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儲能系統為什麼也非常重視電池BMS的管理,核心技術有哪些?

作者:嶽峰雲母新材料

在6月份的比亞迪股東大會上,比亞迪董事長王傳福稱,儲能優選磷酸鐵锂電池,美國在儲能業務上已經在逐漸替換三元锂的電芯。

儲能電池最重要的就是安全問題,汽車平均每天隻工作2小時,1個電芯短路損失的是一輛車的成本。儲能電池每天工作24小時,投入量級大,1個電芯出現問題會引發資産災難及環境問題。

儲能電池的安全管理問題也成了儲能廠商關注的重中之重。

在全球碳中和的背景下,全球儲能市場步入了飛速發展的階段,2023年全球處呢鞥市場新增裝機規模達到了103.5GWh。

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其中中國儲能市場是新增占比最高的國家,據統計,2023年中國儲能市場新增裝機規模達到了51GWh,同比增長221%,約占全球的49%。

國家政策扶持成為儲能發展的有力推手

據統計,2023年中國出台關于工商業儲能的政策共計231條,其中補貼政策共計32條,成為推動中國工商業儲能發展的有力手段。

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各省份也出台了相關的儲能裝機目标,其中山西省以“2025年10GW”的裝機規劃為列第一,以“容量補貼”、“投資補貼”為主的各類補貼成為了儲能裝機的核心驅動力量。

儲能技術與發展

1.儲能系統的組成部分

儲能電池:儲能系統的核心部件,用于儲存電能。常見的電池類型包括锂離子電池、鉛酸電池等。

儲能變流器:儲能雙向變流器(PCS)實作電池與電網間的交直流轉換,完成雙向能量流動,并實作充放電管理、網側負荷功率等跟蹤等功能。

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儲能電池管理系統(BMS):負責監控和控制電池的狀态、充放電過程,以及保護電池免受過充、過放、過流等異常情況的影響。

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高溫、過充、内部短路等導緻電池内部化學反應失控,産生大量熱量并可能引發火災或爆炸的現象。随着電池儲能系統的廣泛應用,熱失控問題的問題也受到重視,對于儲能BMS來說,預防和控制熱失控是保障系統安全的關鍵。

這就需要BMS能夠很好的對儲能電池進監管,以保證電池的安全。

對于儲能BMS來說,電池的均衡技術也很重要,電池組是由多個電池串聯而成的,不同的單體電池的電流大小、溫度等存在差異,整個電池系統裡單體電池間的差異近似滿足正太分布,在電池組全生命周期,随着時間的延續,上百節電池成組後實際可用的有效容量不斷減小,電池組呈現更大的離散性,一緻性即越差,電池系統的充放電能力就越差,對應的電池應用經濟效益同樣越差,對應的電池應用經濟效益同樣越差。

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儲能能量管理系統(EMS):儲能EMS就像作業系統之于計算機,人腦之于人體,對電站的實時運作狀态資訊進行監控,包括系統功率曲線、電池、電壓溫度資訊等,并可遠端控制及下載下傳資料。

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結合儲能場景一般分為兩大類:

源網側儲能EMS,通常也稱為儲能電站監控系統,已有相關國家标準,在網絡安全,性能要求,高可用性等有非常高的要求,且為了安全性,往往都是本地運作,和公網有很好的隔絕。通常配置高性能伺服器,設定工作站,為現場運維人員日常就地使用

特點:配置複雜、備援性大、成本高

使用者側儲能EMS,暫無相關顧家标準,且使用者側儲能電站容量較小,投資規模小,位置分散,鮮有安排有人就地值守,是以使用者側儲能EMS天然需要支援遠端監控。

特點:成本要求低,在硬體配置,性能要求等方面都遜于源網側。

2.儲能系統內建技術路線

儲能系統內建技術對于儲能應用具有重要意義,從應用角度出發,電池、PCS等裝置能夠以內建系統為單元,統一接受上層能量管理系統的排程與控制,上層能量管理系統不必協調底層裝置的運作與控制,即可實作彼此間控制範圍與時間尺度上的清晰劃分。從裝置研制角度出發,儲能系統內建技術可實作裝置與應用領域的銜接,為裝置的子產品化、标準化和低成本提供保障。

儲能系統內建的技術路線分為:

集中式:适用于低壓大功率場景,通過電池多簇并聯後與PCS相連,實作大功率,高效率的能源儲存和輸出。

分布式:更适用于低壓小功率場景,每一簇電池鬥魚一個PCS單元連結,實作小功率、分布式能源儲存和管理。

智能組串式:基于分布式儲能系統架構,通過電池模組級能量優化、電池單簇能量控制等創新技術,實作儲能系統的高效應用。

高壓級聯:高壓級聯式儲能系統則直接将電池單簇逆變接入高壓電網,實作大容量、高效率的能源儲存和輸出。

集散式:通過直流側多分支并聯和DC/DC變換器等方式,實作電池的隔離和彙集,提高系統的可靠性和效率。

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