ระบบกักเก็บพลังงานสำหรับอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ประกอบด้วยระบบแบตเตอรี่ (รวมถึง BMS), EMS, PCS, ระบบปรับอากาศ, ระบบป้องกันอัคคีภัย, ระบบตรวจสอบและแจ้งเตือน ฯลฯ โดยที่ BMS และ EMS ซึ่งเป็นหน่วยควบคุมหลักของระบบกักเก็บพลังงาน มีความรับผิดชอบที่สำคัญในการจัดการแบตเตอรี่และการจัดการพลังงานตามลำดับ และฟังก์ชัน ประสิทธิภาพ และความสอดคล้องกันของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ของทั้งสองระบบมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยในการใช้งานระบบกักเก็บพลังงานและผลตอบแทนจากการลงทุน
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS): โดยทำหน้าที่ตรวจจับในระบบ สามารถตรวจสอบและควบคุมระบบจัดเก็บแบตเตอรี่เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัย เสถียรภาพ และประสิทธิภาพการทำงาน
ระบบบริหารจัดการพลังงาน (EMS): มีหน้าที่รับผิดชอบในการตัดสินใจภายในระบบ โดยทั่วไปหมายถึงระบบการจัดการพลังงานแบบบูรณาการด้านการควบคุมและกำกับดูแลที่นำมาใช้กับสถานีไฟฟ้าพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งสามารถตรวจสอบและวินิจฉัยปัญหาแบบเรียลไทม์ได้
ระบบแปลงพลังงาน (PCS): มีหน้าที่รับผิดชอบในการดำเนินการในระบบ เป็นส่วนสำคัญของโรงงานจัดเก็บพลังงาน ควบคุมการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ และทำการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงเพื่อจ่ายพลังงานโดยตรงให้กับโหลดกระแสสลับในกรณีที่ไม่มีไฟฟ้าจากสายส่ง
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)
ชื่อเต็มของ BMS คือ Battery Management System ซึ่งหมายถึงระบบย่อยที่ใช้ในการจัดการระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่
การทำงาน
ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ประกอบด้วยโมดูลตรวจสอบ โมดูลควบคุม โมดูลสื่อสาร และชิ้นส่วนอื่นๆ หน้าที่หลักคือการตรวจสอบและควบคุมสถานะของแบตเตอรี่แบบเรียลไทม์ รวมถึงแรงดัน กระแส อุณหภูมิ ระดับการชาร์จ (SOC) และพารามิเตอร์อื่นๆ นอกจากนี้ BMS ยังสามารถปกป้องและควบคุมแบตเตอรี่เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อีกด้วย
เพื่อป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไปและการคายประจุมากเกินไป ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานแบตเตอรี่
ไม่เพียงเท่านั้น ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ยังทำหน้าที่วิเคราะห์ข้อมูล โดยต้องคำนวณและวิเคราะห์ค่า SOC (ความจุแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่) และ SOH (สถานะสุขภาพของแบตเตอรี่) เพื่อตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่ และหากมีข้อมูลผิดปกติใด ๆ เกิดขึ้น ระบบจะรายงานให้ทราบโดยทันที เพื่อให้ผู้ใช้ทราบว่าแบตเตอรี่มีความผิดปกติในเวลาที่เหมาะสม
สถาปัตยกรรมการรับรู้แบบหลายชั้น
ระบบ BMS ส่วนใหญ่จะมีสถาปัตยกรรมแบบสามระดับ
1. ชั้นล่างสุด: Slave BMU หน้าที่หลักของชั้นนี้คือการรับข้อมูลแรงดันและอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่ และรับผิดชอบในการดำเนินการตามกลยุทธ์การปรับสมดุลแบตเตอรี่ การรับข้อมูลจะสื่อสารกับชั้นที่สองผ่านทางช่องทางการสื่อสาร ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ CAN หรือการสื่อสารแบบเดซี่เชน
2. ชั้นกลาง: หน่วยควบคุมหลัก (BCU) หน้าที่หลักของชั้นนี้คือการรวบรวมข้อมูลแรงดัน กระแส และฉนวนของกลุ่มแบตเตอรี่ การควบคุมคอนแทคเตอร์เพื่อป้องกันชุดแบตเตอรี่ การรวบรวมข้อมูลจากหน่วยจัดการแบตเตอรี่ (BMU) ขั้นแรก และการประเมินสถานะแบตเตอรี่ (SoX) ข้อมูลที่รวบรวมและส่งไปยังขั้นที่สามจะผ่านทางช่องทางการสื่อสาร ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ CAN หรือ Ethernet
