電池：儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量之源

常見(jiàn)電池類型介紹

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，常用的電池類型多樣，以下為您介紹幾種常見(jiàn)的類型及其各自特點(diǎn)與適用場(chǎng)景：

鋰離子電池：這是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今已成為主流儲(chǔ)能電池之一。它具備使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)存能量密度高、重量輕、適應(yīng)力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，像在水力、火力、風(fēng)力和太陽(yáng)能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中都有著廣泛應(yīng)用。不過(guò)，鋰離子電池也存在安全性差、易爆炸、成本高、使用條件受限制等缺點(diǎn)。

三元鋰電池：其正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料。三元復(fù)合正極材料以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可按需調(diào)整。相較于鈷酸鋰電池，它的安全性更高，但電壓相對(duì)較低，用在手機(jī)上（手機(jī)截止電壓一般在 3.0V 左右）會(huì)出現(xiàn)明顯的容量不足情況。它的主要優(yōu)勢(shì)是能量密度高，同等容量下體積小，不過(guò)熱穩(wěn)定性較差，內(nèi)部短路容易產(chǎn)生明火，容量衰減快，壽命也較短。

鉛酸電池：電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)為安全密封、泄氣系統(tǒng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高，常用于電力系統(tǒng)備用電源、太陽(yáng)能風(fēng)能發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)、軍事和航海設(shè)備備用電源等充放電頻次要求較低的項(xiàng)目。但它也存在鉛的污染較大、能量密度低（也就是過(guò)于笨重）的不足。

磷酸鐵鋰電池：屬于鋰離子電池的一種，是用磷酸鐵鋰作為正極材料。它充放電性能優(yōu)秀，無(wú)記憶效應(yīng)，壽命長(zhǎng)，耐高溫性能好、安全性能好、環(huán)保，適用于高功率應(yīng)用場(chǎng)景，如電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛等。然而，其能量密度較低、同等容量的體積偏大、低溫性能稍減、制造成本較高。

鈉硫電池：以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過(guò)電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生可逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量的釋放和儲(chǔ)存。鈉硫電池比能量高達(dá) 760Wh／kg、沒(méi)有自放電現(xiàn)象、放電效率幾乎可達(dá) 100％、壽命可以達(dá)到 10 - 15 年，主要用于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用，如電力站，但需要在高溫 350℃的條件下熔解硫和鈉來(lái)運(yùn)行。

液流電池：是一類適合于固定式大規(guī)模儲(chǔ)能（蓄電）的裝置，相比于目前常用的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等二次蓄電池，具有功率和儲(chǔ)能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)（儲(chǔ)能介質(zhì)存儲(chǔ)在電池外部）、效率高、壽命長(zhǎng)、可深度放電、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一，不過(guò)其能量密度相差較大。

錳酸鋰電池：正極使用錳酸鋰材料，標(biāo)稱電壓在 2.5 - 4.2V ，以成本低，安全性好而被廣泛使用。它能量密度大、成本低、安全性高、低溫性能穩(wěn)定，但高溫性能差、壽命相對(duì)較短。

鈷酸鋰電池：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出，不過(guò)安全性差、成本非常高，主要用于中小型號(hào)電芯，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、MP3/4 等小型電子設(shè)備中，標(biāo)稱電壓 3.7V。

關(guān)鍵性能參數(shù)解讀

了解儲(chǔ)能電池的關(guān)鍵性能參數(shù)，對(duì)于掌握電池使用情況以及其在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的表現(xiàn)至關(guān)重要，下面為您解讀幾個(gè)主要參數(shù)：

循環(huán)壽命：指電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。循環(huán)壽命的長(zhǎng)短直接關(guān)系到電池的耐用程度以及使用成本，例如，在一些需要長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)能的場(chǎng)景中，就需要選用循環(huán)壽命長(zhǎng)的電池，像磷酸鐵鋰電池在合適的使用條件下循環(huán)壽命可達(dá)較高次數(shù)，而部分電池如三元鋰電池則存在容量衰減快、壽命短的情況，會(huì)影響其在長(zhǎng)期儲(chǔ)能項(xiàng)目中的適用性。

容量：通常以安時(shí)（Ah）為單位表示，電量（Wh）= 功率（W）× 小時(shí)（h）= 電壓（V）× 安時(shí)數(shù)（Ah），如 48V100Ah 表示電池的容量為 4.8 度電。容量大小決定了電池單次能夠儲(chǔ)存電能的多少，在選擇電池時(shí)，要根據(jù)具體的儲(chǔ)能需求來(lái)考量容量參數(shù)，比如家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)，就需要根據(jù)家庭用電設(shè)備的耗電量以及期望的儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)等因素，來(lái)確定合適容量的電池。

