CAN dans le stockage d'énergie à grande échelle
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Le stockage sur batterie est la clé de la transition des combustibles fossiles vers des systèmes énergétiques plus durables et basés sur les énergies renouvelables, et à bien des égards, les réseaux de communication sont la clé d'un meilleur stockage sur batterie. Dans cet article, l'équipe de HMS Networks explique comment elle a résolu les problèmes associés aux communications CAN (Controller Area Network) pour un client dans l'espace de stockage d'énergie.
Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS), généralement basé sur l'électrochimie, est conçu pour stocker la charge électrique en utilisant des batteries spécialement développées, de sorte que l'énergie stockée puisse être utilisée ultérieurement. Les progrès de la batterie ont maintenant transformé BESS en une réalité commerciale.
Alors que les coûts sont encore élevés par rapport à l'électricité du réseau, le coût du stockage de l'énergie a chuté. Le coût du stockage de l'énergie a diminué de 50 % au cours des deux dernières années. De nombreux gouvernements et régulateurs de services publics encouragent activement le développement de systèmes de stockage de batteries avec des incitations financières, ce qui est susceptible de conduire à une croissance supplémentaire.
Un BESS intègre une variété d'appareils ou de sous-systèmes disparates dans une seule application - des batteries utilisées dans le secteur automobile aux systèmes de climatisation, de ventilation et d'alarme incendie du secteur du bâtiment et des commandes de l'environnement industriel. Ces sous-systèmes sont mis en réseau à l'aide d'une multitude de protocoles différents.
Bien que ces composants et sous-systèmes soient souvent parfaitement adaptés à l'application prévue, la communication avec eux peut être difficile lorsque les options d'interface sont limitées ou inexistantes. Cependant, la majorité des systèmes offrent au moins une interface RS232/485 série ou basée sur CAN.
En raison de leurs racines dans le segment automobile, les batteries utilisées dans BESS fourniront souvent une interface de communication CAN. CAN (Controller Area Network) est un système basé sur un bus dans lequel tous les nœuds sont connectés en parallèle à un bus composé de deux fils, terminés aux deux extrémités par une résistance.
Problèmes de communication basés sur CAN
Au cours de la première phase de mise en service d'un tel projet BESS de plusieurs mégawatts, les techniciens du site ont identifié des problèmes de communication basés sur CAN au niveau du rack de batteries. Ce système particulier mettait en réseau plusieurs BMU au niveau du rack avec un BMU "maître" centralisé utilisant CAN afin de faciliter un déploiement à grande échelle rentable.
Dans un réseau CAN, des exigences de conception et d'installation spécifiques doivent être respectées pour maintenir la fiabilité et la stabilité globale de la communication. Ceux-ci incluent la longueur et la topologie du réseau, ainsi que le câblage lui-même et les terminaisons. Puisqu'il est nécessaire qu'un niveau de signal égal soit présent à tous les nœuds dans un temps binaire défini, la longueur totale du réseau est limitée.
La société a contacté HMS Industrial Networks pour demander de l'aide afin de dépanner et de résoudre le problème et d'assurer la stabilité des communications. Sous sa marque Ixxat, HMS offre une expertise en communication pour un large éventail d'utilisateurs, y compris ceux des secteurs de l'énergie et de l'automobile. HMS a pu analyser et dépanner efficacement le système existant à distance et recommander plusieurs approches vers une résolution.
L'expérience de HMS dans ces situations combinée à une boîte à outils complète d'outils de diagnostic et de composants de topologie a conduit à une résolution réussie pour le client et à un déploiement réussi d'un autre BESS à grande échelle.
Ixxat fournit une gamme de logiciels et de matériel standardisés et personnalisés permettant des communications sûres et fiables basées sur CAN, CAN FD et Ethernet industriel, à l'intérieur des dispositifs d'automatisation industrielle, y compris les systèmes de stockage de batterie, les voitures et les équipements médicaux. La gamme comprend des passerelles pour les systèmes énergétiques de réseau intelligent.
Dans un réseau CAN, des exigences de conception et d'installation spécifiques doivent être respectées pour maintenir la fiabilité et la stabilité globale de la communication. Ceux-ci incluent la longueur et la topologie du réseau, ainsi que le câblage lui-même et les terminaisons. Puisqu'il est nécessaire qu'un niveau de signal égal soit présent à tous les nœuds dans un temps binaire défini, la longueur totale du réseau est limitée.
La société a contacté HMS Industrial Networks pour demander de l'aide afin de dépanner et de résoudre le problème et d'assurer la stabilité des communications. Sous sa marque Ixxat, HMS offre une expertise en communication pour un large éventail d'utilisateurs, y compris ceux des secteurs de l'énergie et de l'automobile. HMS a pu analyser et dépanner efficacement le système existant à distance et recommander plusieurs approches vers une résolution.
L'expérience de HMS dans ces situations combinée à une boîte à outils complète d'outils de diagnostic et de composants de topologie a conduit à une résolution réussie pour le client et à un déploiement réussi d'un autre BESS à grande échelle.
Ixxat fournit une gamme de logiciels et de matériel standardisés et personnalisés permettant des communications sûres et fiables basées sur CAN, CAN FD et Ethernet industriel, à l'intérieur des dispositifs d'automatisation industrielle, y compris les systèmes de stockage de batterie, les voitures et les équipements médicaux. La gamme comprend des passerelles pour les systèmes énergétiques de réseau intelligent.
