産業用および商業用エネルギー貯蔵システムは、バッテリーシステム（BMSを含む）、EMS、PCS、空調、防火システム、監視および警報システムなどで構成され、エネルギー貯蔵システムのコア制御ユニットであるBMSとEMSは、それぞれバッテリー管理とエネルギー管理という重要な責任を担っており、それらの機能、性能、ソフトウェアとハードウェアの適合性は、エネルギー貯蔵システムの安全性と投資収益率に直接関係します。
バッテリー管理システム（BMS）システム内のセンシングを担当することで、バッテリー蓄電システムを監視および制御し、その安全性、安定性、および性能を確保できます。
エネルギー管理システム（EMS）システムにおける意思決定を担当し、一般的にはリチウムイオン電池エネルギー貯蔵発電所向けに導入された、リアルタイムの監視と診断を実現する規制および制御統合エネルギー管理システムを指します。
電力変換システム（PCS）システム内での実行を担当し、エネルギー貯蔵プラントの重要な部分であり、バッテリーの充電と放電を制御し、電力網がない場合に交流負荷に直接電力を供給するために交流/直流変換を実行します。
バッテリー管理システム（BMS）
BMSの正式名称はバッテリー管理システム（Battery Management System）で、バッテリーエネルギー貯蔵システムを管理するために使用されるサブシステムを意味します。
関数
BMSは主に監視モジュール、制御モジュール、通信モジュールなどで構成されています。その主な機能は、バッテリー電圧、電流、温度、SOCなどのパラメータを含むバッテリーの状態をリアルタイムで監視および制御することです。さらに、BMSはバッテリーを保護および制御することで、バッテリーの安全性と寿命を確保することもできます。
バッテリーの過充電や過放電を防ぎ、バッテリーの寿命を延ばし、バッテリーの使用効率を向上させるため。
それだけでなく、BMSはデータ分析の役割も担っており、バッテリーの状態を監視するために、バッテリーのSOC（バッテリー残量）とSOH（バッテリーの健全性）を計算・分析する必要があります。異常情報があれば、速やかに報告されるため、ユーザーはバッテリーに異常が発生したことをタイムリーに知ることができます。
階層型認識アーキテクチャ
ほとんどのBMSシステムでは、3層アーキテクチャが採用されています。
1. 最下層：スレーブBMU。この層の主な機能は、バッテリーセルの電圧と温度を取得し、バッテリー均等化戦略を実行することです。情報取得は、通信リンクを介して第2層と通信し、通常はCANまたはデイジーチェーン通信を使用します。
2. 中間層：メイン制御BCU。この層の主な機能は、クラスター電圧、電流、クラスター絶縁情報の収集、バッテリーパック保護用コンタクタの制御、第1段BMUからの情報の収集、およびバッテリー状態（SoX）の推定です。収集された情報は、通常CANまたはイーサネットを使用する通信リンクを介して第3段と通信されます。
3. 上位レベル：バッテリークラスタ管理のための総合制御。このレベルの主な機能は、第2レベルのBCUから送信される情報を収集し、情報を保存および表示することなどであり、リアルタイムアラーム機能、主回路ブレーカーの制御および接点フィードバック機能、PCS、EMS、およびローカル監視とのリアルタイム通信機能を備えています。
技術要件
自動車用パワーバッテリーのBMSと比較すると、エネルギー貯蔵用BMSはより複雑な構造をしている。
まず、バッテリーの容量やレベルが異なり、BMSによる電源管理レベルが高いほど、直列接続や並列接続にはより多くのバッテリーが必要になります。
BMSは系統連系に関してより高い要求水準を持っています。系統連系に対する要求水準が高いのです。パワーバッテリーはバッテリーと車両の電子システムに接続されるため、技術的な要求水準は低くなります。
市場
BMS市場には、自動車メーカー、パワーバッテリーメーカー、独立系BMSメーカーの3つの主要な企業が関わっています。自動車メーカーとバッテリーメーカーは、独自開発またはBMSサプライヤーとの共同開発という形で事業を展開しています。BYD、寧徳時代、国軒高科、AVIC Li-powerバッテリーメーカーなど、国内のパワーバッテリー大手企業の多くは、BMS+PACK方式を採用し、バッテリーパックとBMSパッケージを提供しています。独立系BMSメーカーは現在、多数の企業が参入しており、BMS製品ラインは複数の業界に供給可能です。
