Um sistema de armazenamento de energia industrial e comercial consiste em sistema de baterias (incluindo BMS), EMS, PCS, ar condicionado, sistema de proteção contra incêndio, sistema de monitoramento e alarme, etc. Dentre esses componentes, o BMS e o EMS, como unidades de controle principais do sistema de armazenamento de energia, têm a importante responsabilidade de gerenciar as baterias e a energia, respectivamente, e suas funções, desempenho e compatibilidade de software e hardware estão diretamente relacionados à segurança da aplicação do sistema de armazenamento de energia e ao retorno do investimento.
Sistema de gerenciamento de bateria (BMS)Ao assumir a responsabilidade pela detecção no sistema, ele pode monitorar e controlar sistemas de armazenamento de baterias para garantir sua segurança, estabilidade e desempenho.
Sistema de Gestão de Energia (EMS)Responsável pela tomada de decisões no sistema, geralmente se refere ao sistema integrado de gerenciamento de energia para regulação e controle, implementado em usinas de armazenamento de energia em baterias de lítio, que permite o monitoramento e diagnóstico em tempo real.
Sistema de Conversão de Energia (PCS)Responsável pela execução no sistema, é uma parte fundamental da central de armazenamento de energia, controlando o carregamento e descarregamento das baterias e realizando a conversão CA/CC para fornecer energia diretamente às cargas CA na ausência da rede elétrica.
Sistema de gerenciamento de bateria (BMS)
O nome completo de BMS é Battery Management System (Sistema de Gerenciamento de Bateria), que se refere ao subsistema utilizado para gerenciar o sistema de armazenamento de energia da bateria.
Função
O BMS é composto principalmente por um módulo de monitoramento, um módulo de controle, um módulo de comunicação e outras partes. Sua principal função é monitorar e controlar o estado da bateria em tempo real, incluindo tensão, corrente, temperatura, SOC (estado de carga) e outros parâmetros. Além disso, o BMS também pode proteger e controlar a bateria para garantir sua segurança e prolongar sua vida útil.
Para evitar sobrecarga e descarga excessiva da bateria, prolongando assim sua vida útil e melhorando a eficiência de seu uso.
Além disso, o BMS também desempenha a função de análise de dados, calculando e analisando o SOC (capacidade restante da bateria) e o SOH (estado de saúde da bateria) para monitorar seu estado e, caso detecte alguma anormalidade, reportá-la imediatamente, permitindo que o usuário seja notificado o quanto antes.
Arquitetura de Consciência em Camadas
Na maioria dos sistemas BMS, existe uma arquitetura de três camadas.
1. Camada inferior: BMU escrava, cuja função principal é realizar a aquisição da tensão e temperatura das células da bateria, sendo responsável pela execução da estratégia de equalização da bateria. A aquisição de informações comunica-se com a segunda camada por meio de um link de comunicação, geralmente utilizando CAN ou comunicação em cadeia.
2. Camada intermediária: Unidade de Controle Principal (BCU). As principais funções deste nível são coletar informações sobre tensão, corrente e isolamento do conjunto de baterias, controlar os contatores para proteção do conjunto de baterias, coletar informações da Unidade de Gerenciamento de Bateria (BMU) de primeiro estágio e estimar o estado da bateria (SoX). As informações são coletadas e comunicadas com o terceiro estágio por meio de um link de comunicação, geralmente utilizando CAN ou Ethernet.
3. Nível superior: Controle geral para gerenciamento do conjunto de baterias. A principal função deste nível é coletar as informações transmitidas pela BCU de segundo nível, armazenar e exibir essas informações, etc., com função de alarme em tempo real, função de controle e feedback de contato do disjuntor principal e função de comunicação em tempo real com o PCS, EMS e monitoramento local.
Requisitos técnicos
Em comparação com o BMS para baterias de veículos elétricos, o BMS para armazenamento de energia possui uma estrutura mais complexa.
Primeiramente, a capacidade da bateria varia de acordo com o nível de gerenciamento de energia (BMS), sendo que conexões em série e em paralelo exigem um número maior de baterias.
O BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) tem requisitos mais elevados para conexão à rede elétrica. A conexão com a rede elétrica é mais complexa. Já a bateria de potência, por estar conectada ao sistema eletrônico do veículo, possui requisitos técnicos menores.
Mercado
Existem três tipos principais de empresas envolvidas no mercado de BMS (Sistemas de Gerenciamento de Bateria): fabricantes de veículos, fabricantes de baterias de alta potência e produtores independentes de BMS. Os fabricantes de veículos e de baterias atuam tanto na forma de pesquisa e desenvolvimento independentes quanto em desenvolvimento cooperativo com fornecedores de BMS. A maioria das principais fabricantes nacionais de baterias de alta potência, como BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke e AVIC Li-power, adota o modelo BMS+PACK, fornecendo tanto baterias quanto sistemas de gerenciamento de bateria. Os produtores independentes de BMS contam atualmente com um grande número de participantes, e suas linhas de produtos atendem a diversos setores.
