Przemysłowy i komercyjny system magazynowania energii składa się z systemu baterii (w tym BMS), EMS, PCS, klimatyzacji, systemu ochrony przeciwpożarowej, systemu monitorowania i alarmowego itp., przy czym BMS i EMS, jako główna jednostka sterująca systemem magazynowania energii, ponoszą istotną odpowiedzialność odpowiednio za zarządzanie bateriami i zarządzanie energią, a ich funkcje, wydajność i dopasowanie oprogramowania i sprzętu są bezpośrednio związane z bezpieczeństwem stosowania systemu magazynowania energii i zwrotem z inwestycji.
System zarządzania baterią (BMS):przejmując kontrolę nad czujnikami w systemie, może monitorować i kontrolować systemy magazynowania energii w akumulatorach, aby zapewnić ich bezpieczeństwo, stabilność i wydajność.
System zarządzania energią (EMS):odpowiada za podejmowanie decyzji w systemie, odnosi się ogólnie do zintegrowanego systemu zarządzania energią, regulacji i kontroli, uruchomionego dla elektrowni magazynujących energię za pomocą baterii litowych, realizującego monitorowanie i diagnostykę w czasie rzeczywistym.
Układ konwersji energii (PCS):odpowiada za realizację zadań w systemie, jest kluczową częścią instalacji magazynowania energii, kontroluje ładowanie i rozładowywanie akumulatorów oraz wykonuje konwersję prądu przemiennego na stały w celu dostarczania energii bezpośrednio do odbiorników prądu przemiennego w przypadku braku dostępu do sieci.
System zarządzania baterią (BMS)
Pełna nazwa BMS to Battery Management System, co oznacza podsystem służący do zarządzania systemem magazynowania energii w akumulatorach.
Funkcjonować
System BMS składa się głównie z modułu monitorującego, modułu sterującego, modułu komunikacyjnego i innych podzespołów. Jego główną funkcją jest monitorowanie i kontrolowanie stanu akumulatora w czasie rzeczywistym, w tym napięcia, prądu, temperatury, stopnia naładowania (SOC) i innych parametrów. Dodatkowo, BMS może również chronić i kontrolować akumulator, zapewniając jego bezpieczeństwo i żywotność.
Aby zapobiec przeładowaniu i nadmiernemu rozładowaniu akumulatora, wydłużamy w ten sposób jego żywotność i poprawiamy efektywność jego wykorzystania.
Co więcej, BMS zajmuje się również analizą danych. Musi obliczać i analizować SOC (pozostałą pojemność baterii) i SOH (stan zdrowia baterii), aby monitorować stan baterii. Jeśli pojawią się jakiekolwiek nieprawidłowości, zostaną one zgłoszone w odpowiednim czasie, dzięki czemu użytkownik będzie wiedział o nieprawidłowościach w baterii.
Architektura świadomości warstwowej
W większości systemów BMS stosowana jest architektura trójwarstwowa.
1. Warstwa dolna: Podrzędny moduł BMU. Funkcją tego poziomu jest głównie rejestracja napięcia i temperatury ogniw akumulatora oraz realizacja strategii wyrównywania napięcia akumulatora. Moduł zbierania informacji komunikuje się z drugim poziomem za pośrednictwem łącza komunikacyjnego, zazwyczaj wykorzystującego magistralę CAN lub połączenie szeregowe.
2. Warstwa środkowa: Główny sterownik BCU. Główne funkcje tego poziomu to gromadzenie informacji o napięciu, prądzie i izolacji klastra, sterowanie stycznikami zabezpieczającymi pakiety akumulatorów, gromadzenie informacji z modułu BMU pierwszego stopnia oraz szacowanie stanu akumulatora (SoX). Informacje są gromadzone i przesyłane do trzeciego stopnia za pośrednictwem łącza komunikacyjnego, zazwyczaj z wykorzystaniem magistrali CAN lub Ethernet.
3. Poziom górny: Sterowanie ogólne, do zarządzania klastrem baterii. Główną funkcją tego poziomu jest zbieranie informacji przesyłanych przez sterownik BCU drugiego poziomu, przechowywanie i wyświetlanie informacji itp., z funkcją alarmu w czasie rzeczywistym, funkcją sterowania i sprzężenia zwrotnego styków głównego wyłącznika oraz funkcją komunikacji w czasie rzeczywistym z systemami PCS, EMS i monitoringiem lokalnym.
Wymagania techniczne
W porównaniu z systemem BMS do zasilania akumulatorów samochodowych, system BMS do magazynowania energii ma bardziej złożoną strukturę.
Przede wszystkim pojemność baterii, poziom jest różny, zarządzanie BMS poziomem zasilania jest wyższe, połączenie szeregowe i równoległe wymaga większej ilości baterii.
System BMS ma wyższe wymagania dotyczące połączenia z siecią. Wymagania dotyczące połączenia z siecią są wyższe. Akumulator jest podłączony do akumulatora i układu elektronicznego pojazdu, dlatego wymagania techniczne są niższe.
Rynek
Na rynku BMS działają trzy główne rodzaje przedsiębiorstw: producenci pojazdów, producenci akumulatorów oraz niezależni producenci BMS. Producenci pojazdów i akumulatorów prowadzą działalność w formie niezależnych badań i rozwoju lub współpracy rozwojowej z dostawcami BMS. Większość krajowych liderów w dziedzinie akumulatorów, takich jak BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke i AVIC, stosuje układ BMS+PACK, aby dostarczać zestawy akumulatorów i pakiety BMS. Niezależni producenci BMS mają obecnie dużą liczbę uczestników, a linia produktów BMS może być dostarczana do wielu branż.
