HMS hat Netzwerkprobleme in einem BESS-Projekt mit einer Leistung von mehreren Megawatt mithilfe von Ferndiagnose und intelligenter CAN-Bus-Segmentierung erfolgreich gelöst und so eine effiziente und zuverlässige Kommunikation für groß angelegte BESS-Anwendungen sichergestellt.
Ein Batterie-Energiespeicher (BESS), der in der Regel auf elektrochemischer Basis basiert, ist darauf ausgelegt, elektrische Ladung durch den Einsatz speziell entwickelter Batterien zu speichern, damit die gespeicherte Energie später genutzt werden kann. Fortschritte bei der Batterieentwicklung haben BESS nun zur kommerziellen Realität gemacht.
Während die Kosten im Vergleich zum Netzstrom immer noch hoch sind, sind die Kosten für die Energiespeicherung dennoch in den letzten zwei Jahren um 50 % gesunken. Viele Regierungen und Regulierungsbehörden von Versorgungsunternehmen fördern aktiv die Entwicklung von Batteriespeichersystemen mit finanziellen Anreizen, was wahrscheinlich zu weiterem Wachstum führen wird.
Ein BESS integriert eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte oder Subsysteme in einer einzigen Anwendung – von Batterien aus dem Automobilbereich über Klima-, Lüftungs- und Brandmeldesysteme aus dem Gebäudebereich bis hin zu Steuerungen aus dem industriellen Umfeld. Diese Subsysteme sind über eine Vielzahl unterschiedlicher Protokolle miteinander vernetzt.
Während diese Komponenten und Subsysteme oft ideal für die beabsichtigte Anwendung geeignet sind, kann die Kommunikation mit ihnen eine Herausforderung sein, wenn die Schnittstellenoptionen begrenzt oder gar nicht vorhanden sind. Die Mehrzahl der Systeme bietet jedoch mindestens eine serielle oder CAN-basierte RS232/485-Schnittstelle.
Aufgrund ihrer Verankerung im Automotive-Segment verfügen die in BESS verwendeten Batteriepacks häufig über eine Schnittstelle für die CAN-Kommunikation. CAN (Controller Area Network) ist ein busbasiertes System, bei dem alle Teilnehmer parallel an einen Bus geschaltet sind, der aus zwei Adern besteht, die an beiden Enden mit einem Widerstand abgeschlossen sind.
Während der frühen Phase der Inbetriebnahme eines solchen Multi-Megawatt-BESS-Projekts identifizierten die Techniker vor Ort Probleme mit der CAN-Kommunikation auf Batterieträgerebene. Dieses spezielle System vernetzte mehrere BMUs auf Rack-Ebene mit einer zentralisierten "Master"-BMU, die CAN nutzte, um eine kostengünstige Bereitstellung in großem Maßstab zu ermöglichen.
In einem CAN-Netzwerk müssen spezifische Design- und Installationsanforderungen erfüllt werden, um die Zuverlässigkeit und allgemeine Kommunikationsstabilität zu gewährleisten. Dazu gehören die Netzwerklänge und-topologie ebenso wie die Verkabelung selbst und die Abschlüsse. Da es notwendig ist, dass innerhalb einer definierten Bitzeit ein gleicher Signalpegel an allen Teilnehmern anliegt, ist die Gesamtlänge des Netzwerks begrenzt.
Das Unternehmen wandte sich an HMS Industrial Networks und bat um Unterstützung bei der Fehlersuche und Behebung. Unter der Marke Ixxat bietet HMS Kommunikationskompetenz für ein breites Spektrum von Anwendern, unter anderem aus der Energie- und Automobilindustrie. HMS war in der Lage, das vorhandene System effektiv aus der Ferne zu analysieren und Fehler zu beheben und verschiedene Lösungsansätze zu empfehlen.
Die Erfahrung von HMS im Bereich der CAN-Kommunikation in Kombination mit einem umfangreichen Werkzeugkasten an Diagnosetools und Topologiekomponenten führte zu einer erfolgreichen Lösung für den Kunden und einem weiteren groß angelegten BESS.
Ixxat bietet eine Reihe von standardisierter und kundenspezifischer Software und Hardware, die eine sichere und zuverlässige Kommunikation auf Basis von CAN, CAN FD und Industrial Ethernet in industriellen Automatisierungsgeräten wie Batteriespeichersystemen, Fahrzeugen und medizinischen Geräten ermöglichen. Das Sortiment umfasst auch Gateways für Smart-Grid-Energiesysteme.