充放電效率：是充電和放電過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換效率。充放電倍率 = 充放電電流 / 額定容量，它反映電池充放電能力的快慢，例如額定容量為 100Ah 的電池用 15A 放電時(shí)，其放電倍率即為 0.15C。充放電效率影響著電池在充放電過(guò)程中的電能損耗情況，高效率的電池能在充放電過(guò)程中更有效地利用電能，減少能量浪費(fèi)，對(duì)于提升儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性和性能有著重要作用。

放電深度（DOD）：指在電池使用過(guò)程中，電池放出的容量與電池額定容量的百分比。同一電池，設(shè)置的 DOD 深度和電池循環(huán)壽命成反比，當(dāng)提升某一方面的性能，就會(huì)犧牲其他方面的性能，比如 DOD 80% 的情況下，鋰電池循環(huán)壽命可達(dá) 6,000 - 12,000 次，所以在實(shí)際使用中需要合理控制放電深度以延長(zhǎng)電池壽命。

荷電狀態(tài)（SOC）：表示電池剩余電量占電池額定容量的百分比，SOC 為 0 表示電池完全放電完畢，SOC 為 100% 表示電池完全充滿電，是電池管理系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，可用于實(shí)時(shí)反映電池的剩余電量和工作狀態(tài)，方便使用者了解電池當(dāng)前的電量情況，以便合理安排充放電計(jì)劃。

電池健康狀態(tài)（SOH）：包括容量、功率、內(nèi)阻等，是電池從滿充狀態(tài)下以一定的倍率放電到截止電壓所放出的容量與其所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱容量的比值，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是電池使用一段時(shí)間后，性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值，新出廠電池為 100%，完全報(bào)廢為 0%，根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，電池使用一段時(shí)間后，電池充滿電時(shí)的容量低于額定容量的 80%，電池就應(yīng)該被更換，通過(guò)監(jiān)測(cè) SOH 可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池性能下降的趨勢(shì)并采取相應(yīng)措施。

電池安全與環(huán)保考量

在電池的使用過(guò)程中，安全與環(huán)保問(wèn)題不容忽視，以下是相關(guān)方面的一些情況及應(yīng)對(duì)措施：

安全風(fēng)險(xiǎn)及防范措施：

過(guò)充過(guò)放風(fēng)險(xiǎn)：鋰電池在使用不當(dāng)，如過(guò)充、高溫、碰撞等條件下可能會(huì)誘發(fā)電池內(nèi)部的熱化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控發(fā)生，如果熱失控在電池模組內(nèi)傳播，會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的火災(zāi)事故，而且熱失控還會(huì)產(chǎn)生有毒和可燃?xì)怏w，撲救也較為困難。為防范這類風(fēng)險(xiǎn)，一方面要選擇符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)（如 IEC62619 標(biāo)準(zhǔn)）的電池；另一方面，電池管理系統(tǒng)（BMS）發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其必須通過(guò) IEC61508 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，來(lái)確保電池運(yùn)行不會(huì)超出其極限，同時(shí)像一些儲(chǔ)能系統(tǒng)配備了如三段式充電這樣分階段的充電裝置，恒流、恒壓和浮充三個(gè)階段能更好地保障充電安全，避免過(guò)充情況出現(xiàn)。

電池模塊安全集成風(fēng)險(xiǎn)：對(duì)于電池模塊和機(jī)架，要確保其符合 UL1973 和 IEC62619 標(biāo)準(zhǔn)，選擇通過(guò) UL9540A 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的電池意味著已經(jīng)過(guò)測(cè)試，模擬熱失控事件，可檢查火勢(shì)是否不會(huì)蔓延，并且要將電池安裝在具有堅(jiān)固外殼的電池柜中，相互隔離，這樣有助于防止火災(zāi)事件蔓延到其他的電池柜，電池柜外殼應(yīng)具有高度耐火性，提供隔熱功能，保障電池處于合適的溫度環(huán)境（通常在 20℃至 23℃）。

環(huán)境影響和回收處理情況：

不同電池的環(huán)境影響：像鉛酸電池在生產(chǎn)、使用和報(bào)廢處理過(guò)程中，如果處理不當(dāng)，鉛的污染較大；而鋰離子電池等在電池制造過(guò)程中也存在材料和能源消耗等問(wèn)題，大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，如土地占用等情況。不過(guò)，也有一些電池相對(duì)環(huán)保，比如磷酸鐵鋰電池在環(huán)保方面表現(xiàn)較好。

回收處理情況：目前儲(chǔ)能電池回收主要通過(guò)銷售商、生產(chǎn)廠家、專業(yè)回收企業(yè)等渠道進(jìn)行回收，但整體回收率較低，儲(chǔ)能電池回收體系尚不健全，缺乏統(tǒng)一的回收標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致回收效率低下。同時(shí)，由于儲(chǔ)能電池種類繁多，回收處理過(guò)程需要投入大量資金和設(shè)備，使得回收成本較高。從技術(shù)層面看，有直接利用（對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行檢測(cè)、篩選，直接將性能良好的電池進(jìn)行再利用）、拆解回收（對(duì)損壞的電池進(jìn)行拆解，分離材料進(jìn)行回收再利用）等多種再利用技術(shù)方式，并且隨著政府對(duì)環(huán)保的重視，后續(xù)也將出臺(tái)更多政策鼓勵(lì)儲(chǔ)能電池的回收與再利用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也在不斷探索更高效、環(huán)保的回收與再利用技術(shù)路徑，提高資源的循環(huán)利用率，降低對(duì)環(huán)境的影響。

PCS：電能轉(zhuǎn)換的 “橋梁”

PCS 的核心功能闡述

PCS（儲(chǔ)能變流器）作為儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，扮演著電能轉(zhuǎn)換 “橋梁” 的重要角色，其核心功能在于實(shí)現(xiàn)直流電能與交流電能的相互轉(zhuǎn)換，以此來(lái)滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的需求。

在充電過(guò)程中，PCS 會(huì)將來(lái)自電網(wǎng)的交流電進(jìn)行整流，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡M(jìn)而為儲(chǔ)能電池充電，把電網(wǎng)的電能有效地儲(chǔ)存起來(lái)。例如在夜間低谷電價(jià)時(shí)段，電網(wǎng)電力充足且價(jià)格低廉，PCS 就能把交流電轉(zhuǎn)化為直流電，存儲(chǔ)到電池中備用。

而在放電時(shí)，PCS 則發(fā)揮著相反的作用，它會(huì)把儲(chǔ)能電池系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，輸送至電網(wǎng)或者供給其他交流負(fù)荷使用。比如在白天用電高峰，或者遇到電網(wǎng)供電不足、停電等情況時(shí)，PCS 可將電池儲(chǔ)存的直流電逆變成交流電，為家庭、工商業(yè)場(chǎng)所等提供電力支持，保障用電設(shè)備的正常運(yùn)行，也可以將多余電能反饋給電網(wǎng)，起到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能供需平衡的作用。此外，在一些無(wú)電網(wǎng)的特殊場(chǎng)景下，PCS 甚至能夠直接為交流負(fù)荷供電，充分彰顯了它強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活性。

PCS 的構(gòu)成與原理

PCS 是一個(gè)較為復(fù)雜的設(shè)備，包含了多個(gè)重要部件共同協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，其中逆變器、變流器等是關(guān)鍵組成部分。

逆變器主要負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡诜烹姯h(huán)節(jié)起著核心作用，確保輸出的交流電符合相應(yīng)的電壓、頻率等要求，能穩(wěn)定地為各類交流負(fù)載供電或接入電網(wǎng)。變流器則承擔(dān)著交、直流電能變換的關(guān)鍵任務(wù)，無(wú)論是充電時(shí)把交流電整流為直流電，還是放電時(shí)將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡兞髌鞫荚谄渲邪l(fā)揮關(guān)鍵作用。

PCS 的工作原理是基于交、直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流技術(shù)。通過(guò)接收微網(wǎng)監(jiān)控指令，它能夠進(jìn)行恒功率或恒流控制，從而精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電或放電操作。并且，這種工作原理還能有效地平滑風(fēng)電、太陽(yáng)能等具有波動(dòng)性電源的輸出，讓原本不穩(wěn)定、間歇性的電能變得相對(duì)平穩(wěn)、持續(xù)，這不僅提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)自身的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，同時(shí)也增強(qiáng)了電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力，使得新能源電力能夠更好地融入整個(gè)電力供應(yīng)體系當(dāng)中。

PCS 的應(yīng)用場(chǎng)景及影響因素

PCS 在不同規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)中都有著廣泛且重要的應(yīng)用。

在大規(guī)模的儲(chǔ)能電站場(chǎng)景中，PCS 的功率等級(jí)往往很高，通常達(dá)到 MW（兆瓦）級(jí)別甚至更高，可用于平衡電網(wǎng)供需，平滑風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性電源的輸出，提升整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。例如大型光伏電站在白天光照充足時(shí)產(chǎn)生大量電能，PCS 就能把多余的直流電存儲(chǔ)到電池中，等到夜間或陰天光照不足時(shí)，再將電池中的電能逆變成交流電釋放到電網(wǎng)中。同時(shí)，PCS 還能與大型火力或水力發(fā)電站配合進(jìn)行聯(lián)合調(diào)頻，快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)需求，提高電力系統(tǒng)的調(diào)頻性能。

對(duì)于工商業(yè)儲(chǔ)能而言，PCS 的功率一般處于幾十 kW（千瓦）到數(shù) MW 之間，它可以幫助工商業(yè)用戶在電價(jià)低谷期存儲(chǔ)電能，高峰期釋放電能，通過(guò)削峰填谷的方式降低用電成本，比如數(shù)據(jù)中心在夜間電價(jià)低時(shí)充電、白天電價(jià)高時(shí)放電，減少對(duì)電網(wǎng)高峰電力的需求。而且在電網(wǎng)故障時(shí)，PCS 還能為企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備提供應(yīng)急電力支持，保障企業(yè)基本運(yùn)營(yíng)和重要設(shè)施正常運(yùn)行。

在戶用儲(chǔ)能方面，PCS 功率相對(duì)較小，通常在數(shù) kW 到十幾 kW 之間，主要服務(wù)于家庭光伏發(fā)電儲(chǔ)能以及作為應(yīng)急電源使用。它可以和家庭太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)協(xié)同工作，把光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供家庭電器使用，將多余電能存儲(chǔ)在電池中，提高家庭能源自給率，并且在電網(wǎng)停電時(shí)為家庭提供基本電力保障，維持照明、冰箱、通信設(shè)備等重要電器正常運(yùn)行。

在選擇 PCS 時(shí)，會(huì)受到多種因素的影響。首先是系統(tǒng)規(guī)模，不同規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)需要適配不同功率等級(jí)的 PCS，大儲(chǔ)需要高功率 PCS 來(lái)處理大量電能的轉(zhuǎn)換，戶用則只需較小功率的 PCS 滿足家庭用電需求即可。其次，電能質(zhì)量要求也很關(guān)鍵，如果對(duì)供電穩(wěn)定性、電壓精度等電能質(zhì)量指標(biāo)要求較高，那就需要選擇轉(zhuǎn)換效率高、控制精度好的 PCS 產(chǎn)品。此外，像成本預(yù)算、應(yīng)用環(huán)境（如溫度、濕度、防護(hù)等級(jí)要求等）、與其他設(shè)備（如電池、監(jiān)控系統(tǒng)等）的兼容性等因素，也都會(huì)在 PCS 選型過(guò)程中起到重要的影響作用，需要綜合考量，以確保 PCS 能夠在對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中發(fā)揮出最佳性能，保障整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

BMS：電池的 “貼心管家”

BMS 的基本概念與作用

BMS 是電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）的縮寫，它是一種專門用于監(jiān)督電池組的技術(shù)。其主要目的是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命，并監(jiān)控電池的狀態(tài)以確保安全。BMS 作為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)監(jiān)控電池儲(chǔ)能單元內(nèi)各電池運(yùn)行狀態(tài)，保障儲(chǔ)能單元安全可靠運(yùn)行。

它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、采集儲(chǔ)能電池的狀態(tài)參數(shù)，像單體電池電壓、電池極柱溫度、電池回路電流、電池組端電壓、電池系統(tǒng)絕緣電阻等都是其關(guān)注的范疇。而且，它還會(huì)對(duì)相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行必要的分析計(jì)算，得到更多的系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估參數(shù)，并根據(jù)特定保護(hù)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池本體的有效管控，保證整個(gè)電池儲(chǔ)能單元的安全可靠運(yùn)行。可以說(shuō)，BMS 就如同電池的 “貼心管家”，全方位呵護(hù)電池的使用，保障整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定。

BMS 的主要功能剖析

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：

電壓監(jiān)測(cè)：BMS 通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單體的電壓，確保其在安全范圍內(nèi)。因?yàn)殡姵貑误w電壓一旦超出正常區(qū)間，很可能預(yù)示著電池出現(xiàn)故障或者面臨過(guò)充、過(guò)放等異常情況，所以精準(zhǔn)的電壓監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

電流監(jiān)測(cè)：對(duì)電池組的充放電電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證其不超過(guò)額定值。過(guò)大的充放電電流不僅會(huì)損害電池，還可能引發(fā)安全隱患，比如導(dǎo)致電池過(guò)熱等問(wèn)題。

溫度監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)電池單體和電池組的溫度，確保其在適宜的工作范圍內(nèi)。溫度對(duì)于電池性能和安全性影響極大，過(guò)高或過(guò)低的溫度都不利于電池正常工作，甚至可能引發(fā)熱失控等嚴(yán)重后果。

