Промышленные и коммерческие системы хранения энергии включают в себя аккумуляторную систему (включая BMS), систему управления энергопотреблением (EMS), систему управления питанием (PCS), систему кондиционирования воздуха, систему противопожарной защиты, систему мониторинга и сигнализации и т. д., при этом BMS и EMS, как основные блоки управления системой хранения энергии, несут важную ответственность за управление батареями и управление энергией соответственно, а их функции, производительность и согласованность программного и аппаратного обеспечения напрямую связаны с безопасностью применения системы хранения энергии и окупаемостью инвестиций.
Система управления батареями (BMS)Благодаря тому, что устройство отвечает за мониторинг и управление системами хранения энергии, оно может обеспечивать их безопасность, стабильность и производительность.
Система управления энергопотреблением (СУЗ): отвечает за принятие решений в системе, обычно это относится к интегрированной системе управления энергопотреблением, разработанной для электростанций с литий-ионными аккумуляторными батареями, обеспечивающей мониторинг и диагностику в режиме реального времени.
Система преобразования энергии (PCS)Отвечает за выполнение операций в системе, является ключевой частью системы хранения энергии, контролируя зарядку и разрядку батарей и осуществляя преобразование переменного тока в постоянный для прямой подачи электроэнергии к нагрузкам переменного тока в отсутствие сети.
Система управления батареями (BMS)
Полное название BMS — система управления батареями, что означает подсистему, используемую для управления системой хранения энергии на основе батарей.
Функция
Система управления батареей (BMS) в основном состоит из модуля мониторинга, модуля управления, модуля связи и других компонентов. Ее основная функция заключается в мониторинге и контроле состояния батареи в режиме реального времени, включая напряжение, ток, температуру, уровень заряда и другие параметры. Кроме того, BMS также может защищать и контролировать батарею, обеспечивая ее безопасность и срок службы.
Для предотвращения перезаряда и переразряда батареи, что продлевает срок ее службы и повышает эффективность ее использования.
Более того, система управления батареей (BMS) также выполняет роль анализа данных: ей необходимо рассчитывать и анализировать SOC (оставшуюся емкость батареи) и SOH (состояние здоровья батареи), чтобы отслеживать состояние батареи, и при обнаружении каких-либо отклонений своевременно сообщать об этом, чтобы пользователь вовремя узнал о неисправности батареи.
Многоуровневая архитектура осведомленности
В большинстве систем управления зданием (BMS) используется трехуровневая архитектура.
1. Нижний уровень: ведомый блок управления батареей (Slave BMU). Функция этого уровня заключается главным образом в сборе данных о напряжении и температуре элементов батареи, а также в выполнении стратегии выравнивания заряда батареи. Полученная информация передается на второй уровень по каналу связи, обычно с использованием CAN или последовательной связи.
2. Средний уровень: Основной блок управления аккумуляторной батареей (BCU). Основные функции этого уровня заключаются в сборе информации о напряжении, токе и изоляции аккумуляторной батареи, управлении контакторами для защиты аккумуляторного блока, сборе информации от блока управления аккумуляторной батареей (BMU) первого уровня и оценке состояния батареи (SoX). Собранная информация передается на третий уровень по каналу связи, обычно с использованием CAN или Ethernet.
3. Верхний уровень: Общее управление, для управления кластером батарей. Основная функция этого уровня — сбор информации, передаваемой блоком управления батареями второго уровня, хранение и отображение этой информации и т. д., с функцией оповещения в реальном времени, функцией управления и обратной связи с главным автоматическим выключателем, а также функцией связи в реальном времени с PCS, EMS и локальным мониторингом.
Технические требования
По сравнению с системами управления батареями (BMS) для автомобильных аккумуляторных батарей, системы управления батареями для систем хранения энергии имеют более сложную структуру.
Во-первых, емкость батарей различается, уровень управления питанием через BMS выше, а для последовательного и параллельного соединения требуется больше батарей.
К системе управления батареями (BMS) предъявляются более высокие требования к подключению к сети. К подключению к сети предъявляются более высокие требования. В случае с аккумуляторной батареей, которая подключается к электронной системе автомобиля, технические требования ниже.
Рынок
На рынке систем управления батареями (BMS) участвуют три основных типа предприятий: производители автомобилей, производители силовых батарей и независимые производители BMS. Производители автомобилей и аккумуляторов ведут бизнес в форме независимых исследований и разработок или в сотрудничестве с поставщиками BMS. Большинство ведущих отечественных производителей силовых батарей, таких как BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke и AVIC Li-power battery manufacturers, используют модель BMS+PACK для производства аккумуляторных батарей и BMS-пакетов. В настоящее время на рынке представлено большое количество независимых производителей BMS, и их продукция может поставляться в различные отрасли.