Ixxat-Produkte von HMS für die CAN-Kommunikation, die Vernetzung und den Geräteschutz.
Bei dieser Anwendung nutzte HMS digitale Tools, um die Fehlerbehebung per Fernzugriff an einem Standort am anderen Ende der Welt zu ermöglichen. Zu den spezifischen CAN-Bus-Analysetools gehören CANcheck und USB-to-CAN V2 in Kombination mit der canAnalyser Software.
Zur Fehleranalyse führte der Kunde Signalmessungen am Bus durch und überprüfte die Verdrahtung. Durch die gemeinsame Arbeit wurden systemische Probleme auf der physikalischen Ebene frühzeitig erkannt. Durch die Analyse der CAN-Wellenformen konnte gezeigt werden, dass die Instabilität des Netzwerks auf eine zu hohe kapazitive Last in Kombination mit Signalreflexionen zurückzuführen ist.
Häufige Faktoren, die zu solchen Symptomen bei der CAN-Kommunikation beitragen, sind
Die gesamte physische Verkabelungslänge dieses Systems betrug etwa 115 m. Während ein 500-kBit CAN-Netzwerk typischerweise Längen von 100-110 m erreichen kann, schränkten die zugrunde liegenden Probleme bei diesem System die Länge weiter ein und es traten Fehler-Frames auf.
Darüber hinaus war eine Neuverkabelung des Systems und ein Kabelaustausch aufgrund von Projektanforderungen und physikalischen Einschränkungen nicht möglich. Auch die intuitive Wahl – die Implementierung von CAN-Repeatern zur "Erweiterung" des Netzwerks – war für dieses System nicht anwendbar: CAN-Repeater ermöglichen zwar eine bitweise Aktualisierung der Signalpegel, aber ihre Signalausbreitungsverzögerungszeit verlängert ein Netzwerk in Linientopologie.
Also musste ein anderer Ansatz her!
Das HMS-Team schlug vor, das gesamte Netzwerk für die CAN-Kommunikation zu segmentieren (zu unterteilen) und dabei CAN-Topologiekomponenten zu verwenden, um die Signalqualität zu verbessern.
Das große CAN-Netzwerk wurde intelligent in mehrere, kürzere Segmente unterteilt, wobei zweikanalige CAN-Bridges verwendet wurden, die eine genauere Segmentierung des Netzwerks ermöglichen. Zusätzlich wurden zwei Repeater zur Signalauffrischung verbaut. Dies ermöglichte es jedem Untersegment, die beabsichtigte Baudrate zusammen mit dem Rest des gesamten größeren Netzwerks beizubehalten. Darüber hinaus werden auch keine elektrischen Störungen in der CAN-Kommunikation über die CAN-Bridge übertragen, was die Signalqualität in allen Segmenten weiter verbessert.
"Es hat nur wenige Wochen gedauert, bis der Auftrag von Anfang bis Ende abgeschlossen war", sagt Thomas Conz, Product Line Director bei HMS Networks in Ravensburg.
"Wir haben unsere Problemlösungsfähigkeiten eingesetzt und den Kunden Schritt für Schritt mitgenommen, um das Problem aus der Ferne zu lösen. Wir brauchten also etwa zwei Wochen, um die Untersuchungsphase mit dem Kunden durchzuführen, eine Woche, um das Gerät einzusenden, und eine weitere Woche, um zu überprüfen, ob die Lösung ordnungsgemäß funktioniert. Danach konnte die Lösung in großen Mengen eingesetzt werden, und unser Kunde war in der Lage, das System endgültig zu kaufen."
Thomas Conz sieht viel Potenzial für BESS-Kunden, ihre Effizienz bei der Entwicklung, Inbetriebnahme und Inbetriebnahme ihrer BESS-Systeme vor Ort zu verbessern. Die sichere Konnektivität zwischen Batterien und der Cloud kann dazu beitragen, neue Einnahmequellen für BESS zu erschließen, einschließlich der schnell reagierenden Kommunikation mit erneuerbaren Energiequellen wie Windkraftanlagen.
Thomas Conz von HMS sagt, dass das Team in der Lage war,
die Probleme des Kunden schnell zu lösen.
Warum Sie sich für HMS Networks als zuverlässigen Anbieter industrieller Kommunikationslösungen für Ihr BESS entscheiden sollten: