سیستمهای ذخیرهسازی انرژی صنعتی و تجاری شامل سیستم باتری (شامل BMS)، EMS، PCS، تهویه مطبوع، سیستم اطفاء حریق، سیستم نظارت و هشدار و غیره هستند که BMS و EMS به عنوان واحد کنترل اصلی سیستم ذخیرهسازی انرژی، به ترتیب مسئولیت مهم مدیریت باتری و مدیریت انرژی را بر عهده دارند و عملکرد، کارایی و تطبیق نرمافزار و سختافزار آنها مستقیماً با ایمنی کاربرد سیستم ذخیرهسازی انرژی و بازگشت سرمایه مرتبط است.
سیستم مدیریت باتری (BMS): با در دست گرفتن مسئولیت حسگری در سیستم، میتواند سیستمهای ذخیرهسازی باتری را نظارت و کنترل کند تا ایمنی، پایداری و عملکرد آنها را تضمین کند.
سیستم مدیریت انرژی (EMS): مسئول تصمیمگیری در سیستم، عموماً به سیستم مدیریت یکپارچه انرژی تنظیم و کنترل که برای نیروگاههای ذخیرهسازی انرژی باتری لیتیومی راهاندازی شده است، اشاره دارد و نظارت و تشخیص در زمان واقعی را محقق میکند.
سیستم تبدیل توان (PCS):مسئول اجرا در سیستم، بخش کلیدی نیروگاه ذخیره انرژی است که شارژ و دشارژ باتریها را کنترل میکند و تبدیل AC/DC را برای تأمین مستقیم برق به بارهای AC در غیاب شبکه انجام میدهد.
سیستم مدیریت باتری (BMS)
نام کامل BMS سیستم مدیریت باتری است که به معنای زیرسیستمی است که برای مدیریت سیستم ذخیره انرژی باتری استفاده میشود.
عملکرد
BMS عمدتاً از ماژول مانیتورینگ، ماژول کنترل، ماژول ارتباطی و سایر قطعات تشکیل شده است. وظیفه اصلی آن نظارت و کنترل وضعیت باتری در زمان واقعی، از جمله ولتاژ باتری، جریان، دما، SOC و سایر پارامترها است. علاوه بر این، BMS همچنین میتواند از باتری محافظت و آن را کنترل کند تا ایمنی و عمر باتری را تضمین کند.
به منظور جلوگیری از شارژ و دشارژ بیش از حد باتری، در نتیجه افزایش طول عمر باتری و بهبود راندمان استفاده از باتری.
نه تنها این، بلکه BMS نقش تجزیه و تحلیل دادهها را نیز ایفا میکند، بلکه باید SOC (ظرفیت باتری باقیمانده) و SOH (وضعیت سلامت باتری) باتری را محاسبه و تجزیه و تحلیل کند تا وضعیت باتری را مشاهده کند و در صورت وجود هرگونه اطلاعات غیرعادی، به موقع گزارش شود تا کاربر به موقع متوجه ناهنجاری باتری شود.
معماری آگاهی لایهای
در اکثر سیستمهای BMS، معماری سه لایه وجود دارد.
۱. لایه پایینی: واحد مدیریت باتری فرعی (Slave BMU)، وظیفه این سطح عمدتاً دریافت ولتاژ و دمای سلول باتری است و مسئول اجرای استراتژی متعادلسازی باتری میباشد. دریافت اطلاعات از طریق یک لینک ارتباطی، معمولاً با استفاده از ارتباط CAN یا زنجیرهای (daisy chain)، با سطح دوم ارتباط برقرار میکند.
۲. لایه میانی: واحد کنترل اصلی باتری (BCU)، وظایف اصلی این سطح عبارتند از جمعآوری اطلاعات ولتاژ، جریان و عایقبندی کلاستر، کنترل کنتاکتورها برای محافظت از باتری، جمعآوری اطلاعات از BMU مرحله اول و تخمین وضعیت باتری (SoX). اطلاعات جمعآوری شده و از طریق یک لینک ارتباطی، معمولاً با استفاده از CAN یا اترنت، با مرحله سوم ارتباط برقرار میکنند.