絕緣電阻監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)的絕緣電阻，確保其不會(huì)因絕緣不良導(dǎo)致漏電，這關(guān)乎整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)使用的安全性以及周邊環(huán)境、人員的安全。

狀態(tài)估計(jì)：

荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)：通過(guò)算法對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)估計(jì)電池當(dāng)前的剩余電量。SOC 是反映電池剩余能量情況的關(guān)鍵指標(biāo)，其準(zhǔn)確性對(duì)于合理安排電池充放電計(jì)劃以及掌握電池可使用時(shí)長(zhǎng)等方面起著重要作用，例如在電動(dòng)汽車中，準(zhǔn)確的 SOC 能讓駕駛者更好地規(guī)劃行程。

健康狀態(tài)（SOH）評(píng)估：評(píng)估電池當(dāng)前的健康狀況，預(yù)測(cè)其剩余壽命。這可以幫助使用者提前了解電池性能的衰減情況，以便適時(shí)對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)、更換等操作，避免因電池性能突然下降而影響整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

功率狀態(tài)（SOP）估計(jì)：估計(jì)電池當(dāng)前的最大輸出功率，對(duì)于需要從電池獲取電能的設(shè)備來(lái)說(shuō)，了解這一參數(shù)能確保設(shè)備在電池功率支持范圍內(nèi)正常工作，防止出現(xiàn)過(guò)載等情況。

能量狀態(tài)（SOE）估計(jì)：估計(jì)電池當(dāng)前的剩余能量，從能量角度進(jìn)一步掌握電池的儲(chǔ)備情況，輔助進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量調(diào)度和管理。

控制管理：

充放電管理：根據(jù)計(jì)算出的狀態(tài)參數(shù)，精準(zhǔn)控制電池的充放電過(guò)程，避免過(guò)充和過(guò)放，這是延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵手段。例如在充電快接近滿電時(shí)，適當(dāng)降低充電電流，防止過(guò)充對(duì)電池造成損害；放電到一定程度時(shí)，及時(shí)停止放電，避免過(guò)放使電池性能下降。

均衡管理：運(yùn)用主動(dòng)或被動(dòng)均衡技術(shù)，確保電池單體之間的電壓和容量保持一致，提高電池組的整體性能。由于電池單體在制造、使用等過(guò)程中不可避免會(huì)存在差異，均衡管理可以讓各個(gè)單體協(xié)同工作，提升整個(gè)電池組的充放電效率和穩(wěn)定性。

熱管理：通過(guò)冷卻或加熱系統(tǒng)，控制電池組的溫度，確保其在最佳工作溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。比如在高溫環(huán)境下，啟動(dòng)散熱裝置給電池降溫；在低溫環(huán)境時(shí)，通過(guò)加熱手段讓電池升溫，保障電池性能不受溫度影響。

故障診斷：檢測(cè)電池組的故障，如短路、開路、過(guò)熱等，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，像一旦檢測(cè)到短路故障，迅速切斷電路，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保障系統(tǒng)安全。

通信管理：BMS 可以通過(guò)自身的通信接口、模擬 / 數(shù)字輸入輸出接口與外部其他設(shè)備（PCS、EMS、消防系統(tǒng)等）進(jìn)行信息交互，形成整個(gè)儲(chǔ)能電站內(nèi)各子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，確保電站安全、可靠、高效并網(wǎng)運(yùn)行。例如通過(guò) CAN 總線與車輛控制系統(tǒng)、電機(jī)控制器等進(jìn)行通信，或者利用 Modbus 與儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)備等進(jìn)行通信，還能借助無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

BMS 的架構(gòu)與通信方式

架構(gòu)類型及特點(diǎn)：

集中式 BMS：將所有電池單體的監(jiān)測(cè)和管理功能集中在一塊主控板上。這種架構(gòu)適用于電池?cái)?shù)量較少、系統(tǒng)規(guī)模較小的場(chǎng)合，像電動(dòng)工具、智能家居、電動(dòng)自行車等。其優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，因?yàn)橹恍枰惭b一個(gè)主控制器，而且通信負(fù)載相對(duì)較小，可以有效減少通信問(wèn)題的發(fā)生；然而，它也存在可靠性較低的問(wèn)題，一旦主控制器出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，并且維護(hù)和升級(jí)較為困難，若主控制器故障，往往需要停機(jī)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)。

