Industriële en commerciële energieopslagsystemen bestaan uit een batterijsysteem (inclusief BMS), EMS, PCS, airconditioning, brandbeveiligingssysteem, bewakings- en alarmsysteem, enz. Het BMS en EMS fungeren als de kernbesturingseenheid van het energieopslagsysteem en zijn respectievelijk verantwoordelijk voor het batterijbeheer en het energiebeheer. Hun functies, prestaties en de afstemming van software en hardware zijn direct van invloed op de veiligheid van het energieopslagsysteem en het rendement op de investering.
Batterijbeheersysteem (BMS)Door de sensorfuncties in het systeem over te nemen, kan het batterijopslagsystemen bewaken en aansturen om hun veiligheid, stabiliteit en prestaties te garanderen.
Energiebeheersysteem (EMS)Verantwoordelijk voor de besluitvorming binnen het systeem, verwijst dit over het algemeen naar het geïntegreerde energiebeheersysteem voor regulering en controle dat is ontwikkeld voor energiecentrales met lithiumbatterijen, en dat realtime monitoring en diagnose mogelijk maakt.
Energieconversiesysteem (PCS)Verantwoordelijk voor de uitvoering in het systeem, is een essentieel onderdeel van de energieopslaginstallatie. Het regelt het laden en ontladen van de batterijen en voert de AC/DC-conversie uit om, bij afwezigheid van netstroom, direct stroom te leveren aan de AC-verbruikers.
Batterijbeheersysteem (BMS)
De volledige naam van BMS is Battery Management System, wat betekent dat het een subsysteem is dat gebruikt wordt om het batterij-energieopslagsysteem te beheren.
Functie
Een BMS (Battery Management System) bestaat hoofdzakelijk uit een bewakingsmodule, een besturingsmodule, een communicatiemodule en andere onderdelen. De belangrijkste functie is het realtime bewaken en regelen van de batterijstatus, inclusief batterijspanning, stroomsterkte, temperatuur, laadstatus (SOC) en andere parameters. Daarnaast kan een BMS de batterij beschermen en aansturen om de veiligheid en levensduur ervan te garanderen.
Om overladen en overontladen van de batterij te voorkomen, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd en de efficiëntie van het batterijgebruik wordt verbeterd.
Bovendien vervult het BMS ook een rol in data-analyse. Het berekent en analyseert de SOC (resterende batterijcapaciteit) en SOH (status van de batterij) om de toestand van de batterij te bewaken. Bij afwijkingen wordt dit tijdig gemeld, zodat de gebruiker op tijd op de hoogte is van eventuele problemen met de batterij.
Gelaagde bewustzijnsarchitectuur
De meeste gebouwbeheersystemen (BMS) hebben een architectuur met drie lagen.
1. Onderste laag: Slave BMU. De belangrijkste functie van dit niveau is het verkrijgen van de accuspanning en -temperatuur, en het uitvoeren van de accu-egalisatiestrategie. De verkregen informatie wordt via een communicatieverbinding, meestal CAN of daisy chain-communicatie, naar het tweede niveau gecommuniceerd.
2. Middelste laag: Hoofdregel-BCU. De belangrijkste functies van deze laag zijn het verzamelen van clusterspanning, stroom en clusterisolatie-informatie, het aansturen van contactoren voor de beveiliging van het accupakket, het verzamelen van informatie van de eerste trap BMU en het schatten van de accustatus (SoX). De informatie wordt verzameld en via een communicatieverbinding, meestal CAN of Ethernet, naar de derde trap verzonden.
3. Bovenste niveau: Algemene besturing voor het beheer van de batterijcluster. De belangrijkste functie van dit niveau is het verzamelen van de informatie die door de BCU van het tweede niveau wordt verzonden, het opslaan en weergeven van de informatie, enz., met een realtime alarmfunctie, met de besturings- en contactterugkoppelingsfunctie van de hoofdschakelaar en met de realtime communicatiefunctie met PCS, EMS en lokale bewaking.
Technische vereisten
Vergeleken met het batterijbeheersysteem (BMS) voor autobatterijen heeft het BMS voor energieopslag een complexere structuur.
Allereerst is er het verschil in batterijcapaciteit; het niveau van het batterijbeheersysteem (BMS) voor de stroomvoorziening is hoger, en voor serie- en parallelschakeling zijn meer batterijen nodig.
Een BMS stelt hogere eisen aan de netaansluiting. De eisen aan de verbinding met het elektriciteitsnet zijn hoger. De accu is aangesloten op de accu en het elektronische systeem van het voertuig, waardoor de technische eisen lager zijn.
Markt
Er zijn drie hoofdtypen bedrijven actief op de BMS-markt: autofabrikanten, fabrikanten van accu's en onafhankelijke BMS-producenten. Autofabrikanten en accufabrikanten doen zaken in de vorm van onafhankelijk onderzoek en ontwikkeling of in samenwerking met BMS-leveranciers. De meeste toonaangevende binnenlandse accufabrikanten, zoals BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke en AVIC Li-power, hanteren de BMS+PACK-architectuur voor hun accupakketten en BMS-systemen. Onafhankelijke BMS-producenten zijn momenteel een belangrijke speler op de markt en hun productlijn is geschikt voor diverse sectoren.