۳. سطح بالا: کنترل عمومی، برای مدیریت خوشه باتری. عملکرد اصلی این سطح جمعآوری اطلاعات منتقلشده توسط BCU سطح دوم، ذخیره و نمایش اطلاعات و غیره، با عملکرد هشدار در زمان واقعی، با عملکرد کنترل و بازخورد تماسی قطعکننده مدار اصلی و با عملکرد ارتباط در زمان واقعی با PCS، EMS و نظارت محلی است.
الزامات فنی
در مقایسه با BMS برای باتری خودرو، BMS ذخیره انرژی ساختار پیچیدهتری دارد.
اول از همه، ظرفیت باتری، سطح آن متفاوت است، مدیریت BMS سطح منبع تغذیه بالاتر است، اتصال سری و موازی به باتریهای بیشتری نیاز دارد.
BMS الزامات بالاتری برای اتصال به شبکه برق دارد. الزامات بالاتری در مورد اتصال به شبکه برق وجود دارد. باتری برق به باتری و سیستم الکترونیکی خودرو متصل است، بنابراین الزامات فنی پایینتری دارد.
بازار
سه نوع اصلی از شرکتها در بازار BMS فعالیت دارند، یعنی تولیدکنندگان خودرو، تولیدکنندگان باتریهای برقی و تولیدکنندگان مستقل BMS. تولیدکنندگان خودرو و تولیدکنندگان باتری، کسبوکار خود را به صورت تحقیق و توسعه مستقل یا توسعه مشارکتی با تأمینکنندگان BMS انجام میدهند. اکثر رهبران داخلی باتریهای برقی مانند BYD، Ningde Times، Guoxuan Gaoke و تولیدکنندگان باتری لیتیومی AVIC، حالت چیدمان BMS+PACK را برای ارائه بستههای باتری و بستههای BMS اتخاذ میکنند. تولیدکنندگان مستقل BMS در حال حاضر تعداد زیادی شرکتکننده دارند و خط تولید BMS میتواند به صنایع مختلف عرضه شود.
در حال حاضر، شرکتهای پیشرو در صنعت BMS چین مزایای آشکاری دارند، به طور خاص، در سال 2022، ظرفیت نصب شده BMS باتریهای انرژی جدید چین در بین ده تولیدکننده برتر، 76.1٪ است. در میان آنها، سه شرکت برتر BYD، Ningde Times و Tesla هستند که همگی تولیدکننده خودرو و تولیدکننده باتری هستند و به ترتیب 26.4٪، 16.9٪ و 9٪ سهم دارند. سهم تولیدکنندگان مستقل BMS نسبتاً کم است و بزرگترین تولیدکننده مستقل BMS در چین، لی زیننگ، از نظر سهم در رتبه چهارم قرار دارد، اما سهم کلی تنها 6.7٪ است.
حرکت از توابع پایه به پیشرفته
۱. قابلیت اطمینان بالاتر
از آنجایی که هر واحد باتری سیستم نظارت و کنترل مخصوص به خود را دارد، قابلیت اطمینان BMS توزیعشده بالاتر است. حتی اگر یک باتری از کار بیفتد، سایر باتریها همچنان میتوانند به طور عادی کار کنند و عملکرد کلی سیستم تحت تأثیر زیادی قرار نخواهد گرفت.
۲. نگهداری و ارتقاء آسان
از آنجا که ساختار BMS توزیعشده نسبتاً ساده است، هر سلول باتری میتواند بهطور مستقل عمل کند، بنابراین نگهداری و ارتقاء آن نسبتاً آسان است. هنگامی که یک واحد باتری از کار میافتد، میتوان آن را مستقیماً جایگزین کرد بدون اینکه لازم باشد کل سیستم برای نگهداری و ارتقاء خاموش شود.
۳. انعطافپذیری قویتر
سیستم نظارت و کنترل BMS توزیعشده در هر واحد باتری پراکنده است، بنابراین سیستم انعطافپذیرتر است. سلولهای باتری را میتوان با توجه به تقاضای واقعی، بدون نیاز به در نظر گرفتن پیچیدگی سیستم به عنوان یک کل توزیعشده، افزایش یا کاهش داد.