分布式 BMS：將電池單體的監(jiān)測(cè)與管理功能分散到多個(gè)從控板上，主控板負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理。常用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等電池?cái)?shù)量較多、系統(tǒng)規(guī)模較大的場(chǎng)景。分布式 BMS 的可靠性更高，即便某個(gè)電池單體發(fā)生故障，其他電池單體仍然能夠正常工作，系統(tǒng)整體性能不會(huì)受到太大的影響；同時(shí)易于維護(hù)和升級(jí)，某個(gè)單體故障可直接更換該單體，不必停機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)整體維護(hù)升級(jí)，靈活性也更強(qiáng)，可根據(jù)實(shí)際需求增加或減少電池單體，不過(guò)其成本相對(duì)較高，每個(gè)電池單體都需要安裝獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，安裝大量的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步提高成本，并且存在通信問(wèn)題，如果通信出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，且通信負(fù)載相對(duì)較大，每個(gè)電池單體都需要與主控制器通信。

模塊化 BMS：把電池單體分為若干模塊，每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，通過(guò)通信協(xié)議將信息傳輸至主控制器。它的成本適中，相對(duì)于分布式 BMS 和集中式 BMS，在成本方面取得了一定平衡；可靠性高，即使某個(gè)模塊發(fā)生故障，其他模塊仍然能夠正常工作，系統(tǒng)整體性能不會(huì)受到太大的影響；靈活性也較強(qiáng)，監(jiān)測(cè)和控制模塊分散在每個(gè)電池模塊內(nèi)部，可按需增加或減少電池模塊，不必考慮系統(tǒng)整體的復(fù)雜性。但缺點(diǎn)是通信負(fù)載較大，需要通過(guò)通信協(xié)議將每個(gè)模塊的信息傳輸至主控制器，并且維護(hù)和升級(jí)較為困難，一旦某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，需要停機(jī)進(jìn)行維護(hù)和更換，可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

通信接口情況：

CAN 總線：常用于與車輛控制系統(tǒng)、電機(jī)控制器等進(jìn)行通信，是一種應(yīng)用較為廣泛的通信方式，能在不同的設(shè)備間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，支持多節(jié)點(diǎn)的通信連接，方便實(shí)現(xiàn) BMS 與多個(gè)相關(guān)設(shè)備的信息交互。

Modbus：在與儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)備等進(jìn)行通信時(shí)經(jīng)常被采用，它有著良好的通用性和兼容性，能夠適配多種不同的設(shè)備，便于實(shí)現(xiàn)不同廠家、不同類型設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

無(wú)線通信：可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，在一些不方便布線或者需要遠(yuǎn)距離監(jiān)控的場(chǎng)景中優(yōu)勢(shì)明顯，比如在大型儲(chǔ)能電站，通過(guò)無(wú)線通信可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)等信息的遠(yuǎn)程獲取，方便運(yùn)維人員及時(shí)掌握系統(tǒng)情況，不過(guò)其受環(huán)境因素影響相對(duì)較大，像惡劣的電磁環(huán)境等可能干擾通信質(zhì)量。

總之，BMS 通過(guò)合理的架構(gòu)以及多樣化的通信方式，與儲(chǔ)能系統(tǒng)中的其他關(guān)鍵部件協(xié)同工作，保障整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。

EMS：儲(chǔ)能系統(tǒng)的 “智慧大腦”

EMS 的系統(tǒng)構(gòu)成介紹

EMS 系統(tǒng)構(gòu)成一般分為設(shè)備層、通訊層、信息層和應(yīng)用層。

設(shè)備層：需要能量采集變換（PCS、BMS）做支撐，它們是獲取電池及電能轉(zhuǎn)換相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，為整個(gè) EMS 系統(tǒng)提供原始的運(yùn)行參數(shù)等信息，比如 PCS 實(shí)時(shí)的充放電狀態(tài)數(shù)據(jù)、BMS 監(jiān)測(cè)到的電池各項(xiàng)指標(biāo)等，這些數(shù)據(jù)是后續(xù)進(jìn)行分析、決策以及控制的重要依據(jù)。

通訊層：主要涵蓋鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)确矫妗ｆ溌返姆€(wěn)定性保障了數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地在各部件間傳遞；協(xié)議則像是一種 “語(yǔ)言規(guī)則”，確保不同設(shè)備之間能夠相互理解交流，像常見(jiàn)的 CAN 總線協(xié)議、Modbus 協(xié)議等，使得 PCS、BMS 等設(shè)備能與 EMS 順利對(duì)接傳輸數(shù)據(jù)；傳輸環(huán)節(jié)則要保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性和完整性，例如在大型儲(chǔ)能電站中，海量的數(shù)據(jù)要能快速準(zhǔn)確地從設(shè)備端傳輸?shù)?EMS 系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