В настоящее время ведущие предприятия китайской индустрии систем управления батареями (BMS) обладают очевидными преимуществами. В частности, в 2022 году доля установленных мощностей BMS на рынке новых энергетических батарей в Китае составила 76,1%. Среди них три ведущие компании — BYD, Ningde Times и Tesla, все они являются производителями автомобилей и аккумуляторов, с долей 26,4%, 16,9% и 9% соответственно. Доля независимых производителей BMS относительно низка, и крупнейший независимый производитель BMS в Китае, Li Xinneng, занимает четвертое место по доле, но его общая доля составляет всего 6,7%.
Переход от базовых к расширенным функциям
1. Более высокая надежность
Поскольку каждый аккумуляторный блок имеет собственную систему мониторинга и управления, надежность распределенной системы управления батареями (BMS) выше. Даже если выйдет из строя один аккумулятор, другие аккумуляторы продолжат нормально работать, и общая производительность системы существенно не пострадает.
2. Простота в обслуживании и модернизации.
Благодаря относительно простой структуре распределенной системы управления батареями (BMS), каждая ячейка батареи может работать независимо, поэтому техническое обслуживание и модернизация относительно просты. В случае выхода из строя аккумуляторного блока его можно заменить напрямую, без необходимости остановки всей системы для технического обслуживания и модернизации.
3. Повышенная гибкость
Система мониторинга и управления распределенной системой управления батареями (BMS) распределена в каждом аккумуляторном блоке, что обеспечивает большую гибкость системы. Количество аккумуляторных элементов может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от фактической потребности, без необходимости учитывать сложность всей распределенной системы в целом.
Система управления энергопотреблением (СУЗ)
Система управления энергопотреблением (EMS), также известная как система управления энергией, несмотря на то, что занимает не очень большую долю в общей системе хранения энергии, является чрезвычайно важным ключевым компонентом всей системы. В целом, под этим подразумевается система управления энергией, внедренная в электростанции с литий-ионными аккумуляторными батареями, для регулирования и контроля энергопотребления.
Организация
Система управления энергопотреблением включает в себя несколько компонентов, которые будут показаны ниже.
1. Мониторинг и сбор данных: Система управления энергопотреблением в режиме реального времени отслеживает выработку, хранение и потребление энергии в хранилище энергии с помощью датчиков и измерительного оборудования. Она способна собирать различные данные, включая состояние зарядки и разрядки батареи, температуру, напряжение, ток и т. д.
2. Анализ и оптимизация данных: Система управления энергопотреблением использует передовые технологии анализа данных для обработки и анализа собранных данных с целью понимания рабочего состояния и производительности энергетической системы. Анализ данных позволяет выявлять потенциальные проблемы в энергетической системе и предлагать рекомендации по оптимизации, такие как корректировка стратегий зарядки и разрядки, а также оптимизация эффективности использования энергии.
3. Планирование и управление энергопотреблением: Система управления энергопотреблением может интеллектуально планировать и контролировать энергопотребление на основе реального спроса на энергию и работы системы. Она может рационально организовывать процессы зарядки и разрядки накопителей энергии в соответствии с прогнозом спроса, ситуацией с ценами на электроэнергию, нагрузкой на сеть и другими факторами, чтобы обеспечить эффективное использование и экономию энергии.
4. Обнаружение неисправностей и защита: Система управления энергопотреблением может своевременно обнаруживать и оповещать о неисправностях в накопителе энергии, таких как чрезмерный разряд батареи, перезаряд и отклонения от нормы температуры, чтобы гарантировать безопасную работу накопителя энергии. Одновременно она может быть связана с распределительной сетью для осуществления дистанционного управления и защиты накопителей энергии.
Оптимизация операционной стратегии и разработка стратегии управления являются ключевыми моментами.
Разработка оптимизированной стратегии эксплуатации и стратегии управления является ключевым моментом и сложной задачей при работе с продуктами EMS.
С учетом характеристик зарядки и разрядки накопителей энергии, стоимости зарядки и разрядки устройств хранения энергии, а также преимуществ применения накопителей энергии и при условии выполнения требований диспетчерского управления энергосетью, разработка оптимизированных стратегий эксплуатации и управления может повысить экономическую эффективность работы системы хранения энергии и улучшить различные технические показатели.
Продукция EMS, как правило, выступает в качестве связующего звена между системой хранения энергии и информационными системами более высокого уровня.
Система хранения энергии может быть интегрирована с планированием работы сети, планированием работы виртуальной электростанции, взаимодействием «источник-сеть-нагрузка-накопитель» и т.д. посредством системы управления энергоснабжением (EMS).
Продукты EMS и системы планирования работы сети, а также другие продукты тесно взаимосвязаны и имеют определенное сходство в функциональном плане, поэтому компании необходимо понимать особенности работы сети. Глубокое изучение информационных технологий, используемых в сетях, позволяет компаниям накапливать знания и опыт, формировать навыки их повторного использования и обладает определенным преимуществом.