Diagnostic à distance à l'aide d'outils numériques
Dans cette application, HMS a utilisé des outils numériques pour permettre une assistance de dépannage à distance sur un site à l'autre bout du monde. Les outils d'analyse de bus CAN spécifiques comprenaient CANcheck et USB-to-CAN V2, combinés à l'interface logicielle CanAnalyzer.
Pour l'analyse des erreurs, le client distant a effectué des mesures de signal sur le bus et vérifié le câblage. En travaillant conjointement, les problèmes systémiques de la couche physique ont été identifiés très tôt. En analysant les formes d'onde CAN, il a été montré que l'instabilité du réseau était due à une charge capacitive excessive combinée à des réflexions de signal.
Les contributeurs communs à ces symptômes sont
De plus, le recâblage du système et le remplacement des câbles n'ont pas été possibles en raison des exigences du projet et des limitations physiques. Le choix intuitif – implémenter des répéteurs CAN pour « étendre » le réseau – était également inapplicable pour ce système : bien que les répéteurs CAN fournissent un rafraîchissement bit à bit des niveaux de signal, leur temps de propagation du signal ne fait qu'ajouter de la longueur à un réseau à topologie linéaire.
Il fallait donc une approche différente !
Pour l'analyse des erreurs, le client distant a effectué des mesures de signal sur le bus et vérifié le câblage. En travaillant conjointement, les problèmes systémiques de la couche physique ont été identifiés très tôt. En analysant les formes d'onde CAN, il a été montré que l'instabilité du réseau était due à une charge capacitive excessive combinée à des réflexions de signal.
Les contributeurs communs à ces symptômes sont
- utilisation de câblage non conforme
- longueur de câblage dépassée
- manque de blindage/mise à la terre suffisants.
De plus, le recâblage du système et le remplacement des câbles n'ont pas été possibles en raison des exigences du projet et des limitations physiques. Le choix intuitif – implémenter des répéteurs CAN pour « étendre » le réseau – était également inapplicable pour ce système : bien que les répéteurs CAN fournissent un rafraîchissement bit à bit des niveaux de signal, leur temps de propagation du signal ne fait qu'ajouter de la longueur à un réseau à topologie linéaire.
Il fallait donc une approche différente !
Segmentation intelligente du bus CAN
L'équipe HMS a proposé de segmenter (sous-diviser) l'ensemble du réseau, en utilisant des composants de topologie CAN pour améliorer la qualité du signal.
Le plus grand réseau CAN a été intelligemment divisé en plusieurs segments plus courts utilisant des ponts CAN à deux canaux, qui offrent une segmentation plus précise du réseau, avec deux répéteurs pour le rafraîchissement du signal. Cela a permis à chaque sous-segment de maintenir le débit en bauds prévu avec le reste du réseau global plus vaste. De plus, les perturbations électriques ne sont pas non plus transmises sur le pont CAN, ce qui améliore encore la qualité globale du signal sur tous les segments.
« Il n'a fallu que quelques semaines pour achever le travail du début à la fin », a déclaré Thomas Conz, directeur de la gamme de produits chez HMS Networks, basé à Ravensburg, en Allemagne.
« Nous avons appliqué nos capacités de résolution de problèmes et avons accompagné le client étape par étape pour résoudre le problème à distance. Il nous a donc fallu environ deux semaines pour faire la phase d'investigation avec le client, une semaine pour envoyer l'appareil et encore une semaine pour vérifier que la solution fonctionnait correctement. Par la suite, la solution a pu être déployée en masse et notre client a pu procéder à l'achat final du système.
Thomas Conz voit beaucoup de potentiel pour les clients BESS pour améliorer leur efficacité dans le développement, la mise en service et le déploiement de leurs systèmes BESS sur site. Une connectivité sécurisée entre les batteries et le cloud peut aider à développer de nouvelles sources de revenus pour le BESS, y compris une communication à réponse rapide avec des sources d'énergie renouvelable, telles que les éoliennes.
Le plus grand réseau CAN a été intelligemment divisé en plusieurs segments plus courts utilisant des ponts CAN à deux canaux, qui offrent une segmentation plus précise du réseau, avec deux répéteurs pour le rafraîchissement du signal. Cela a permis à chaque sous-segment de maintenir le débit en bauds prévu avec le reste du réseau global plus vaste. De plus, les perturbations électriques ne sont pas non plus transmises sur le pont CAN, ce qui améliore encore la qualité globale du signal sur tous les segments.
« Il n'a fallu que quelques semaines pour achever le travail du début à la fin », a déclaré Thomas Conz, directeur de la gamme de produits chez HMS Networks, basé à Ravensburg, en Allemagne.
« Nous avons appliqué nos capacités de résolution de problèmes et avons accompagné le client étape par étape pour résoudre le problème à distance. Il nous a donc fallu environ deux semaines pour faire la phase d'investigation avec le client, une semaine pour envoyer l'appareil et encore une semaine pour vérifier que la solution fonctionnait correctement. Par la suite, la solution a pu être déployée en masse et notre client a pu procéder à l'achat final du système.
Thomas Conz voit beaucoup de potentiel pour les clients BESS pour améliorer leur efficacité dans le développement, la mise en service et le déploiement de leurs systèmes BESS sur site. Une connectivité sécurisée entre les batteries et le cloud peut aider à développer de nouvelles sources de revenus pour le BESS, y compris une communication à réponse rapide avec des sources d'énergie renouvelable, telles que les éoliennes.