信息層：主要包含緩存中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器。其中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，它會(huì)記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和重要?dú)v史數(shù)據(jù)，并提供歷史信息查詢功能。例如可以存儲(chǔ)過(guò)往的電池充放電記錄、電站不同時(shí)段的運(yùn)行參數(shù)等，方便后續(xù)分析電站運(yùn)行趨勢(shì)、評(píng)估設(shè)備性能等情況，為優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

應(yīng)用層：表現(xiàn)形式包括 APP、Web 等，為管理人員提供可視化的監(jiān)控與操作界面。其具體功能涵蓋能量變換決策，即根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)決定電能的存儲(chǔ)、釋放以及轉(zhuǎn)換策略；能源數(shù)據(jù)傳輸和采集功能確保了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)外的流通；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制能讓管理人員隨時(shí)掌握儲(chǔ)能系統(tǒng)各部分情況并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；運(yùn)維管理分析有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題安排維護(hù)計(jì)劃；電能 / 電量可視分析則以直觀的圖表等形式展示電能相關(guān)情況，便于理解；遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制更是讓管理人員可突破距離限制對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。

EMS 的核心功能展示

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)：能對(duì)所有被監(jiān)控的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)和定時(shí)數(shù)據(jù)采集，像 BMS 系統(tǒng)的各組電池的總電壓、電流、平均溫度、SOC（荷電狀態(tài)）、SOH（健康狀態(tài)）、充放電電流和功率限值、單節(jié)最值電池電壓、單節(jié)最值電池溫度、故障及報(bào)警信息、歷史充放電電量、歷史充放電電能等常用信息都會(huì)被精準(zhǔn)采集。PCS 的相關(guān)參數(shù)，例如直流側(cè)各分支的電壓 / 電流 / 功率等、交流側(cè)的各相有功功率、無(wú)功功率、電壓、電流、功率因素、頻率和溫度、機(jī)柜溫度、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警及故障信息等常用信息，以及日充電量、日放電量、累計(jì)充電量、累計(jì)放電量等也在監(jiān)控范圍內(nèi)。同時(shí)，負(fù)荷的各相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率等信息同樣會(huì)被實(shí)時(shí)關(guān)注，一旦有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，可及時(shí)發(fā)出警報(bào)提醒運(yùn)維人員排查處理，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電站運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)顯示：系統(tǒng)可根據(jù)用戶要求，自定義其所需的相關(guān)數(shù)據(jù)到指定界面，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的查看，并能夠?qū)С鰣?bào)表。例如電站管理人員可以按照自己的需求，將特定時(shí)間段內(nèi)的電池健康度變化曲線、電站收益情況等數(shù)據(jù)展示出來(lái)，方便向上級(jí)匯報(bào)或者進(jìn)行內(nèi)部分析總結(jié)，也便于對(duì)比不同階段的運(yùn)營(yíng)情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化后續(xù)運(yùn)營(yíng)策略。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略制定：相比于常規(guī)變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析主要是計(jì)算變壓器在各種運(yùn)行方式下的變壓器損耗隨負(fù)荷電流變化的曲線，微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析將變壓器替換為 PCS 和逆變器進(jìn)行計(jì)算分析，通過(guò)分析當(dāng)前儲(chǔ)能電量和負(fù)載比例，得出最佳運(yùn)行策略，并執(zhí)行優(yōu)化命令。比如在峰谷電價(jià)差異明顯的地區(qū)，EMS 可以控制儲(chǔ)能系統(tǒng)在低谷電價(jià)時(shí)多充電儲(chǔ)存電能，高峰電價(jià)時(shí)放電賣電給電網(wǎng)或者供站內(nèi)負(fù)載使用，以此實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化；又或者在配合可再生能源發(fā)電時(shí)，合理安排儲(chǔ)能充放電，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，提升整體能源利用效率，降低成本。

故障報(bào)警功能：提供各級(jí)事件的記錄和查詢功能，采用顏色對(duì)事件類型和重要程度進(jìn)行區(qū)分和管理。例如用紅色表示嚴(yán)重故障需要立即處理，黃色表示一般的異常提醒可后續(xù)排查等，這樣運(yùn)維人員可以快速根據(jù)提示判斷事件的緊急性，優(yōu)先處理關(guān)鍵問(wèn)題，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大影響儲(chǔ)能系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)也方便后續(xù)復(fù)盤分析故障原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)避免類似故障再次發(fā)生。