Atualmente, as principais empresas do setor de BMS (Sistemas de Gerenciamento de Baterias) da China possuem vantagens evidentes. Em 2022, a participação dos dez maiores fabricantes na capacidade instalada de BMS para baterias de energia renovável na China foi de 76,1%. Entre eles, as três maiores empresas são BYD, Ningde Times e Tesla, todas fabricantes de veículos e baterias, com participações de 26,4%, 16,9% e 9%, respectivamente. A participação de fabricantes independentes de BMS é relativamente baixa, sendo que a maior fabricante independente de BMS da China, a Li Xinneng, ocupa a quarta posição em termos de participação, mas sua participação total é de apenas 6,7%.
Passando de funções básicas para funções avançadas
1. Maior confiabilidade
Como cada unidade de bateria possui seu próprio sistema de monitoramento e controle, a confiabilidade de um BMS distribuído é maior. Mesmo que uma única bateria falhe, as outras podem continuar funcionando normalmente, e o desempenho geral do sistema não será afetado significativamente.
2. Fácil de manter e atualizar.
Devido à estrutura relativamente simples de um BMS distribuído, cada célula de bateria pode operar de forma independente, facilitando a manutenção e a atualização. Quando uma unidade de bateria apresenta defeito, ela pode ser substituída diretamente, sem a necessidade de desligar todo o sistema para manutenção e atualização.
3. Maior flexibilidade
O sistema de monitoramento e controle do BMS distribuído está disperso em cada unidade de bateria, tornando o sistema mais flexível. O número de células da bateria pode ser aumentado ou diminuído de acordo com a demanda real, sem a necessidade de considerar a complexidade do sistema como um todo distribuído.
Sistema de Gestão de Energia (EMS)
O EMS (Sistema de Gerenciamento de Energia), também conhecido como sistema de gestão de energia, embora não ocupe uma grande parte do sistema total de armazenamento de energia, é um componente central extremamente importante. Geralmente, refere-se à regulação e ao controle de usinas de armazenamento de energia em baterias de lítio que utilizam um sistema integrado de gerenciamento de energia.
Organização
O sistema de gestão de energia inclui várias partes, que serão apresentadas a seguir.
1. Monitoramento e coleta: O sistema de gerenciamento de energia monitora a geração, o armazenamento e o consumo de energia na instalação de armazenamento de energia em tempo real por meio de sensores e equipamentos de instrumentação. Ele é capaz de coletar uma variedade de dados, incluindo o status de carga e descarga da bateria, temperatura, tensão, corrente e outros.
2. Análise e otimização de dados: O sistema de gestão de energia utiliza tecnologia avançada de análise de dados para processar e analisar os dados coletados, a fim de compreender o estado de funcionamento e o desempenho do sistema energético. Através da análise de dados, é possível identificar potenciais problemas no sistema energético e fornecer sugestões de otimização, como o ajuste das estratégias de carga e descarga e a otimização da eficiência do uso de energia.
3. Programação e controle de energia: O sistema de gestão de energia pode programar e controlar a energia de forma inteligente, com base na demanda de energia em tempo real e na operação do sistema. Ele pode organizar de forma racional as operações de carga e descarga das instalações de armazenamento de energia, de acordo com a previsão de demanda, a situação do preço da eletricidade, a carga da rede e outros fatores, a fim de alcançar a utilização eficiente e a economia de energia.
4. Detecção de falhas e proteção de segurança: O sistema de gerenciamento de energia pode detectar e alertar em tempo real sobre condições de falha na instalação de armazenamento de energia, como descarga excessiva da bateria, sobrecarga e anomalias de temperatura, a fim de garantir a operação segura da instalação. Ao mesmo tempo, ele também pode ser integrado ao sistema de rede de distribuição para realizar o controle e a proteção remotos das instalações de armazenamento de energia.
A otimização da estratégia de operação e do projeto da estratégia de controle é o ponto-chave.
O desenvolvimento de uma estratégia de operação e controle otimizadas é o ponto central e a principal dificuldade dos produtos EMS.
Considerando as características de carga e descarga do armazenamento de energia, os custos de carga e descarga das unidades de armazenamento e os benefícios da aplicação do armazenamento de energia, e sob a premissa de atender aos requisitos de controle de despacho da rede, o projeto de estratégias otimizadas de operação e controle pode aumentar os benefícios econômicos da operação do sistema de armazenamento de energia e melhorar vários índices técnicos.
Os produtos EMS geralmente atuam como uma ponte entre o sistema de armazenamento de energia e os sistemas de informação de nível superior.
O sistema de armazenamento de energia pode integrar-se ao planejamento da rede elétrica, ao planejamento de usinas virtuais, à interação "fonte-rede-carga-armazenamento", etc., por meio do EMS (Sistema de Gerenciamento de Energia).
Os produtos EMS e o planejamento da rede elétrica, entre outras atividades, possuem estreita coordenação e, em termos de função, apresentam certa similaridade. A empresa precisa compreender as características operacionais da rede, e o conhecimento técnico acumulado pelas empresas de tecnologia da informação do lado da rede permite a formação de uma capacidade de reutilização, o que representa uma certa vantagem.
