Industrijski in komercialni sistemi za shranjevanje energije so sestavljeni iz baterijskega sistema (vključno z BMS), EMS, PCS, klimatske naprave, protipožarnega sistema, nadzornega in alarmnega sistema itd., pri čemer BMS in EMS kot osrednja krmilna enota sistema za shranjevanje energije nosita pomembno odgovornost za upravljanje baterij oziroma upravljanje energije, njune funkcije, zmogljivost in ujemanje programske in strojne opreme pa so neposredno povezane z varnostjo uporabe sistema za shranjevanje energije in donosnostjo naložbe.
Sistem za upravljanje baterij (BMS): prevzema nadzor nad zaznavanjem v sistemu, lahko spremlja in upravlja sisteme za shranjevanje baterij, da zagotovi njihovo varnost, stabilnost in delovanje.
Sistem za upravljanje z energijo (EMS): odgovoren za odločanje v sistemu, se na splošno nanaša na integrirani sistem za upravljanje energije, ki je bil uveden za elektrarne z litijevimi baterijami in omogoča spremljanje in diagnosticiranje v realnem času.
Sistem za pretvorbo energije (PCS):odgovoren za izvajanje v sistemu, je ključni del naprave za shranjevanje energije, ki nadzoruje polnjenje in praznjenje baterij ter izvaja pretvorbo AC/DC za neposredno napajanje AC bremen v odsotnosti omrežja.
Sistem za upravljanje baterij (BMS)
Polno ime BMS je Sistem za upravljanje baterij, kar pomeni podsistem, ki se uporablja za upravljanje sistema za shranjevanje energije v baterijah.
Funkcija
Sistem BMS je sestavljen predvsem iz nadzornega modula, krmilnega modula, komunikacijskega modula in drugih delov. Njegova glavna funkcija je spremljanje in nadzor stanja baterije v realnem času, vključno z napetostjo baterije, tokom, temperaturo, stanjem napolnjenosti in drugimi parametri. Poleg tega lahko BMS tudi zaščiti in nadzoruje baterijo, da zagotovi varnost in življenjsko dobo baterije.
Da bi preprečili prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje baterije, s čimer se podaljša življenjska doba baterije in izboljša učinkovitost njene uporabe.
Poleg tega BMS igra tudi vlogo analize podatkov, saj mora izračunati in analizirati preostalo kapaciteto baterije (SOC) in stanje baterije (SOH), da opazuje stanje baterije. Ko se pojavijo kakršne koli nepravilnosti, jih pravočasno sporoči, da bo uporabnik pravočasno vedel, da ima baterija nepravilnost.
Arhitektura večplastne ozaveščenosti
V večini sistemov BMS obstaja tristopenjska arhitektura.
1. Spodnja plast: Podrejena BMU, funkcija te plasti je predvsem zajemanje napetosti in temperature baterijskih celic ter je odgovorna za izvajanje strategije izenačevanja baterije. Pridobivanje informacij poteka z drugo plastjo prek komunikacijske povezave, običajno z uporabo CAN ali verižne komunikacije.
2. Srednja plast: Glavna krmilna enota BCU. Glavne funkcije te plasti so zbiranje informacij o napetosti, toku in izolaciji grozda, krmiljenje kontaktorjev za zaščito baterijskega sklopa, zbiranje informacij iz prve stopnje BMU in ocena stanja baterije (SoX). Informacije se zbirajo in sporočajo tretji stopnji prek komunikacijske povezave, običajno z uporabo CAN ali Etherneta.
3. Zgornja raven: Splošni nadzor za upravljanje grozda baterij. Glavna funkcija te ravni je zbiranje informacij, ki jih posreduje BCU druge ravni, shranjevanje in prikaz informacij itd., s funkcijo alarma v realnem času, s funkcijo krmiljenja in povratne informacije o kontaktih glavnega odklopnika ter s funkcijo komunikacije v realnem času s PCS, EMS in lokalnim nadzorom.
Tehnične zahteve
V primerjavi z BMS za avtomobilske baterije ima BMS za shranjevanje energije bolj zapleteno strukturo.
Najprej, kapaciteta baterije, raven je drugačna, upravljanje BMS ravni napajanja je višje, serijska in vzporedna povezava pa zahteva več baterij.
Sistem BMS ima višje zahteve za priključitev na omrežje. Zahteve glede povezave z omrežjem so višje. Akumulator je povezan z akumulatorjem in elektronskim sistemom vozila, zato so tehnične zahteve nižje.
Tržnica
Na trgu BMS sodelujejo tri glavne vrste podjetij, in sicer proizvajalci vozil, proizvajalci baterij in neodvisni proizvajalci BMS. Proizvajalci vozil in baterij poslujejo v obliki neodvisnih raziskav in razvoja ali skupnega razvoja z dobavitelji BMS. Večina domačih vodilnih proizvajalcev baterij, kot so BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke in proizvajalci litijevih baterij AVIC, uporablja način postavitve BMS+PACK za zagotavljanje baterijskih sklopov in paketov BMS. Neodvisni proizvajalci BMS imajo trenutno veliko število udeležencev, linija izdelkov BMS pa se lahko dobavlja številnim panogam.
