Industrielle und kommerzielle Energiespeichersysteme bestehen aus Batteriesystemen (einschließlich BMS), Energiemanagementsystemen (EMS), Stromversorgungssystemen (PCS), Klimaanlagen, Brandschutzsystemen, Überwachungs- und Alarmsystemen usw., wobei BMS und EMS als zentrale Steuereinheiten des Energiespeichersystems die wichtige Verantwortung für das Batteriemanagement bzw. das Energiemanagement tragen. Ihre Funktionen, Leistung und die Abstimmung von Software und Hardware stehen in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit der Anwendung des Energiespeichersystems und der Rentabilität der Investition.
Batteriemanagementsystem (BMS)Durch die Übernahme der Sensorik im System kann es Batteriespeichersysteme überwachen und steuern, um deren Sicherheit, Stabilität und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.
Energiemanagementsystem (EMS): verantwortlich für die Entscheidungsfindung im System, bezieht sich im Allgemeinen auf das für Lithium-Batterie-Energiespeicherkraftwerke eingeführte integrierte Energiemanagementsystem zur Regelung und Steuerung, das Echtzeitüberwachung und -diagnose ermöglicht.
Leistungsumwandlungssystem (PCS):verantwortlich für die Ausführung im System, ist ein wichtiger Bestandteil der Energiespeicheranlage, steuert das Laden und Entladen der Batterien und führt die AC/DC-Wandlung durch, um bei Ausfall des Stromnetzes die Wechselstromverbraucher direkt mit Strom zu versorgen.
Batteriemanagementsystem (BMS)
Die vollständige Bezeichnung für BMS lautet Batteriemanagementsystem und bezeichnet das Teilsystem, das zur Steuerung des Batteriespeichersystems verwendet wird.
Funktion
Das Batteriemanagementsystem (BMS) besteht hauptsächlich aus einem Überwachungsmodul, einem Steuermodul, einem Kommunikationsmodul und weiteren Komponenten. Seine Hauptfunktion ist die Echtzeitüberwachung und -steuerung des Batteriezustands, einschließlich Batteriespannung, Stromstärke, Temperatur, Ladezustand (SOC) und weiterer Parameter. Darüber hinaus schützt und steuert das BMS die Batterie, um deren Sicherheit und Lebensdauer zu gewährleisten.
Um ein Überladen und Tiefentladen der Batterie zu verhindern und dadurch die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und die Effizienz ihrer Nutzung zu verbessern.
Darüber hinaus übernimmt das BMS auch die Rolle der Datenanalyse. Es muss den SOC (Restkapazität der Batterie) und den SOH (Gesundheitszustand der Batterie) berechnen und analysieren, um den Zustand der Batterie zu überwachen. Sobald abnormale Informationen vorliegen, werden diese zeitnah gemeldet, damit der Benutzer rechtzeitig über etwaige Batterieprobleme informiert wird.
Architektur des geschichteten Bewusstseins
Die meisten Gebäudeleitsysteme (BMS) verfügen über eine dreistufige Architektur.
1. Unterste Ebene: Slave-BMU. Die Hauptfunktion dieser Ebene besteht in der Erfassung von Batteriezellenspannung und -temperatur sowie in der Durchführung der Batterieausgleichsstrategie. Die erfassten Informationen werden über eine Kommunikationsverbindung, üblicherweise CAN oder Daisy-Chain-Kommunikation, mit der zweiten Ebene ausgetauscht.
2. Mittlere Schicht: Hauptsteuereinheit (BCU). Zu den Hauptfunktionen dieser Schicht gehören die Erfassung von Spannung, Strom und Isolationswerten der Batteriecluster, die Ansteuerung der Schütze zum Schutz des Batteriepacks, die Datenerfassung von der ersten BMU-Stufe sowie die Schätzung des Batteriezustands (SoX). Die erfassten Daten werden über eine Kommunikationsverbindung, üblicherweise CAN oder Ethernet, an die dritte Stufe übermittelt.