Momenteel hebben de toonaangevende bedrijven in de Chinese BMS-industrie duidelijke voordelen. Zo hadden de tien grootste fabrikanten van BMS-systemen voor nieuwe energiebronnen in 2022 maar liefst 76,1% van de geïnstalleerde capaciteit in deze sector in handen. De top drie bestaat uit BYD, Ningde Times en Tesla, allen fabrikanten van voertuigen en batterijen, met respectievelijk 26,4%, 16,9% en 9% van de markt. Het aandeel van onafhankelijke BMS-fabrikanten is relatief laag. De grootste onafhankelijke BMS-fabrikant in China, Li Xinneng, staat weliswaar op de vierde plaats qua marktaandeel, maar heeft slechts 6,7% van de totale markt in handen.
Van basisfuncties naar geavanceerde functies
1. Hogere betrouwbaarheid
Doordat elke batterij-eenheid een eigen bewakings- en besturingssysteem heeft, is de betrouwbaarheid van een gedistribueerd batterijbeheersysteem (BMS) hoger. Zelfs als één batterij uitvalt, kunnen de andere batterijen nog steeds normaal functioneren en zal de algehele prestatie van het systeem niet significant worden beïnvloed.
2. Gemakkelijk te onderhouden en te upgraden
Omdat de structuur van een gedistribueerd batterijbeheersysteem (BMS) relatief eenvoudig is, kan elke batterijcel onafhankelijk werken, waardoor onderhoud en upgrades relatief gemakkelijk zijn. Als een batterij uitvalt, kan deze direct worden vervangen zonder dat het hele systeem hoeft te worden uitgeschakeld voor onderhoud en upgrades.
3. Grotere flexibiliteit
Het bewakings- en besturingssysteem van het gedistribueerde BMS is verspreid over elke batterij-eenheid, waardoor het systeem flexibeler is. Het aantal batterijcellen kan worden verhoogd of verlaagd, afhankelijk van de werkelijke vraag, zonder dat rekening hoeft te worden gehouden met de complexiteit van het gehele gedistribueerde systeem.
Energiebeheersysteem (EMS)
EMS (Energy Management System), ook wel energiemanagementsysteem genoemd, is, hoewel het aandeel ervan in het totale energieopslagsysteem niet erg groot is, een uiterst belangrijk kernonderdeel van het gehele systeem. Het verwijst over het algemeen naar een geïntegreerd energiemanagementsysteem voor de regulering en controle van lithiumbatterij-energiecentrales.
Organisatie
Een energiebeheersysteem bestaat uit verschillende onderdelen, die hieronder worden weergegeven.
1. Monitoring en gegevensverzameling: Het energiebeheersysteem monitort de opwekking, opslag en het verbruik van energie in de energieopslagfaciliteit in realtime via sensoren en meetapparatuur. Het is in staat om diverse gegevens te verzamelen, waaronder de laad- en ontlaadstatus van de batterij, temperatuur, spanning, stroomsterkte, enzovoort.
2. Data-analyse en optimalisatie: Het energiemanagementsysteem maakt gebruik van geavanceerde data-analysetechnologie om de verzamelde gegevens te verwerken en te analyseren, teneinde de werkingsstatus en prestaties van het energiesysteem te begrijpen. Door middel van data-analyse kunnen potentiële problemen in het energiesysteem worden geïdentificeerd en optimalisatievoorstellen worden gedaan, zoals het aanpassen van laad- en ontlaadstrategieën en het optimaliseren van de energie-efficiëntie.
3. Energieplanning en -regeling: Het energiebeheersysteem kan de energie op intelligente wijze plannen en regelen op basis van de realtime energievraag en de systeemwerking. Het kan de laad- en ontlaadprocessen van energieopslagfaciliteiten op een verstandige manier organiseren, rekening houdend met de vraagvoorspelling, de elektriciteitsprijzen, de netbelasting en andere factoren, om zo een efficiënt energiegebruik en energiebesparing te realiseren.
4. Foutdetectie en veiligheidsbescherming: Het energiebeheersysteem kan tijdig fouten in de energieopslaginstallatie detecteren en alarmeren, zoals overontlading, overladen en temperatuurafwijkingen van de batterij, om de veilige werking van de energieopslaginstallatie te garanderen. Tegelijkertijd kan het systeem worden gekoppeld aan het distributienetwerk voor besturing en beveiliging van de energieopslaginstallatie op afstand.
Optimalisatie van de operationele strategie en het ontwerp van de controlestrategie is het belangrijkste punt.
Het ontwerpen van een geoptimaliseerde operationele strategie en besturingsstrategie is de kern en tevens de grootste uitdaging bij EMS-producten.
Rekening houdend met de laad- en ontlaadkarakteristieken van energieopslag, de laad- en ontlaadkosten van energieopslageenheden en de toepassingsvoordelen van energieopslag, en onder de voorwaarde dat aan de eisen van de netsturing wordt voldaan, kan het ontwerpen van geoptimaliseerde operationele en besturingsstrategieën de economische voordelen van de werking van energieopslagsystemen vergroten en diverse technische indicatoren verbeteren.
EMS-producten fungeren over het algemeen als een brug tussen het energieopslagsysteem en informatiesystemen op een hoger niveau.
Het energieopslagsysteem kan via het energiemanagementsysteem (EMS) worden geïntegreerd in de netplanning, de virtuele planning van energiecentrales, de interactie tussen "bron-net-verbruiker-opslag", enzovoort.
EMS-producten en netwerkplanning, en andere aspecten die nauw met elkaar samenhangen, vertonen een zekere functionele gelijkenis. Het is daarom essentieel dat bedrijven de operationele kenmerken van het netwerk begrijpen. Bedrijven met diepgaande kennis van netwerkinformatie beschikken over de nodige expertise om deze te hergebruiken en hebben zo een zeker concurrentievoordeel.