現在、中国のBMS業界の大手企業は明らかに優位に立っており、具体的には、2022年の中国の新エネルギー用バッテリーBMSの設置容量上位10社のシェアは76.1%です。その中で、上位3社はBYD、寧徳時代、テスラで、いずれも自動車メーカー兼バッテリーメーカーであり、シェアはそれぞれ26.4%、16.9%、9%です。独立系BMSメーカーのシェアは比較的低く、中国最大の独立系BMSメーカーである李新能はシェアで4位ですが、全体のシェアはわずか6.7%です。
基本的な機能から高度な機能へ
1. 信頼性の向上
各バッテリーユニットに独自の監視・制御システムが搭載されているため、分散型BMSの信頼性は高くなります。たとえ1つのバッテリーが故障しても、他のバッテリーは正常に動作し続けるため、システム全体の性能に大きな影響はありません。
2. メンテナンスとアップグレードが容易
分散型BMSの構造は比較的シンプルなので、各バッテリーセルは独立して動作でき、メンテナンスやアップグレードが比較的容易です。バッテリーユニットが故障した場合でも、システム全体を停止してメンテナンスやアップグレードを行うことなく、直接交換できます。
3. より高い柔軟性
分散型BMSの監視・制御システムは各バッテリーユニットに分散されているため、システムの柔軟性が向上します。バッテリーセルは実際の需要に応じて増減させることができ、分散型システム全体の複雑さを考慮する必要がありません。
エネルギー管理システム（EMS）
EMS（エネルギー管理システム）は、エネルギー貯蔵システム全体に占める割合はそれほど大きくないものの、エネルギー貯蔵システム全体の極めて重要なコアコンポーネントです。一般的には、リチウムイオン電池蓄電発電所の調整と制御を行う統合エネルギー管理システムを指します。
組織
エネルギー管理システムはいくつかの部分から構成されており、それらは以下のように示されます。
1. 監視とデータ収集：エネルギー管理システムは、センサーや計測機器を通して、エネルギー貯蔵施設におけるエネルギーの生成、貯蔵、消費をリアルタイムで監視します。バッテリーの充電・放電状態、温度、電圧、電流など、さまざまなデータを収集できます。
2. データ分析と最適化：エネルギー管理システムは、高度なデータ分析技術を用いて収集したデータを処理・分析し、エネルギーシステムの稼働状況と性能を把握します。データ分析を通じて、エネルギーシステムにおける潜在的な問題点を特定し、充電・放電戦略の調整やエネルギー利用効率の最適化など、最適化に関する提案を行うことができます。
3. エネルギーのスケジューリングと制御：エネルギー管理システムは、リアルタイムのエネルギー需要とシステム動作に基づいて、エネルギーをインテリジェントにスケジューリングおよび制御できます。需要予測、電力価格状況、系統負荷などの要因に応じて、エネルギー貯蔵設備の充放電動作を合理的に調整し、エネルギーの効率的な利用と節約を実現します。
4．故障検出と安全保護：エネルギー管理システムは、蓄電池の過放電、過充電、温度異常などのエネルギー貯蔵設備の故障状態を適時に検出し、警報を発することで、エネルギー貯蔵設備の安全な運用を保証します。同時に、配電網システムと連携することで、エネルギー貯蔵設備の遠隔制御と保護を実現することも可能です。
運用戦略と制御戦略設計の最適化が重要なポイントです
最適化された運用戦略と制御戦略の設計は、EMS製品の核心であり、同時に最も難しい点でもある。
エネルギー貯蔵の充放電特性、エネルギー貯蔵ユニットの充放電コスト、エネルギー貯蔵の利用上の利点を考慮し、系統運用制御要件を満たすことを前提として、最適化された運用および制御戦略を設計することで、エネルギー貯蔵システムの運用における経済的利益を高め、様々な技術指標を向上させることができる。
EMS製品は一般的に、エネルギー貯蔵システムと上位レベルの情報システムとの間の橋渡し役を果たします。
エネルギー貯蔵システムは、EMSを介して、電力系統のスケジューリング、仮想発電所のスケジューリング、「電源－電力系統－負荷－貯蔵」の相互作用などに参加することができる。
EMS製品とグリッドスケジューリングなどは密接に連携しており、機能面でも一定の類似性があるため、企業はグリッドの運用特性を理解する必要があり、グリッド側の情報技術企業が持つ知識ノウハウを深く掘り下げて蓄積することで、再利用能力を形成でき、一定の優位性を持つことができる。