Trenutno imajo vodilna podjetja v kitajski industriji BMS očitne prednosti, saj je leta 2022 med desetimi največjimi proizvajalci novih baterijskih sistemov BMS na Kitajskem prevladoval 76,1-odstotni delež nameščene zmogljivosti baterijskih sistemov BMS. Med njimi so tri največja podjetja BYD, Ningde Times in Tesla, ki so vsa proizvajalca vozil in baterij z deležem 26,4 %, 16,9 % oziroma 9 %. Delež neodvisnih proizvajalcev BMS je relativno nizek, največji neodvisni proizvajalec BMS na Kitajskem, Li Xinneng, pa se je po deležu uvrstil na četrto mesto, vendar je skupni delež le 6,7 %.
Prehod od osnovnih k naprednim funkcijam
1. Večja zanesljivost
Ker ima vsaka baterijska enota svoj sistem za spremljanje in upravljanje, je zanesljivost porazdeljenega sistema BMS večja. Tudi če ena sama baterija odpove, lahko druge baterije še vedno delujejo normalno, splošna zmogljivost sistema pa ne bo bistveno prizadeta.
2. Enostavno vzdrževanje in nadgradnja
Ker je struktura porazdeljenega sistema BMS relativno preprosta, lahko vsaka baterijska celica deluje neodvisno, zato sta vzdrževanje in nadgradnja relativno enostavna. Ko baterijska enota odpove, jo je mogoče neposredno zamenjati, ne da bi bilo treba zaradi vzdrževanja in nadgradnje izklopiti celoten sistem.
3. Večja fleksibilnost
Sistem za spremljanje in krmiljenje porazdeljenega sistema BMS je razpršen v vsaki baterijski enoti, zato je sistem bolj prilagodljiv. Število baterijskih celic je mogoče povečati ali zmanjšati glede na dejansko povpraševanje, ne da bi bilo treba upoštevati kompleksnost porazdeljenega sistema kot celote.
Sistem za upravljanje z energijo (EMS)
EMS (sistem za upravljanje z energijo), znan tudi kot sistem za upravljanje z energijo, čeprav delež celotnega sistema za shranjevanje energije ni zelo velik, je izjemno pomembna osrednja komponenta celotnega sistema za shranjevanje energije. Na splošno se nanaša na regulacijo in nadzor litijevih baterijskih elektrarn, ki jih je zagnal integriran sistem za upravljanje z energijo.
Organizacija
Sistem za upravljanje z energijo je sestavljen iz več delov, ki bodo prikazani spodaj.
1. Spremljanje in zbiranje podatkov: Sistem za upravljanje z energijo v realnem času s pomočjo senzorjev in instrumentalne opreme spremlja proizvodnjo, shranjevanje in porabo energije v hranilniku energije. Zmožen je zbirati različne podatke, vključno s stanjem polnjenja in praznjenja baterij, temperaturo, napetostjo, tokom itd.
2. Analiza in optimizacija podatkov: Sistem za upravljanje z energijo se za obdelavo in analizo zbranih podatkov opira na napredno tehnologijo analize podatkov, da bi razumel stanje delovanja in delovanje energetskega sistema. Z analizo podatkov lahko prepozna morebitne težave v energetskem sistemu in poda predloge za optimizacijo, kot so prilagajanje strategij polnjenja in praznjenja ter optimizacija učinkovitosti izrabe energije.
3. Načrtovanje in nadzor energije: Sistem za upravljanje energije lahko inteligentno načrtuje in nadzoruje energijo na podlagi povpraševanja po energiji v realnem času in delovanja sistema. Lahko razumno organizira polnjenje in praznjenje naprav za shranjevanje energije glede na napoved povpraševanja, ceno električne energije, obremenitev omrežja in druge dejavnike, da bi dosegel učinkovito rabo in varčevanje z energijo.
4. Zaznavanje napak in varnostna zaščita: Sistem za upravljanje energije lahko pravočasno zazna in opozori na napake v hranilniku energije, kot so prekomerno praznjenje in prekomerno polnjenje baterij ter temperaturne nepravilnosti, da se zagotovi varno delovanje hranilnika energije. Hkrati se lahko poveže tudi z distribucijskim omrežjem za daljinsko upravljanje in zaščito hranilnikov energije.
Optimizacija zasnove operativne strategije in strategije krmiljenja je ključna točka
Zasnova optimizirane strategije delovanja in strategije krmiljenja je osrednja točka in hkrati težava izdelkov EMS.
Ob upoštevanju karakteristik polnjenja in praznjenja shranjevalnikov energije, stroškov polnjenja in praznjenja enot za shranjevanje energije ter prednosti uporabe shranjevanja energije in pod predpostavko izpolnjevanja zahtev dispečerske kontrole omrežja lahko zasnova optimiziranih strategij delovanja in krmiljenja poveča ekonomske koristi delovanja sistema za shranjevanje energije in izboljša različne tehnične kazalnike.
Izdelki EMS običajno delujejo kot most med sistemom za shranjevanje energije in informacijskimi sistemi višje ravni.
Sistem za shranjevanje energije se lahko prek EMS pridruži razporejanju omrežja, razporejanju virtualne elektrarne, interakciji »vir-omrežje-obremenitev-shranjevanje« itd.
Izdelki EMS in razporejanje omrežja ter drugo tesno usklajevanje ter v funkciji ima določeno podobnost, podjetje mora razumeti obratovalne značilnosti omrežja, podjetja za informacijsko tehnologijo na strani omrežja, ki temeljijo na globokem oranju, imajo znanje in izkušnje, ki jih lahko kopičijo, lahko oblikujejo sposobnost ponovne uporabe in imajo določeno prednost.
