Les systèmes de stockage d'énergie industriels et commerciaux sont composés d'un système de batteries (incluant un BMS), d'un EMS, d'un PCS, d'un système de climatisation, d'un système de protection incendie, d'un système de surveillance et d'alarme, etc. Le BMS et l'EMS, en tant qu'unités de contrôle centrales du système de stockage d'énergie, assument respectivement la responsabilité importante de la gestion des batteries et de la gestion de l'énergie. Leurs fonctions, leurs performances et l'adéquation de leurs logiciels et matériels sont directement liées à la sécurité d'application du système de stockage d'énergie et au retour sur investissement.
Système de gestion de batterie (BMS): en prenant en charge la détection au sein du système, il peut surveiller et contrôler les systèmes de stockage de batteries afin d'assurer leur sécurité, leur stabilité et leurs performances.
Système de gestion de l'énergie (EMS): responsable de la prise de décision au sein du système, il s'agit généralement du système intégré de gestion de l'énergie de régulation et de contrôle mis en place pour les centrales de stockage d'énergie par batterie au lithium, permettant une surveillance et un diagnostic en temps réel.
Système de conversion de puissance (PCS):responsable de l'exécution dans le système, est un élément clé de la centrale de stockage d'énergie, contrôlant la charge et la décharge des batteries et effectuant la conversion AC/DC pour alimenter directement les charges AC en l'absence de réseau.
Système de gestion de batterie (BMS)
Le nom complet de BMS est Battery Management System, ce qui signifie le sous-système utilisé pour gérer le système de stockage d'énergie par batterie.
Fonction
Le système de gestion de batterie (BMS) est principalement composé d'un module de surveillance, d'un module de contrôle, d'un module de communication et d'autres composants. Sa fonction principale est de surveiller et de contrôler en temps réel l'état de la batterie, notamment sa tension, son courant, sa température, son niveau de charge (SOC) et d'autres paramètres. De plus, le BMS assure la protection et le contrôle de la batterie afin de garantir sa sécurité et sa durée de vie.
Afin d'éviter la surcharge et la décharge excessive de la batterie, prolongeant ainsi sa durée de vie et améliorant son efficacité d'utilisation.
De plus, le BMS joue également un rôle d'analyse des données ; il doit calculer et analyser le SOC (capacité restante) et le SOH (état de santé) de la batterie afin d'observer son état et, en cas d'information anormale, celle-ci sera signalée en temps opportun, permettant ainsi à l'utilisateur d'être informé rapidement de toute anomalie de la batterie.
Architecture de conscience stratifiée
Dans la plupart des systèmes BMS, on retrouve une architecture à trois niveaux.
1. Couche inférieure : Unité de mesure de batterie esclave (BMU). Sa fonction principale est l’acquisition de la tension et de la température des cellules de la batterie, ainsi que la mise en œuvre de la stratégie d’égalisation de la batterie. Les informations sont transmises à la couche supérieure via une liaison de communication, généralement CAN ou en guirlande.
2. Couche intermédiaire : Unité de contrôle principale (BCU). Ses principales fonctions sont la collecte des informations relatives à la tension, au courant et à l’isolation des modules de batteries, la commande des contacteurs de protection des batteries, la collecte des informations provenant de l’unité de gestion de batterie (BMU) de premier niveau et l’estimation de l’état de la batterie (SoX). Ces informations sont collectées et transmises au troisième niveau via une liaison de communication, généralement CAN ou Ethernet.
3. Niveau supérieur : Commande générale pour la gestion des batteries. Ce niveau a pour fonction principale de collecter, stocker et afficher les informations transmises par l’unité de commande de batterie (BCU) de niveau 2. Il intègre une fonction d’alarme en temps réel, une fonction de commande et de retour d’information du disjoncteur principal, ainsi qu’une fonction de communication en temps réel avec le système de contrôle de puissance (PCS), le système de gestion de l’énergie (EMS) et le système de surveillance local.
exigences techniques
Comparé au BMS pour batterie de puissance automobile, le BMS pour stockage d'énergie possède une structure plus complexe.
Tout d'abord, la capacité de la batterie, le niveau est différent, la gestion BMS du niveau d'alimentation est plus élevée, la connexion en série et en parallèle nécessite plus de batteries.
Le système de gestion de batterie (BMS) impose des exigences plus élevées en matière de raccordement au réseau. La batterie de puissance, quant à elle, est connectée au système électronique du véhicule, ce qui réduit les exigences techniques.
Marché
Le marché des systèmes de gestion de batteries (BMS) est principalement composé de trois types d'entreprises : les constructeurs automobiles, les fabricants de batteries de puissance et les producteurs indépendants de BMS. Les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries mènent leurs activités soit en menant leurs propres activités de recherche et développement, soit en collaborant avec des fournisseurs de BMS. La plupart des principaux fabricants chinois de batteries de puissance, tels que BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke et AVIC Li-Power, proposent une offre composée de BMS et de packs de batteries. Le marché des BMS indépendants est actuellement très développé et leurs produits s'adressent à de nombreux secteurs d'activité.