سیستم مدیریت انرژی (EMS)
EMS (سیستم مدیریت انرژی)، که به عنوان سیستم مدیریت انرژی نیز شناخته میشود، اگرچه سهم آن در کل سیستم ذخیره انرژی خیلی زیاد نیست، اما یک جزء اصلی بسیار مهم در کل سیستم ذخیره انرژی است. این به طور کلی به تنظیم و کنترل نیروگاه ذخیره باتری لیتیومی که یک سیستم مدیریت انرژی یکپارچه راهاندازی کرده است، اشاره دارد.
سازمان
سیستم مدیریت انرژی شامل چندین بخش است که در زیر نشان داده شده است.
۱. پایش و جمعآوری: سیستم مدیریت انرژی، تولید، ذخیرهسازی و مصرف انرژی در تأسیسات ذخیرهسازی انرژی را به صورت بلادرنگ از طریق حسگرها و تجهیزات ابزار دقیق رصد میکند. این سیستم قادر به جمعآوری دادههای متنوعی از جمله وضعیت شارژ و دشارژ باتری، دما، ولتاژ، جریان و غیره است.
۲. تحلیل و بهینهسازی دادهها: سیستم مدیریت انرژی برای پردازش و تحلیل دادههای جمعآوریشده به منظور درک وضعیت کاری و عملکرد سیستم انرژی، به فناوری پیشرفته تحلیل دادهها متکی است. از طریق تحلیل دادهها، میتواند مشکلات بالقوه در سیستم انرژی را شناسایی کرده و پیشنهادهای بهینهسازی، مانند تنظیم استراتژیهای شارژ و دشارژ و بهینهسازی بهرهوری مصرف انرژی، ارائه دهد.
۳. برنامهریزی و کنترل انرژی: سیستم مدیریت انرژی میتواند به طور هوشمندانه انرژی را بر اساس تقاضای انرژی در زمان واقعی و عملکرد سیستم، برنامهریزی و کنترل کند. این سیستم میتواند عملیات شارژ و دشارژ تأسیسات ذخیرهسازی انرژی را به طور منطقی بر اساس پیشبینی تقاضا، وضعیت قیمت برق، بار شبکه و سایر عوامل ترتیب دهد تا به بهرهبرداری کارآمد و صرفهجویی در انرژی دست یابد.
۴. تشخیص خطا و حفاظت ایمنی: سیستم مدیریت انرژی میتواند به موقع شرایط خطا در تأسیسات ذخیرهسازی انرژی، مانند تخلیه بیش از حد باتری، شارژ بیش از حد و ناهنجاری دما را تشخیص داده و هشدار دهد تا عملکرد ایمن تأسیسات ذخیرهسازی انرژی را تضمین کند. در عین حال، میتواند با سیستم شبکه توزیع نیز مرتبط شود تا کنترل از راه دور و حفاظت از تأسیسات ذخیرهسازی انرژی را محقق سازد.
بهینهسازی استراتژی عملیات و طراحی استراتژی کنترل، نکته کلیدی است.
طراحی استراتژی عملیاتی و کنترلی بهینه، نکته اصلی و دشواری محصولات EMS است.
با در نظر گرفتن ویژگیهای شارژ و دشارژ ذخیرهساز انرژی، هزینههای شارژ و دشارژ واحد ذخیرهساز انرژی و مزایای کاربرد ذخیرهسازی انرژی، و با فرض برآورده کردن الزامات کنترل توزیع شبکه، طراحی استراتژیهای بهرهبرداری و کنترل بهینه میتواند مزایای اقتصادی بهرهبرداری از سیستم ذخیرهسازی انرژی را افزایش داده و شاخصهای فنی مختلف را بهبود بخشد.
محصولات EMS عموماً به عنوان پلی بین سیستم ذخیره انرژی و سیستمهای اطلاعاتی سطح بالاتر عمل میکنند.
سیستم ذخیره انرژی میتواند از طریق EMS به برنامهریزی شبکه، برنامهریزی نیروگاه مجازی، تعامل «منبع-شبکه-بار-ذخیره» و غیره بپیوندد.
محصولات EMS و برنامهریزی شبکه و سایر هماهنگیهای نزدیک، و در عملکرد شباهت خاصی دارند، شرکت باید ویژگیهای عملیاتی شبکه را درک کند، شرکتهای فناوری اطلاعات سمت شبکه شخم عمیق دانش و مهارت لازم برای جمعآوری دارند، میتوانند توانایی استفاده مجدد را شکل دهند، و مزیت خاصی دارند.