Obecnie chińskie przedsiębiorstwa będące liderami w branży systemów zarządzania zasobami ludzkimi (BMS) mają oczywistą przewagę, szczególnie w 2022 roku, gdy udział dziesięciu największych producentów w chińskim rynku nowych systemów BMS do zasilania akumulatorowego wyniósł 76,1%. Wśród nich trzy czołowe firmy to BYD, Ningde Times i Tesla, wszystkie z nich to producenci pojazdów i akumulatorów, z udziałem odpowiednio 26,4%, 16,9% i 9%. Udział niezależnych producentów systemów BMS jest stosunkowo niski, a największy niezależny producent systemów BMS w Chinach, Li Xinneng, zajął czwarte miejsce pod względem udziału, ale jego łączny udział wynosi zaledwie 6,7%.
Przechodzenie od funkcji podstawowych do zaawansowanych
1. Większa niezawodność
Ponieważ każda bateria ma własny system monitorowania i sterowania, niezawodność rozproszonego systemu BMS jest wyższa. Nawet w przypadku awarii jednej baterii, pozostałe nadal mogą działać normalnie, a ogólna wydajność systemu nie ulegnie znacznemu pogorszeniu.
2. Łatwa konserwacja i modernizacja
Ponieważ struktura rozproszonego systemu BMS jest stosunkowo prosta, każde ogniwo baterii może działać niezależnie, co ułatwia konserwację i modernizację. W przypadku awarii baterii można ją wymienić bezpośrednio, bez konieczności wyłączania całego systemu w celu konserwacji i modernizacji.
3. Większa elastyczność
System monitorowania i sterowania rozproszonym systemem BMS jest rozproszony w każdej jednostce baterii, co zapewnia większą elastyczność systemu. Liczba ogniw baterii może być zwiększana lub zmniejszana w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania, bez konieczności uwzględniania złożoności całego rozproszonego systemu.
System zarządzania energią (EMS)
EMS (Energy Management System), znany również jako system zarządzania energią, chociaż jego udział w całym systemie magazynowania energii nie jest bardzo duży, stanowi on niezwykle ważny element konstrukcyjny całego systemu. Zasadniczo odnosi się do regulacji i sterowania pracą elektrowni zasilanych bateriami litowymi, uruchamiając zintegrowany system zarządzania energią.
Organizacja
System zarządzania energią składa się z kilku części, które przedstawiono poniżej.
1. Monitorowanie i gromadzenie: System zarządzania energią monitoruje wytwarzanie, magazynowanie i zużycie energii w obiekcie magazynowania energii w czasie rzeczywistym za pomocą czujników i urządzeń pomiarowych. Jest w stanie gromadzić różnorodne dane, w tym stan ładowania i rozładowywania akumulatorów, temperaturę, napięcie, prąd itp.
2. Analiza i optymalizacja danych: System zarządzania energią wykorzystuje zaawansowaną technologię analizy danych, która przetwarza i analizuje zebrane dane, aby zrozumieć stan pracy i wydajność systemu energetycznego. Dzięki analizie danych system może identyfikować potencjalne problemy w systemie energetycznym i przedstawiać sugestie optymalizacyjne, takie jak dostosowanie strategii ładowania i rozładowywania oraz optymalizacja efektywności wykorzystania energii.
3. Harmonogramowanie i kontrola zużycia energii: System zarządzania energią umożliwia inteligentne planowanie i kontrolę zużycia energii w oparciu o bieżące zapotrzebowanie na energię i działanie systemu. Umożliwia on racjonalne planowanie ładowania i rozładowywania magazynów energii w oparciu o prognozowane zapotrzebowanie, ceny energii elektrycznej, obciążenie sieci i inne czynniki, w celu efektywnego wykorzystania i oszczędzania energii.
4. Wykrywanie usterek i zabezpieczenia: System zarządzania energią może w porę wykrywać i alarmować usterki w obiekcie magazynującym energię, takie jak nadmierne rozładowanie baterii, przeładowanie i odchylenia temperatury, aby zagwarantować bezpieczną eksploatację obiektu. Jednocześnie może być połączony z systemem dystrybucji, umożliwiając zdalne sterowanie i ochronę obiektów magazynujących energię.
Kluczowym punktem jest optymalizacja strategii operacyjnej i projektowanie strategii kontroli
Sednem i trudnością produktów EMS jest zaprojektowanie zoptymalizowanej strategii operacyjnej i strategii kontroli.
Biorąc pod uwagę charakterystykę ładowania i rozładowywania magazynów energii, koszty ładowania i rozładowywania jednostek magazynujących energię oraz korzyści płynące z zastosowania magazynów energii, a także zakładając spełnienie wymagań dotyczących sterowania dyspozytornią sieci, zaprojektowanie zoptymalizowanych strategii działania i kontroli może zwiększyć korzyści ekonomiczne wynikające z eksploatacji systemu magazynowania energii i poprawić różne wskaźniki techniczne.
Produkty EMS działają na ogół jako pomost między systemem magazynowania energii i systemami informatycznymi wyższego rzędu.
System magazynowania energii może być zintegrowany z planowaniem pracy sieci, wirtualnym harmonogramem pracy elektrowni, interakcją „źródło-sieć-obciążenie-magazyn” itp. za pośrednictwem EMS.
Produkty EMS i harmonogramowanie sieci oraz inna ścisła koordynacja, a także funkcja mająca pewne podobieństwo, firma musi zrozumieć charakterystykę operacyjną sieci, firmy informatyczne zajmujące się głęboką orką po stronie sieci mają wiedzę i know-how do gromadzenia, mogą tworzyć zdolność do ponownego wykorzystania, co ma pewną przewagę.
