهرباء.

بروتوكول الاتصال الحاسوبية الحافة

• تعريف:الحوسبة الحافة هي نموذج الحوسبة الذي يدفع قوة الحوسبة وتخزين البيانات إلى حافة الشبكة.تم تصميم بروتوكولات الاتصال ذات الصلة لتحقيق اتصال فعال وتفاعل البيانات بين أجهزة الحافة.
• الخصائص:يمكن أن يقلل من تأخير نقل البيانات، وتحسين الوقت الحقيقي وكفاءة معالجة البيانات؛ يدعم التقارب والتشغيل البيني للشبكات المتعددة غير المتجانسة.
• التطبيق:في BMS ، يمكن تحقيق الاتصال منخفض الكمون والتحكم التعاوني بين أجهزة الحافة مثل معدات تخزين الطاقة ، والمحولات ، و BMS ، وما إلى ذلك ،تحسين الأداء العام وموثوقية نظام تخزين الطاقة.

CAN FD

• تعريف:CAN FD (معدل البيانات المرن) هو بروتوكول موسع يعتمد على حافلات CAN التقليدية.يمكن أن يدعم معدلات نقل بيانات أعلى وأطوال إطارات بيانات أكبر مع الحفاظ على التوافق مع حافلات CAN.
• الخصائص:يتم إدخال معدل نقل بيانات مرن في طبقة رابط البيانات ، يصل إلى 8Mbps ؛ طول إطار البيانات متغير ، ويمكنه دعم الحد الأقصى للحمولة المفيدة من 64 بايت.
• التطبيق:مناسبة لتطبيقات BMS في المركبات الكهربائية والمركبات المستقلة وغيرها من المجالات ذات معدلات نقل البيانات العالية ومتطلبات الوقت الحقيقي ،يمكن أن تلبي بشكل أفضل احتياجات الحصول على البيانات السريعة والتحكم في أنظمة البطارية في ظل ظروف تشغيل معقدة.

CCS (خدمة الاتصالات المدمجة)

• تعريف:CCS هو بروتوكول خدمة اتصال فعال مصمم للأنظمة المدمجة.
• الخصائص:لديها خصائص البساطة والكفاءة والموثوقية ؛ فإنه يتبنى مفهوم التصميم الموجه نحو الكائنات ، والتي من السهل توسيعها وصيانتها.
• التطبيق:في بعض أنظمة BMS للسيارات الكهربائية الراقية ، يتم استخدام CCS لتحقيق اتصال سريع وموثوق به بين BMS ووحدة تحكم السيارة ، مما يحسن من أداء طاقة السيارة وسلامتها.

بروتوكول مخصص

• تعريف:بروتوكول اتصالات مخصص تم تطويره على أساس أنظمة بطارية محددة وحالات تطبيق.
• الخصائص:يمكن أن تلبي الاحتياجات والوظائف المحددة ، ولها مرونة عالية وقابلية للتكيف ؛ يمكن تحسينها وتحديثها باستمرار وفقًا للتطبيقات الفعلية.
• التطبيق:مناسبة لبعض تطبيقات البطارية التي لديها متطلبات خاصة لبروتوكولات الاتصال، مثل الطيران والفضاء والجيش وغيرها من المجالات،وكذلك بعض أنظمة البطارية مع وظائف مبتكرة أو خاصة.

اتجاهات تطوير واجهات بروتوكولات الاتصال BMS

• معدل نقل بيانات أعلى وعرض النطاق الترددي:مع التوسع المستمر في نطاق نظام البطارية وتحسين دقة جمع البياناتيتم تقديم متطلبات أعلى لمعدل نقل البيانات وعرض النطاق الترددي لواجهات الاتصالات والبروتوكولاتسوف تتطور تكنولوجيا الاتصالات المستقبلية BMS في اتجاه دعم معدلات بيانات أعلى وعرض النطاق الترددي الأكبر لتلبية احتياجات المراقبة والتحكم في الوقت الحقيقي لأنظمة البطارية.
• قدرة وموثوقية أقوى لمكافحة التدخل:عادة ما تعمل أنظمة البطاريات في بيئات كهرومغناطيسية معقدة ، وتحتاج واجهات بروتوكولات الاتصال إلى قدرة ومصداقية أقوى لمكافحة التداخل.من خلال اعتماد تكنولوجيا تعديل الإشارة المتقدمة، خوارزميات تشفير تصحيح الأخطاء، والتصميم الزائد، وتحسين أداء مكافحة التداخل وموثوقية نظام الاتصال،ويتم ضمان العمل المستقر لنظام البطارية في البيئات القاسية.
• انخفاض استهلاك الطاقة والتكلفة:في بعض الأجهزة الإلكترونية المحمولة وأنظمة تخزين طاقة البطاريات الصغيرة ، فإن متطلبات استهلاك الطاقة وتكاليف واجهات البروتوكولات الاتصالات مرتفعة.,سيتم استكشاف تقنيات الاتصالات منخفضة الطاقة ومنخفضة التكلفة وحلول التصميم بشكل مستمر ، مثل استخدام تكنولوجيا جمع الطاقة ، وتحسين كومة بروتوكولات الاتصالات ، إلخ.لخفض استهلاك الطاقة الاتصالات وتكلفة BMS.
• مزيد من التوافق والتشغيل المشترك:مع التكامل المتزايد وشبكات أنظمة البطاريات، أصبحت توافق الاتصالات والتشغيل التشغيلي بين أجهزة BMS من الشركات المصنعة المختلفة أكثر أهمية. 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.
• التكامل العميق مع التقنيات الناشئة:سيتم دمج واجهات بروتوكولات الاتصال في BMS مع التقنيات الناشئة الأخرى مثل الذكاء الاصطناعي والحوسبة الحاسوبية والبيانات الضخمة ، إلخ.لتحقيق إدارة أكثر ذكاءً وكفاءة للبطاريةعلى سبيل المثال، من خلال إدخال خوارزميات الذكاء الاصطناعي في بروتوكولات الاتصالات، يمكن تحقيق تحليل ومعالجة ذكية لبيانات الاتصالات.ويمكن تحسين قدرات تشخيص الأخطاء وتنبؤ أنظمة البطاريةيمكن استخدام تكنولوجيا الحوسبة الحافة لتغرق بعض وظائف معالجة البيانات والتحكم إلى حافة الشبكة ، مما يقلل من تأخيرات الاتصالات.وتحسين سرعة الاستجابة في الوقت الحقيقي للنظام.

ملخص

واجهات الاتصال وبروتوكولات BMS هي جزء لا غنى عنه من نظام إدارة البطارية.تحسين كفاءة استخدام الطاقة، وتعزيز تطوير صناعة الطاقة الجديدة. من السلكية إلى اللاسلكية، من التقليدية إلى الناشئة،يظهر تطبيق واجهات بروتوكولات الاتصال المختلفة في BMS تنوعها ومرونتها في التكيف مع سيناريوهات التطبيق المختلفة واحتياجات التنمية التكنولوجيةفي المستقبل، مع الابتكار المستمر والتقدم التكنولوجي، سوف تتطور واجهات بروتوكولات الاتصال في بي إم إس في اتجاه أعلى الأداء،طريقة أكثر ذكاءً وموثوقية، وتوفير دعم قوي للتنمية المستدامة لصناعة الطاقة الجديدة والمساعدة في تحقيق التنمية المستدامة للطاقة العالمية.