Los sistemas de almacenamiento de energía industriales y comerciales constan de un sistema de baterías (incluido el BMS), un EMS, un PCS, aire acondicionado, sistema de protección contra incendios, sistema de monitoreo y alarma, etc., de los cuales el BMS y el EMS, como unidades de control centrales del sistema de almacenamiento de energía, tienen la importante responsabilidad de la gestión de la batería y la gestión de la energía, respectivamente, y sus funciones, rendimiento y compatibilidad de software y hardware están directamente relacionados con la seguridad de la aplicación del sistema de almacenamiento de energía y el retorno de la inversión.
Sistema de gestión de baterías (BMS)Al encargarse de la detección en el sistema, puede monitorear y controlar los sistemas de almacenamiento de baterías para garantizar su seguridad, estabilidad y rendimiento.
Sistema de Gestión de Energía (EMS): responsable de la toma de decisiones en el sistema, generalmente se refiere al sistema integrado de gestión de energía de regulación y control lanzado para centrales eléctricas de almacenamiento de energía con baterías de litio, que permite la monitorización y el diagnóstico en tiempo real.
Sistema de conversión de energía (PCS):responsable de la ejecución en el sistema, es una parte clave de la planta de almacenamiento de energía, controlando la carga y descarga de las baterías y realizando la conversión CA/CC para suministrar energía directamente a las cargas de CA en ausencia de la red eléctrica.
Sistema de gestión de baterías (BMS)
El nombre completo de BMS es Sistema de Gestión de Baterías, que se refiere al subsistema utilizado para gestionar el sistema de almacenamiento de energía de la batería.
Función
El sistema de gestión de baterías (BMS) se compone principalmente de un módulo de monitorización, un módulo de control, un módulo de comunicación y otros componentes. Su función principal es monitorizar y controlar el estado de la batería en tiempo real, incluyendo el voltaje, la corriente, la temperatura, el estado de carga (SOC) y otros parámetros. Además, el BMS también protege y controla la batería para garantizar su seguridad y prolongar su vida útil.
Para evitar que la batería se sobrecargue o se descargue en exceso, prolongando así su vida útil y mejorando la eficiencia de su uso.
No solo eso, el BMS también desempeña la función de análisis de datos; necesita calcular y analizar el SOC (capacidad restante de la batería) y el SOH (estado de salud de la batería) para observar el estado de la batería, y si hay alguna información anormal, se informará de manera oportuna, para que el usuario sepa que la batería tiene una anomalía de manera oportuna.
Arquitectura de conciencia por capas
En la mayoría de los sistemas BMS, existe una arquitectura de tres niveles.
1. Capa inferior: BMU esclava. La función de esta capa es principalmente adquirir el voltaje y la temperatura de las celdas de la batería, y es responsable de ejecutar la estrategia de ecualización de la batería. La adquisición de información se comunica con la segunda capa a través de un enlace de comunicación, generalmente mediante CAN o comunicación en cadena.
2. Capa intermedia: Unidad de control principal (BCU). Las funciones principales de este nivel son recopilar información sobre el voltaje, la corriente y el aislamiento del clúster, controlar los contactores para la protección del paquete de baterías, recopilar información de la unidad de gestión de baterías (BMU) de primera etapa y estimar el estado de la batería (SoX). La información se recopila y se comunica con la tercera etapa mediante un enlace de comunicación, generalmente CAN o Ethernet.
3. Nivel superior: Control general para la gestión del conjunto de baterías. La función principal de este nivel es recopilar la información transmitida por la BCU de segundo nivel, almacenarla y mostrarla, etc., con función de alarma en tiempo real, con función de control y retroalimentación de contacto del interruptor principal, y con función de comunicación en tiempo real con PCS, EMS y monitoreo local.
Requisitos técnicos
En comparación con el BMS para baterías de potencia de automóviles, el BMS para almacenamiento de energía tiene una estructura más compleja.
En primer lugar, la capacidad de la batería, el nivel es diferente, la gestión BMS del nivel de suministro de energía es más alta, la conexión en serie y en paralelo requiere más baterías.
El BMS tiene mayores requisitos para la conexión a la red eléctrica. La conexión a la red eléctrica es más exigente. La batería de potencia está conectada al sistema electrónico del vehículo, por lo que los requisitos técnicos son menores.
Mercado
En el mercado de sistemas de gestión de baterías (BMS) existen tres tipos principales de empresas: fabricantes de vehículos, fabricantes de baterías y productores independientes de BMS. Los fabricantes de vehículos y de baterías realizan sus actividades comerciales mediante investigación y desarrollo independientes o en colaboración con proveedores de BMS. La mayoría de los líderes nacionales en baterías, como BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke y AVIC Li-power, adoptan el modelo BMS+PACK para ofrecer paquetes de baterías y sistemas BMS. Actualmente, existe un gran número de fabricantes independientes de BMS, cuya gama de productos puede abastecer a diversos sectores.