Actuellement, les entreprises leaders du secteur des systèmes de gestion de batteries (BMS) en Chine bénéficient d'avantages considérables. En 2022, les dix principaux fabricants chinois de BMS pour batteries de véhicules électriques détenaient 76,1 % de la capacité installée. Parmi eux, les trois premières entreprises étaient BYD, Ningde Times et Tesla, toutes trois constructeurs automobiles et fabricants de batteries, avec des parts de marché respectives de 26,4 %, 16,9 % et 9 %. La part des fabricants indépendants de BMS est relativement faible ; le plus important d'entre eux, Li Xinneng, se classait quatrième, avec une part de marché globale de seulement 6,7 %.
Passer des fonctions de base aux fonctions avancées
1. Fiabilité accrue
Chaque batterie étant dotée de son propre système de surveillance et de contrôle, la fiabilité d'un système de gestion de batterie distribué est accrue. Même en cas de défaillance d'une seule batterie, les autres continuent de fonctionner normalement et les performances globales du système ne sont pas fortement affectées.
2. Facile à entretenir et à mettre à niveau
Grâce à sa structure relativement simple, le système de gestion de batterie distribué permet à chaque cellule de fonctionner indépendamment, facilitant ainsi la maintenance et les mises à niveau. En cas de défaillance d'une batterie, son remplacement est direct, sans qu'il soit nécessaire d'arrêter l'ensemble du système.
3. Une plus grande flexibilité
Le système de surveillance et de contrôle du BMS distribué est réparti dans chaque unité de batterie, ce qui confère au système une plus grande flexibilité. Le nombre de cellules peut être ajusté en fonction des besoins réels, sans qu'il soit nécessaire de prendre en compte la complexité du système dans son ensemble.
Système de gestion de l'énergie (EMS)
Le système de gestion de l'énergie (EMS), bien que ne représentant pas une part importante du système de stockage d'énergie global, en est un composant essentiel. Il désigne généralement le système de gestion de l'énergie intégré assurant la régulation et le contrôle des centrales électriques utilisant des batteries au lithium.
Organisation
Le système de gestion de l'énergie comprend plusieurs parties, qui seront présentées ci-dessous.
1. Surveillance et collecte : Le système de gestion de l’énergie surveille en temps réel la production, le stockage et la consommation d’énergie dans l’installation de stockage grâce à des capteurs et des instruments de mesure. Il est capable de collecter diverses données, notamment l’état de charge et de décharge des batteries, la température, la tension, le courant, etc.
2. Analyse et optimisation des données : Le système de gestion de l’énergie s’appuie sur une technologie d’analyse de données avancée pour traiter et analyser les données collectées afin de comprendre l’état de fonctionnement et les performances du système énergétique. Grâce à cette analyse, il est possible d’identifier les problèmes potentiels du système et de formuler des suggestions d’optimisation, telles que l’ajustement des stratégies de charge et de décharge et l’optimisation de l’efficacité énergétique.
3. Planification et contrôle de l'énergie : Le système de gestion de l'énergie planifie et contrôle intelligemment la consommation d'énergie en fonction de la demande en temps réel et du fonctionnement du système. Il optimise les opérations de charge et de décharge des installations de stockage d'énergie selon les prévisions de la demande, le prix de l'électricité, la charge du réseau et d'autres facteurs, afin de garantir une utilisation efficace et des économies d'énergie.
4. Détection des pannes et protection de sécurité : Le système de gestion de l’énergie détecte et signale rapidement les anomalies dans l’installation de stockage d’énergie, telles que la décharge excessive, la surcharge et les anomalies de température des batteries, afin de garantir son bon fonctionnement. Il peut également être connecté au réseau de distribution pour permettre la commande et la protection à distance de l’installation de stockage.
L'optimisation de la stratégie opérationnelle et de la conception de la stratégie de contrôle est essentielle.
La conception d'une stratégie opérationnelle et d'une stratégie de contrôle optimisées constitue le point central et la difficulté des produits EMS.
Compte tenu des caractéristiques de charge et de décharge du stockage d'énergie, des coûts de charge et de décharge des unités de stockage d'énergie et des avantages de l'application du stockage d'énergie, et sous réserve du respect des exigences de contrôle de la répartition du réseau, la conception de stratégies de fonctionnement et de contrôle optimisées peut améliorer les avantages économiques du fonctionnement du système de stockage d'énergie et améliorer divers indicateurs techniques.
Les produits EMS servent généralement de pont entre le système de stockage d'énergie et les systèmes d'information de niveau supérieur.
Le système de stockage d'énergie peut participer à la planification du réseau, à la planification des centrales électriques virtuelles, à l'interaction « source-réseau-charge-stockage », etc. via le système de gestion de l'énergie (EMS).
Les produits EMS, la planification du réseau et d'autres aspects nécessitent une coordination étroite et présentent certaines similitudes fonctionnelles. L'entreprise doit comprendre les caractéristiques de fonctionnement du réseau et s'appuyer sur une connaissance approfondie du savoir-faire accumulé par les entreprises de technologies de l'information côté réseau, ce qui lui permet de le réutiliser et lui confère un avantage certain.