3. Obere Ebene: Allgemeine Steuerung für das Batteriemanagement. Die Hauptfunktion dieser Ebene besteht darin, die von der zweiten BCU-Ebene übermittelten Informationen zu erfassen, zu speichern und anzuzeigen usw., mit Echtzeit-Alarmfunktion, mit Steuerungs- und Kontaktrückmeldefunktion des Hauptleistungsschalters und mit Echtzeit-Kommunikationsfunktion mit PCS, EMS und lokaler Überwachung.
Technische Anforderungen
Im Vergleich zum Batteriemanagementsystem für Fahrzeugbatterien weist das Energiespeicher-Batteriemanagementsystem eine komplexere Struktur auf.
Zunächst einmal ist die Batteriekapazität unterschiedlich, das Leistungsniveau ist höher als beim BMS-Management, und für Reihen- und Parallelschaltungen werden mehr Batterien benötigt.
Das Batteriemanagementsystem (BMS) stellt höhere Anforderungen an den Netzanschluss. Die Anforderungen an die Verbindung mit dem Stromnetz sind höher. Die Antriebsbatterie ist mit der Fahrzeugbatterie und dem elektronischen System verbunden, daher sind die technischen Anforderungen geringer.
Markt
Der Markt für Batteriemanagementsysteme (BMS) lässt sich im Wesentlichen in drei Kategorien einteilen: Fahrzeughersteller, Hersteller von Antriebsbatterien und unabhängige BMS-Produzenten. Fahrzeughersteller und Batteriehersteller betreiben entweder eigenständige Forschung und Entwicklung oder kooperieren mit BMS-Anbietern. Die meisten führenden chinesischen Hersteller von Antriebsbatterien, wie BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke und AVIC Lithium-Ionen-Batterien, bieten ihre Produkte im BMS+PACK-Modell an und liefern so sowohl Akkupacks als auch BMS-Systeme. Zahlreiche unabhängige BMS-Hersteller beliefern mit ihren BMS-Produktlinien diverse Branchen.
Derzeit verfügen die führenden Unternehmen der chinesischen Batteriemanagementsystem-Industrie (BMS) über deutliche Vorteile. So entfielen 2022 76,1 % der installierten Kapazität der BMS für neue Energiesysteme in China auf die zehn größten Hersteller. Die drei führenden Unternehmen sind BYD, Ningde Times und Tesla – allesamt Fahrzeug- und Batteriehersteller – mit Marktanteilen von 26,4 %, 16,9 % bzw. 9 %. Der Anteil unabhängiger BMS-Hersteller ist vergleichsweise gering. Der größte unabhängige BMS-Hersteller Chinas, Li Xineng, belegte zwar den vierten Platz, erreichte aber insgesamt nur einen Marktanteil von 6,7 %.
Übergang von grundlegenden zu fortgeschrittenen Funktionen
1. Höhere Zuverlässigkeit
Da jede Batterieeinheit über ein eigenes Überwachungs- und Steuerungssystem verfügt, ist die Zuverlässigkeit eines verteilten Batteriemanagementsystems höher. Selbst wenn eine einzelne Batterie ausfällt, können die anderen Batterien weiterhin normal funktionieren, und die Gesamtleistung des Systems wird nicht wesentlich beeinträchtigt.
2. Wartungs- und aufrüstungsfreundlich.
Da die Struktur eines verteilten Batteriemanagementsystems (BMS) relativ einfach ist, kann jede Batteriezelle unabhängig arbeiten, wodurch Wartung und Aufrüstung vergleichsweise einfach sind. Fällt eine Batterieeinheit aus, kann sie direkt ausgetauscht werden, ohne dass das gesamte System für Wartungs- und Aufrüstungsarbeiten abgeschaltet werden muss.
3. Höhere Flexibilität
Das Überwachungs- und Steuerungssystem des verteilten Batteriemanagementsystems (BMS) ist auf die einzelnen Batterieeinheiten verteilt, wodurch das System flexibler wird. Die Anzahl der Batteriezellen kann je nach Bedarf erhöht oder verringert werden, ohne die Komplexität des gesamten verteilten Systems berücksichtigen zu müssen.