Actualmente, las empresas líderes del sector de sistemas de gestión de baterías (BMS) en China cuentan con claras ventajas. En concreto, en 2022, la capacidad instalada de BMS para baterías de nueva generación de los diez principales fabricantes chinos alcanzó el 76,1%. Entre ellos, las tres empresas líderes son BYD, Ningde Times y Tesla, todas ellas fabricantes de vehículos y baterías, con una participación del 26,4%, 16,9% y 9% respectivamente. La participación de los fabricantes independientes de BMS es relativamente baja. El mayor fabricante independiente de BMS en China, Li Xinneng, ocupa el cuarto lugar en términos de participación, pero su cuota total es de tan solo el 6,7%.
Pasar de funciones básicas a funciones avanzadas
1. Mayor fiabilidad
Dado que cada batería cuenta con su propio sistema de monitorización y control, la fiabilidad de un sistema de gestión de baterías distribuido (BMS) es mayor. Incluso si falla una sola batería, las demás pueden seguir funcionando con normalidad y el rendimiento general del sistema no se verá afectado significativamente.
2. Fácil de mantener y actualizar.
Debido a la relativa simplicidad de la estructura del sistema de gestión de baterías distribuido (BMS), cada celda puede funcionar de forma independiente, lo que facilita el mantenimiento y la actualización. Si una batería falla, se puede reemplazar directamente sin necesidad de apagar todo el sistema.
3. Mayor flexibilidad
El sistema de monitorización y control del BMS distribuido se encuentra integrado en cada unidad de batería, lo que confiere mayor flexibilidad al sistema. El número de celdas de batería puede aumentarse o disminuirse según la demanda real, sin necesidad de considerar la complejidad del sistema distribuido en su conjunto.
Sistema de Gestión de Energía (EMS)
El EMS (Sistema de Gestión de Energía), también conocido como sistema de gestión energética, si bien no representa una proporción muy grande del sistema de almacenamiento de energía en su conjunto, es un componente central de suma importancia. Generalmente, se refiere a la regulación y el control de una central eléctrica con baterías de litio que implementa un sistema integrado de gestión energética.
Organización
El sistema de gestión de energía incluye varias partes, que se mostrarán a continuación.
1. Monitoreo y recopilación: El sistema de gestión de energía monitorea la generación, el almacenamiento y el consumo de energía en la instalación de almacenamiento de energía en tiempo real mediante sensores y equipos de instrumentación. Es capaz de recopilar diversos datos, como el estado de carga y descarga de la batería, la temperatura, el voltaje, la corriente, etc.
2. Análisis y optimización de datos: El sistema de gestión energética se basa en tecnología avanzada de análisis de datos para procesar y analizar la información recopilada, con el fin de comprender el estado y el rendimiento del sistema. Mediante el análisis de datos, puede identificar posibles problemas y ofrecer sugerencias de optimización, como ajustar las estrategias de carga y descarga y optimizar la eficiencia en el uso de la energía.
3. Programación y control de energía: El sistema de gestión de energía puede programar y controlar de forma inteligente la energía en función de la demanda energética en tiempo real y el funcionamiento del sistema. Puede organizar de forma razonable la carga y descarga de las instalaciones de almacenamiento de energía según la previsión de la demanda, la situación de los precios de la electricidad, la carga de la red y otros factores, con el fin de lograr una utilización eficiente y un ahorro de energía.
4. Detección de fallas y protección de seguridad: El sistema de gestión de energía puede detectar y alertar oportunamente sobre fallas en la instalación de almacenamiento de energía, como descarga excesiva o sobrecarga de la batería y anomalías de temperatura, para garantizar el funcionamiento seguro de la instalación. Asimismo, puede conectarse con la red de distribución para permitir el control remoto y la protección de las instalaciones de almacenamiento de energía.
La optimización de la estrategia de operación y el diseño de la estrategia de control es el punto clave.
El diseño de una estrategia de operación y una estrategia de control optimizadas es el punto clave y la dificultad de los productos EMS.
Teniendo en cuenta las características de carga y descarga del almacenamiento de energía, los costes de carga y descarga de las unidades de almacenamiento de energía y los beneficios de la aplicación del almacenamiento de energía, y bajo la premisa de cumplir con los requisitos de control de despacho de la red, el diseño de estrategias optimizadas de operación y control puede mejorar los beneficios económicos de la operación del sistema de almacenamiento de energía y mejorar varios índices técnicos.
Los productos EMS generalmente actúan como un puente entre el sistema de almacenamiento de energía y los sistemas de información de nivel superior.
El sistema de almacenamiento de energía puede integrarse en la programación de la red, la programación de la central eléctrica virtual, la interacción "fuente-red-carga-almacenamiento", etc., a través del EMS.
Los productos EMS y la programación de la red, entre otros, están estrechamente coordinados y presentan cierta similitud funcional. La empresa necesita comprender las características operativas de la red, profundizar en el conocimiento de la información del lado de la red, acumular conocimientos y experiencia, y desarrollar la capacidad de reutilización, lo que le otorga una ventaja.
