ICS27.180CCSF19团体标准T/CIAPS0009—20212021年1月12日发布2021年2月1日实施中国化学与物理电源行业协会发布储能变流器与电池管理系统通信协议第2部分：Modbus通信协议CommunicationprotocolsbetweenPowerconversionsystemandbatterymanagementsystemPart2：Modbuscommunicationprotocols全国团体标准信息平台全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-2021I目次前言....................................................................................................................................................II1范围.............................................................................................................................................12规范性引用文件.........................................................................................................................13术语和定义.................................................................................................................................14通讯物理层.................................................................................................................................35数据链路层.................................................................................................................................36应用层.........................................................................................................................................47充放电总体过程.........................................................................................................................48安全策略.....................................................................................................................................59通讯方式.......................................................................................................................................510信息地址.....................................................................................................................................5附录A（规范性附录）ModbusRTU指令......................................................................................8全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-2021II前言本标准按照GB/T1.1-2020给出的规则起草。本标准由中国化学与物理电源行业协会提出并归口。本标准负责牵头单位：科华恒盛股份有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司本标准负责起草单位：平高集团储能科技有限公司、浙江华云信息科技有限公司、南网综合能源股份有限公司、国网浙江电动汽车服务有限公司、浙江南都电源动力股份有限公司、上海派能能源科技股份有限公司、上海电气国轩新能源科技有限公司、广州智光储能科技有限公司、深圳市盛弘电气股份有限公司、施耐德电气（中国）有限公司、银隆新能源股份有限公司、蜂巢能源科技有限公司、理士国际技术有限公司、深圳库博能源科技有限公司、浙江徳升新能源科技有限公司、西安新艾电气技术有限公司、深圳迈格瑞能技术有限公司、成都特隆美储能技术有限公司、锦浪科技股份有限公司、深圳市永联科技股份有限公司、西安精石电气科技有限公司、易事特集团股份有限公司、江苏固德威电源科技股份有限公司、双一力（宁波）电池有限公司、北京鉴衡认证中心有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、阳光电源股份有限公司、深圳天邦达科技有限公司、深圳市欣旺达综合能源服务有限公司、通标标准技术服务有限公司、中认英泰检测技术有限公司、福建星云电子股份有限公司、江西星盈科技有限公司、湖南工业大学、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会等。本标准主要起草人：林金水、曾春保、贾成杰、吴心弘、阮鹏、朱伟林、严广龙、王炯耿、董栋、李达、郑海兴、陈枫、吕建、栾捷、陈威、邹慧兴、孙华、吴胜兵、任远航、李迎春、刘克勤、王君生、陈刚、郭子健、祝凌云、倪同、黄慧金、杜毅、陈凡印、杨惠坤、周刚、张涛、方刚、仇成丰、张光青、李旭、李华栋、胡龙文、张亮、宿斌、蒋应龙、陈见超、卜相楠、朱永祥、黎朝晖、刘勇、周晓晴。全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20211储能变流器与电池管理系统通信协议第2部分：Modbus通信协议1范围本标准规定了储能变流器与电池管理系统之间基于Modbus通信协议的通信物理层、数据链路层、应用层、充放电过程、安全策略、通讯方式和信息地址的相关定义及要求。本标准适用于储能变流器与电池管理系统之间基于RS485的Modbus通信协议进行的通信。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，以注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T19582.1-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分：Modbus应用协议GB/T19582.2-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分：Modbus协议在串行链路上的实现指南3术语和定义3.1储能变流器powerconversionsystem；PCS电化学储能系统中，连接于电池系统与电网（和/或负荷）之间的实现电能双向转换的变流器。3.2电池管理系统batterymanagementsystem；BMS监测电池的状态（温度、电压、电流、荷电状态等），为电池提供通信接口和保护的系统。3.3帧frame组成一个完整信息的一系列数据位。3.4禁充prohibitcharging禁止给电池充电。3.5禁放prohibitdischarging全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20212禁止给电池放电。3.6BMS心跳信号heartbeatsignalofBMSBMS正常运行标识值。3.7充电限制电压limitedchargingvoltage电池组的额定最大充电电压。3.8放电限制电压limiteddischargingvoltage电池组的额定最小放电电压。3.9充电限制电流limitedchargingcurrent电池组的最大充电电流。3.10放电限制电流limiteddischargingcurrent电池组的最大放电电流。3.11荷电状态stateofcharge；SOC当前电池组中按照规定放电条件可以释放的容量占可用容量的百分比。3.12电池健康度stateofhealth；SOH电池组满充容量相对额定容量的百分比。3.13电池功率状态stateofpower；SOP反映电池功率边界，其数值上用短时峰值功率值来表示。3.14充电可用电量availablepowerforcharging电池组的可充入电量。3.15放电可用电量availablepowerfordischarging电池组的可放出电量。全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-202134通讯物理层4.1接口定义PCS与BMS通过RS485连接，采用ModbusRTU传输模式。RS485通用的2线拓扑结构示意图如图1所示。注：对于线路终端（LT）电阻、上拉和下拉电阻的相关信息，见GB/T19582.2-2008中的7.4。图1RS485通用的2线拓扑结构4.2通信配置波特率：9600/19200/38400(优选9600)起始位：1位数据位：8位校验位：无校验停止位：1位5数据链路层Modbus协议规定了一个基础的协议数据单元（ProtocolDataUnit,PDU），该数据单元与基础的通信层无关。针对不同的总线结构，Modbus协议在PDU的基础上添加特定的附加域构成应用数据单元ADU（即ApplicationDataUnit）。通过使用ADU单元，系统数据能够正确地进行传输。通用的Modbus帧结构如图2所示。图2通用的Modbus帧结构RTU模式：当系统选择ModbusRTU模式进行通信时，两个4位的十六进制字符组成一个8位的字节。每个字节包括1个起始位，8个数据位，无校验位，1个停止位。其中默全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20214认校验模式为无校验。RTU模式下的数据帧结构如表1所示。表1ModbusRTU数据帧结构子字节地址功能码数据CRC1字节1字节0到252字节CRC低字节CRC高字节注：对于ModbusRTU数据帧结构的相关信息，见GB/T19582.2-2008中的6.5.1。6应用层采用一问一答的方式来发送数据。7充放电总体过程充放电总体控制过程如下:a)PCS与BMS物理连接完成并完成低压辅助上电；b)PCS和BMS通讯成功、无故障的条件下，设定限制指令，充放电功率，接收报文时间等充放电参数；c)按照设定的参数运行，如PCS未在规定时间内收到正确报文，即判定为超时，PCS启动保护功能，并显示“BMS通讯故障”。否则系统进行正常充放电。充放电总体过程如图3所示。图3充放电总体过程示意图全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-202158安全策略PCS和BMS的安全防护应设计为三级保护，保护等级具体要求为：第一级，通过BMS上传至PCS的限制指令（充放电电压电流、禁充/禁放）来控制PCS动作，对系统进行保护；第二级，BMS通过故障位或干接点来指令PCS进行保护动作：通信正常情况下，电池故障发生时，BMS通过故障位指令PCS进行保护动作；通信失效时，BMS通过干接点指令PCS进行保护动作。其中干接点信号默认常闭，当电池组有故障，BMS通过断开干接点信号通知PCS动作；当故障消失时，BMS应能恢复干接点信号。第三级，当前两级防护都失效时，BMS可通过指令控制关断电池主电路。9通讯方式本协议适用于主从工作方式的通信，主机（PCS）循环向从机（BMS）要求数据，从机接收请求指令，并应答相应数据。当从机收到主机的指令时，从机根据主机的功能代码的命令要求执行相关操作。功能码是在ModbusRTU协议中已经定义了常用指令代码的功能，如表2所示。表2功能码定义功能码含义备注0x04读输入寄存器按字读取0x06写单个保持寄存器按字写注：ModbusRTU传输模式的指令见附录A。10信息地址10.1读寄存器数据读取的寄存器地址及其相关数据定义见表3。表3读寄存器地址及其数据偏移地址数据定义数据长度比例系数偏移量单位备注0x0100电池组总电压2byte0.1V0x0101电池组总电流2byte0.1A有符号数，负数用补码表示。(+：放电；-：充电)0x0102SOC2byte0.1%0x0103SOH2byte0.1%0x0104充电限制电流2byte0.1A最大充电电流0x0105放电限制电流2byte0.1A最大放电电流0x0106充电限制电压2byte0.1V最大充电电压0x0107放电限制电压2byte0.1V最小放电电压全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20216表3读寄存器地址及其数据（续）偏移地址数据定义数据长度比例系数偏移量单位备注0x0108充电可用电量2byte0.1kWh0x0109放电可用电量2byte0.1kWh0x010ABMS状态字2byte具体内容见表40x010BSOP2byte0.1kW0x010C单体最高电压2byte0.001V0x010D单体最低电压2byte0.001V0x010E单体最高温度2byte0.1℃有符号数（补码）0x010F单体最低温度2byte0.1℃有符号数（补码）0x0110~0x135预留注：PCS读取BMS信息的周期为0.2s。表4BMS状态字位定义位信息数据长度数据定义说明bit0~bit34bit预留bit4~bit63bitBMS系统状态00:初始状态，01：正常状态，02：禁充，03：禁放，04：告警，05：待机，06：故障，07：保留Bit7~bit115bit无定义保留字Bit12~bit154bitBMS心跳信号0~15：心跳信号值10.2写单个保持寄存器写单个保持寄存器地址及其相关数据定义见表5表5写单个保持寄存器及其数据偏移地址数据定义数据长度比例系数偏移量单位备注0x0200请求充/放电控制2byte无请求：0x0000请求充电：0x5555请求放电：0xAAAA0x0201预留///0x0202预留//0x0203预留//10.3信息帧示例设从机地址为0x01，要查询BMS状态字。主机下发的信息帧：0104010000027037//01:地址，04:功能码，0100：从0x0100开始查询数据，0002：共查询共2个寄存器，7037为CRC校验码。从机返回的信息帧：0104041F400064FC6F//01:地址，04:功能码，04:返回4字节,1F40:电池电压全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20217800.0V，0064:电池组电流10.0A，FC6F为CRC校验码。全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20218附录A（规范性附录）ModbusRTU指令A.1读输入寄存器（功能码：0x04）主机指令(16进制)，如表A.1所示：表A.1地址功能起始地址寄存器数量CRC校验xx04高字节低字节高字节低字节低字节高字节xxxxXxxxxxxx从机回复(16进制)，如表A.2所示：表A.2地址功能字节数寄存器1…寄存器NCRC校验xx04xx高字节低字节……高字节低字节低字节高字节xxxx……xxxxxxxx注：读一个或多个寄存器通过寄存器数量来区分，寄存器数量为1则为一个寄存器，大于1则为多个寄存器。寄存器1对应起始地址。A.2写单个保持寄存器（功能码：0x06）主机指令(16进制)，如表A.3所示：表A.3地址功能寄存器地址寄存器设定值CRC校验xx06高字节低字节高字节低字节低字节高字节xxxxxxxxxxXx从机回复(16进制)，如表A.4所示：表A.4地址功能寄存器地址寄存器设定值CRC校验xx06高字节低字节高字节低字节低字节高字节xxxxxxxxxxxxA.3错误信息及数据的处理从机回复(16进制)，如表A.5所示：表A.5地址功能错误码CRC校验1byte1byte0x801byte低字节高字节1byte1byte全国团体标准信息平台T/CIAPS0009-20219BMS模块检测到除了CRC码出错以外的错误时，必须向主机回送信息，功能码的最高位置为1，即在主机发送的功能码的基础上加128。BMS通讯模块响应回送的错误码：01非法的功能码02非法的数据地址03非法的数据值04服务故障全国团体标准信息平台