Energiemanagementsystem (EMS)
Das Energiemanagementsystem (EMS) ist zwar ein relativ kleiner Bestandteil des gesamten Energiespeichersystems, stellt aber dennoch eine äußerst wichtige Kernkomponente dar. Es bezeichnet im Allgemeinen die Regelung und Steuerung eines integrierten Energiemanagementsystems für Lithium-Batteriespeicher in Kraftwerken.
Organisation
Das Energiemanagementsystem besteht aus mehreren Teilen, die im Folgenden dargestellt werden.
1. Überwachung und Datenerfassung: Das Energiemanagementsystem überwacht die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch von Energie in der Energiespeicheranlage in Echtzeit mithilfe von Sensoren und Messgeräten. Es kann eine Vielzahl von Daten erfassen, darunter Lade- und Entladestatus der Batterie, Temperatur, Spannung, Stromstärke usw.
2. Datenanalyse und Optimierung: Das Energiemanagementsystem nutzt fortschrittliche Datenanalysetechnologien, um die erfassten Daten zu verarbeiten und zu analysieren und so den Betriebszustand und die Leistung des Energiesystems zu verstehen. Durch die Datenanalyse können potenzielle Probleme im Energiesystem identifiziert und Optimierungsvorschläge unterbreitet werden, beispielsweise zur Anpassung von Lade- und Entladestrategien und zur Optimierung der Energienutzungseffizienz.
3. Energieplanung und -steuerung: Das Energiemanagementsystem plant und steuert den Energieverbrauch intelligent auf Basis des Echtzeit-Energiebedarfs und des Systembetriebs. Es optimiert das Laden und Entladen von Energiespeichern anhand von Bedarfsprognosen, Strompreisentwicklung, Netzlast und weiteren Faktoren, um eine effiziente Energienutzung und -einsparung zu gewährleisten.
4. Fehlererkennung und Sicherheitsschutz: Das Energiemanagementsystem erkennt und meldet Fehlerzustände in der Energiespeicheranlage, wie z. B. Tiefentladung, Überladung und Temperaturabweichungen der Batterie, um deren sicheren Betrieb zu gewährleisten. Gleichzeitig ermöglicht es die Anbindung an das Verteilnetz zur Fernsteuerung und zum Schutz der Energiespeicheranlage.
Die Optimierung der Betriebs- und Kontrollstrategie ist der entscheidende Punkt.
Die Entwicklung einer optimierten Betriebs- und Steuerungsstrategie ist der Kernpunkt und die größte Schwierigkeit bei EMS-Produkten.
Unter Berücksichtigung der Lade- und Entladecharakteristika von Energiespeichern, der Lade- und Entladekosten von Energiespeichereinheiten und der Vorteile der Energiespeicheranwendung sowie unter der Voraussetzung, dass die Anforderungen der Netzleitsteuerung erfüllt werden, kann die Entwicklung optimierter Betriebs- und Steuerungsstrategien den wirtschaftlichen Nutzen des Betriebs von Energiespeichersystemen steigern und verschiedene technische Kennzahlen verbessern.
EMS-Produkte fungieren im Allgemeinen als Brücke zwischen dem Energiespeichersystem und übergeordneten Informationssystemen.
Das Energiespeichersystem kann über das Energiemanagementsystem (EMS) in die Netzplanung, die virtuelle Kraftwerksplanung, die Interaktion zwischen Quelle, Netz, Last und Speicher usw. eingebunden werden.
EMS-Produkte und Netzplanung sowie andere Aspekte sind eng aufeinander abgestimmt und weisen in ihrer Funktion gewisse Ähnlichkeiten auf. Das Unternehmen muss die Betriebseigenschaften des Netzes verstehen. Durch die intensive Auseinandersetzung mit netzseitigen Informationstechnologieunternehmen, die über entsprechendes Wissen und Know-how verfügen, kann es die Fähigkeit zur Wiederverwendung entwickeln und dadurch einen gewissen Vorteil erlangen.