能量管理調(diào)度：根據(jù)當(dāng)前時(shí)段、當(dāng)前負(fù)荷、當(dāng)前上網(wǎng)電價(jià)、儲(chǔ)能電池 SOC 等因素，自動(dòng)控制潮流方向，確定微網(wǎng)系統(tǒng)充放電時(shí)段。例如在用電低谷且電價(jià)低時(shí)，指揮 PCS 對(duì)電池進(jìn)行充電，將電能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)用電高峰或者電網(wǎng)供電不足時(shí)，控制 PCS 把電池中的直流電逆變成交流電釋放到電網(wǎng)或者供給站內(nèi)負(fù)載，維持電力供需平衡，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定高效參與電網(wǎng)的電能調(diào)節(jié)和供應(yīng)。

不同場(chǎng)景下的 EMS 特點(diǎn)

源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能：

設(shè)計(jì)原則：儲(chǔ)能 EMS 一開始就是在源網(wǎng)側(cè)場(chǎng)景下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，考慮到源網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)封閉性，以及電力系統(tǒng) SCADA 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)慣性，儲(chǔ)能 EMS 被設(shè)計(jì)為單機(jī)版、本地化。由于數(shù)據(jù)默認(rèn)無(wú)法外傳，所以需要電站本地配置運(yùn)維班底，有人值守。并且還要配置相關(guān)硬件，包括不限于工作站、打印機(jī)、故障錄波器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等，以此來(lái)保障對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的全面管理以及數(shù)據(jù)的記錄、處理等工作，確保源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮其在電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)作用，如平滑風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性電源的輸出，參與電網(wǎng)調(diào)頻等。

功能側(cè)重：更側(cè)重于滿足電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模電能的調(diào)度和管理需求，要精準(zhǔn)地根據(jù)電網(wǎng)的頻率、電壓等參數(shù)變化及時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。例如大型的風(fēng)電、光伏電站配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)，EMS 需要實(shí)時(shí)根據(jù)電網(wǎng)吸納新能源電力的能力以及新能源發(fā)電的實(shí)時(shí)功率等情況，決定儲(chǔ)能系統(tǒng)是充電存儲(chǔ)多余電能還是放電補(bǔ)充電網(wǎng)電能缺口，對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性以及控制策略的精準(zhǔn)性要求極高。

工商業(yè)儲(chǔ)能：

設(shè)計(jì)原則：工商業(yè)儲(chǔ)能站點(diǎn)容量小、數(shù)量多、分散廣、運(yùn)維成本要求高，無(wú)法支持本地有人值守，勢(shì)必要求遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)控，即安排區(qū)域級(jí)別的運(yùn)維班組，借助數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)，對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能站進(jìn)行系統(tǒng)性整體運(yùn)維。這就要求工商業(yè)儲(chǔ)能 EMS 需要做到全量接入，兼容支持各種協(xié)議，將 PCS、BMS、空調(diào)、電表、智能斷路器、消防主機(jī)、各類傳感器，指示燈等等設(shè)備及其數(shù)據(jù)全量接入進(jìn)來(lái)，尤其是設(shè)備告警信息的接入，需要做到實(shí)時(shí)全面；要實(shí)現(xiàn)云邊一體，保障站端數(shù)據(jù)無(wú)損實(shí)時(shí)的上報(bào)到云平臺(tái)，云平臺(tái)的指令能安全實(shí)時(shí)地傳遞給站端；還要具備拓展靈活的特點(diǎn)，能快速兼容不同數(shù)量的儲(chǔ)能柜，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)量級(jí)的設(shè)備對(duì)接，尤其是對(duì) PCS 的對(duì)接和群控；并且策略要智能，能結(jié)合分時(shí)電價(jià)，光伏預(yù)測(cè)，負(fù)載波動(dòng)，保護(hù)目標(biāo)等，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地制定充放策略，達(dá)成全局的經(jīng)濟(jì)性，保障儲(chǔ)能自身的經(jīng)濟(jì)性以及配合工商業(yè)用電實(shí)現(xiàn)削峰填谷等功能。

功能側(cè)重：重點(diǎn)關(guān)注如何幫助工商業(yè)用戶降低用電成本、提高用電可靠性等方面。例如在白天工商業(yè)用電高峰且電價(jià)高時(shí)，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，減少?gòu)碾娋W(wǎng)購(gòu)電；在夜間電價(jià)低谷時(shí)充電儲(chǔ)存電能。同時(shí)在應(yīng)對(duì)工商業(yè)場(chǎng)所內(nèi)負(fù)載波動(dòng)較大的情況時(shí)，能快速調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率，保障關(guān)鍵設(shè)備用電穩(wěn)定，還可以根據(jù)光伏發(fā)電情況（如果有配套光伏系統(tǒng)）合理安排儲(chǔ)能充放電，提高清潔能源利用比例，減少電費(fèi)支出，提升整體的經(jīng)濟(jì)效益和能源利用效率。