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储能系统为什么也非常重视电池BMS的管理,核心技术有哪些?

作者:岳峰云母新材料

在6月份的比亚迪股东大会上,比亚迪董事长王传福称,储能优选磷酸铁锂电池,美国在储能业务上已经在逐渐替换三元锂的电芯。

储能电池最重要的就是安全问题,汽车平均每天只工作2小时,1个电芯短路损失的是一辆车的成本。储能电池每天工作24小时,投入量级大,1个电芯出现问题会引发资产灾难及环境问题。

储能电池的安全管理问题也成了储能厂商关注的重中之重。

在全球碳中和的背景下,全球储能市场步入了飞速发展的阶段,2023年全球处呢鞥市场新增装机规模达到了103.5GWh。

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其中中国储能市场是新增占比最高的国家,据统计,2023年中国储能市场新增装机规模达到了51GWh,同比增长221%,约占全球的49%。

国家政策扶持成为储能发展的有力推手

据统计,2023年中国出台关于工商业储能的政策共计231条,其中补贴政策共计32条,成为推动中国工商业储能发展的有力手段。

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各省份也出台了相关的储能装机目标,其中山西省以“2025年10GW”的装机规划为列第一,以“容量补贴”、“投资补贴”为主的各类补贴成为了储能装机的核心驱动力量。

储能技术与发展

1.储能系统的组成部分

储能电池:储能系统的核心部件,用于储存电能。常见的电池类型包括锂离子电池、铅酸电池等。

储能变流器:储能双向变流器(PCS)实现电池与电网间的交直流转换,完成双向能量流动,并实现充放电管理、网侧负荷功率等跟踪等功能。

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储能电池管理系统(BMS):负责监控和控制电池的状态、充放电过程,以及保护电池免受过充、过放、过流等异常情况的影响。

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高温、过充、内部短路等导致电池内部化学反应失控,产生大量热量并可能引发火灾或爆炸的现象。随着电池储能系统的广泛应用,热失控问题的问题也受到重视,对于储能BMS来说,预防和控制热失控是保障系统安全的关键。

这就需要BMS能够很好的对储能电池进监管,以保证电池的安全。

对于储能BMS来说,电池的均衡技术也很重要,电池组是由多个电池串联而成的,不同的单体电池的电流大小、温度等存在差异,整个电池系统里单体电池间的差异近似满足正太分布,在电池组全生命周期,随着时间的延续,上百节电池成组后实际可用的有效容量不断减小,电池组呈现更大的离散性,一致性即越差,电池系统的充放电能力就越差,对应的电池应用经济效益同样越差,对应的电池应用经济效益同样越差。

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储能能量管理系统(EMS):储能EMS就像操作系统之于计算机,人脑之于人体,对电站的实时运行状态信息进行监控,包括系统功率曲线、电池、电压温度信息等,并可远程控制及下载数据。

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结合储能场景一般分为两大类:

源网侧储能EMS,通常也称为储能电站监控系统,已有相关国家标准,在网络安全,性能要求,高可用性等有非常高的要求,且为了安全性,往往都是本地运行,和公网有很好的隔绝。通常配置高性能服务器,设置工作站,为现场运维人员日常就地使用

特点:配置复杂、冗余性大、成本高

用户侧储能EMS,暂无相关顾家标准,且用户侧储能电站容量较小,投资规模小,位置分散,鲜有安排有人就地值守,因此用户侧储能EMS天然需要支持远程监控。

特点:成本要求低,在硬件配置,性能要求等方面都逊于源网侧。

2.储能系统集成技术路线

储能系统集成技术对于储能应用具有重要意义,从应用角度出发,电池、PCS等设备能够以集成系统为单元,统一接受上层能量管理系统的调度与控制,上层能量管理系统不必协调底层设备的运行与控制,即可实现彼此间控制范围与时间尺度上的清晰划分。从设备研制角度出发,储能系统集成技术可实现设备与应用领域的衔接,为设备的模块化、标准化和低成本提供保障。

储能系统集成的技术路线分为:

集中式:适用于低压大功率场景,通过电池多簇并联后与PCS相连,实现大功率,高效率的能源储存和输出。

分布式:更适用于低压小功率场景,每一簇电池斗鱼一个PCS单元链接,实现小功率、分布式能源储存和管理。

智能组串式:基于分布式储能系统架构,通过电池模组级能量优化、电池单簇能量控制等创新技术,实现储能系统的高效应用。

高压级联:高压级联式储能系统则直接将电池单簇逆变接入高压电网,实现大容量、高效率的能源储存和输出。

集散式:通过直流侧多分支并联和DC/DC变换器等方式,实现电池的隔离和汇集,提高系统的可靠性和效率。

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