3. ระดับบนสุด: การควบคุมทั่วไป สำหรับการจัดการกลุ่มแบตเตอรี่ หน้าที่หลักของระดับนี้คือการรวบรวมข้อมูลที่ส่งมาจาก BCU ระดับที่สอง จัดเก็บและแสดงข้อมูล ฯลฯ พร้อมฟังก์ชันการแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์ ฟังก์ชันการควบคุมและการป้อนข้อมูลย้อนกลับของเบรกเกอร์วงจรหลัก และฟังก์ชันการสื่อสารแบบเรียลไทม์กับ PCS, EMS และการตรวจสอบในพื้นที่
ข้อกำหนดทางเทคนิค
เมื่อเปรียบเทียบกับ BMS สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์แล้ว BMS สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า
ประการแรก ความจุของแบตเตอรี่และระดับความจุแตกต่างกัน ระบบจัดการพลังงาน BMS มีระดับสูงกว่า และการต่อแบบอนุกรมและขนานต้องการแบตเตอรี่จำนวนมากกว่า
ระบบ BMS มีข้อกำหนดที่สูงกว่าสำหรับการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า ข้อกำหนดในการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าจึงสูงกว่า ในขณะที่แบตเตอรี่สำรองเชื่อมต่อกับระบบแบตเตอรี่และระบบอิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์ ดังนั้นข้อกำหนดทางเทคนิคจึงต่ำกว่า
ตลาด
ตลาด BMS ประกอบด้วยองค์กรหลัก 3 ประเภท ได้แก่ ผู้ผลิตรถยนต์ ผู้ผลิตแบตเตอรี่ และผู้ผลิต BMS อิสระ ผู้ผลิตรถยนต์และผู้ผลิตแบตเตอรี่ดำเนินธุรกิจในรูปแบบของการวิจัยและพัฒนาอิสระ หรือการพัฒนาร่วมกับผู้ผลิต BMS ผู้นำด้านแบตเตอรี่ในประเทศส่วนใหญ่ เช่น BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke และ AVIC Li-power battery manufacturers ใช้รูปแบบ BMS+PACK ในการจัดหาชุดแบตเตอรี่และแพ็คเกจ BMS ปัจจุบันผู้ผลิต BMS อิสระมีผู้เข้าร่วมจำนวนมาก และสายผลิตภัณฑ์ BMS สามารถจัดหาให้กับอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากมาย
ปัจจุบัน บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรม BMS ของจีนมีข้อได้เปรียบอย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี 2022 กำลังการผลิตติดตั้ง BMS สำหรับแบตเตอรี่พลังงานใหม่ของจีนในกลุ่มผู้ผลิต 10 อันดับแรกมีส่วนแบ่ง 76.1% ในจำนวนนี้ บริษัท 3 อันดับแรก ได้แก่ BYD, Ningde Times และ Tesla ซึ่งล้วนเป็นผู้ผลิตรถยนต์และแบตเตอรี่ มีส่วนแบ่ง 26.4%, 16.9% และ 9% ตามลำดับ ส่วนแบ่งของผู้ผลิต BMS อิสระค่อนข้างต่ำ และผู้ผลิต BMS อิสระรายใหญ่ที่สุดในจีนอย่าง Li Xinneng อยู่ในอันดับที่สี่ในแง่ของส่วนแบ่ง แต่ส่วนแบ่งโดยรวมมีเพียง 6.7% เท่านั้น
การเปลี่ยนจากฟังก์ชันพื้นฐานไปสู่ฟังก์ชันขั้นสูง
1. ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น
เนื่องจากแบตเตอรี่แต่ละก้อนมีระบบตรวจสอบและควบคุมเป็นของตัวเอง ความน่าเชื่อถือของระบบจัดการแบตเตอรี่แบบกระจายจึงสูงกว่า แม้ว่าแบตเตอรี่ก้อนใดก้อนหนึ่งจะเสีย แบตเตอรี่ก้อนอื่นๆ ก็ยังคงทำงานได้ตามปกติ และประสิทธิภาพโดยรวมของระบบจะไม่ได้รับผลกระทบมากนัก
2. บำรุงรักษาและอัปเกรดได้ง่าย
เนื่องจากโครงสร้างของระบบจัดการแบตเตอรี่แบบกระจาย (Distributed BMS) ค่อนข้างเรียบง่าย เซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์จึงสามารถทำงานได้อย่างอิสระ ทำให้การบำรุงรักษาและการอัปเกรดทำได้ค่อนข้างง่าย เมื่อแบตเตอรี่หน่วยใดหน่วยหนึ่งเสีย ก็สามารถเปลี่ยนได้โดยตรงโดยไม่ต้องปิดระบบทั้งหมดเพื่อทำการบำรุงรักษาหรืออัปเกรด
3. ความยืดหยุ่นที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น
ระบบตรวจสอบและควบคุมของ BMS แบบกระจายนั้นติดตั้งอยู่ตามแต่ละหน่วยแบตเตอรี่ ทำให้ระบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น สามารถเพิ่มหรือลดจำนวนเซลล์แบตเตอรี่ได้ตามความต้องการจริง โดยไม่ต้องคำนึงถึงความซับซ้อนของระบบโดยรวมแบบกระจาย
ระบบบริหารจัดการพลังงาน (EMS)
EMS (Energy Management System) หรือระบบจัดการพลังงาน แม้ว่าจะมีสัดส่วนไม่มากนักในระบบจัดเก็บพลังงานทั้งหมด แต่ก็เป็นส่วนประกอบหลักที่สำคัญอย่างยิ่งของระบบจัดเก็บพลังงานทั้งหมด โดยทั่วไปหมายถึงระบบจัดการพลังงานแบบบูรณาการที่ใช้ในการควบคุมและกำกับดูแลสถานีเก็บพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม
องค์กร
ระบบบริหารจัดการพลังงานประกอบด้วยหลายส่วน ซึ่งจะแสดงไว้ดังต่อไปนี้
1. การตรวจสอบและเก็บรวบรวมข้อมูล: ระบบบริหารจัดการพลังงานจะตรวจสอบการผลิต การจัดเก็บ และการใช้พลังงานในโรงเก็บพลังงานแบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์และอุปกรณ์วัดต่างๆ โดยสามารถเก็บรวบรวมข้อมูลได้หลากหลาย เช่น สถานะการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และอื่นๆ
2. การวิเคราะห์และปรับปรุงข้อมูล: ระบบบริหารจัดการพลังงานอาศัยเทคโนโลยีการวิเคราะห์ข้อมูลขั้นสูงในการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้ เพื่อทำความเข้าใจสถานะการทำงานและประสิทธิภาพของระบบพลังงาน โดยการวิเคราะห์ข้อมูล ระบบสามารถระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในระบบพลังงานและให้คำแนะนำในการปรับปรุง เช่น การปรับกลยุทธ์การชาร์จและการคายประจุ และการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
3. การวางแผนและควบคุมพลังงาน: ระบบบริหารจัดการพลังงานสามารถวางแผนและควบคุมพลังงานอย่างชาญฉลาดโดยอิงจากความต้องการพลังงานและการทำงานของระบบแบบเรียลไทม์ สามารถจัดสรรการชาร์จและการคายประจุของอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานได้อย่างเหมาะสมตามการคาดการณ์ความต้องการ สถานการณ์ราคาไฟฟ้า โหลดของระบบส่ง และปัจจัยอื่นๆ เพื่อให้เกิดการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน
4. การตรวจจับความผิดพลาดและการป้องกันความปลอดภัย: ระบบจัดการพลังงานสามารถตรวจจับและแจ้งเตือนสภาวะผิดปกติในระบบจัดเก็บพลังงานได้ทันท่วงที เช่น การคายประจุมากเกินไป การชาร์จไฟมากเกินไป และอุณหภูมิผิดปกติ เพื่อรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของระบบจัดเก็บพลังงาน ในขณะเดียวกัน ยังสามารถเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายการกระจายพลังงานเพื่อควบคุมและป้องกันระบบจัดเก็บพลังงานจากระยะไกลได้อีกด้วย
การปรับปรุงกลยุทธ์การดำเนินงานและการออกแบบกลยุทธ์การควบคุมให้เหมาะสมเป็นจุดสำคัญ
การออกแบบกลยุทธ์การดำเนินงานและกลยุทธ์การควบคุมที่เหมาะสมที่สุด ถือเป็นจุดสำคัญและความยากลำบากของผลิตภัณฑ์ EMS
เมื่อพิจารณาถึงลักษณะการชาร์จและการคายประจุของระบบกักเก็บพลังงาน ต้นทุนการชาร์จและการคายประจุของหน่วยกักเก็บพลังงาน และประโยชน์ของการประยุกต์ใช้ระบบกักเก็บพลังงาน โดยอยู่ภายใต้เงื่อนไขของการตอบสนองความต้องการการควบคุมการจ่ายพลังงานของโครงข่ายไฟฟ้า การออกแบบกลยุทธ์การดำเนินงานและการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดสามารถเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของการดำเนินงานระบบกักเก็บพลังงานและปรับปรุงดัชนีทางเทคนิคต่างๆ ได้
โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์ EMS ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างระบบจัดเก็บพลังงานและระบบสารสนเทศระดับสูงกว่า
ระบบกักเก็บพลังงานสามารถเข้าร่วมในการวางแผนตารางการทำงานของโครงข่ายไฟฟ้า การวางแผนตารางการทำงานของโรงไฟฟ้าเสมือนจริง ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง "แหล่งพลังงาน-โครงข่ายไฟฟ้า-โหลด-ระบบกักเก็บพลังงาน" เป็นต้น ผ่านระบบจัดการพลังงาน (EMS)
ผลิตภัณฑ์ EMS และการจัดตารางเวลาโครงข่ายไฟฟ้าและการประสานงานอย่างใกล้ชิดอื่นๆ มีความคล้ายคลึงกันในด้านฟังก์ชันการทำงาน บริษัทจึงจำเป็นต้องเข้าใจลักษณะการทำงานของโครงข่ายไฟฟ้า การที่บริษัทเทคโนโลยีสารสนเทศด้านโครงข่ายไฟฟ้าสะสมความรู้และความเชี่ยวชาญอย่างลึกซึ้ง สามารถสร้างความสามารถในการนำความรู้และความเชี่ยวชาญนั้นมาใช้ซ้ำได้ ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบอย่างหนึ่ง
