Промислові та комерційні системи накопичення енергії складаються з акумуляторної системи (включаючи BMS), системи управління енергоспоживанням (EMS), системи контролю та контролю енергетичних систем (PCS), системи кондиціонування повітря, системи пожежної безпеки, системи моніторингу та сигналізації тощо, причому BMS та EMS, як основний блок керування системою накопичення енергії, несуть важливу відповідальність за управління акумуляторами та енергією відповідно, а їхні функції, продуктивність та відповідність програмного та апаратного забезпечення безпосередньо пов'язані з безпекою застосування системи накопичення енергії та окупністю інвестицій.
Система керування акумуляторами (BMS): беручи на себе відповідальність за датчики в системі, він може контролювати та керувати системами акумуляторного зберігання даних, щоб забезпечити їхню безпеку, стабільність та продуктивність.
Система енергоменеджменту (СЕМ): відповідає за прийняття рішень у системі, зазвичай стосується інтегрованої системи управління енергією, запущеної для літієвих акумуляторних електростанцій, що забезпечує моніторинг та діагностику в режимі реального часу.
Система перетворення енергії (PCS):відповідає за виконання в системі, є ключовою частиною установки накопичення енергії, контролює заряджання та розряджання акумуляторів і виконує перетворення змінного струму в постійний для подачі живлення безпосередньо на навантаження змінного струму за відсутності мережі.
Система керування акумуляторами (BMS)
Повна назва BMS — Система керування батареями, що означає підсистему, яка використовується для керування системою накопичення енергії акумуляторів.
Функція
Система управління будівництвом (BMS) складається з модуля моніторингу, модуля керування, модуля зв'язку та інших компонентів. Її основна функція полягає в моніторингу та управлінні станом акумулятора в режимі реального часу, включаючи напругу акумулятора, струм, температуру, рівень заряду (SOC) та інші параметри. Крім того, BMS також може захищати та контролювати акумулятор, щоб забезпечити його безпеку та термін служби.
Щоб запобігти перезарядженню та перерозрядженню акумулятора, тим самим подовжуючи термін його служби та підвищуючи ефективність використання акумулятора.
Крім того, BMS також виконує роль аналізу даних, обчислюючи та аналізуючи SOC (залишкову ємність акумулятора) та SOH (стан акумулятора), щоб спостерігати за його станом. Щойно з'являється будь-яка аномальна інформація, про неї своєчасно повідомляється, щоб користувач своєчасно знав про наявність аномалії в акумуляторі.
Багаторівнева архітектура усвідомлення
У більшості систем BMS існує трирівнева архітектура.
1. Нижній рівень: Ведений BMU (підлеглий BMU). Функція цього рівня полягає головним чином у здійсненні збору даних про напругу та температуру елементів акумулятора, а також у виконанні стратегії вирівнювання заряду акумулятора. Збір інформації здійснюється з другим рівнем через канал зв'язку, зазвичай за допомогою CAN або ланцюгового зв'язку.
2. Середній рівень: Головний керуючий блок керування (BCU). Основними функціями цього рівня є збір інформації про напругу, струм та ізоляцію кластера, керування контакторами для захисту акумуляторних батарей, збір інформації з першого каскаду BMU та оцінка стану акумулятора (SoX). Інформація збирається та передається третьому каскаду через канал зв'язку, зазвичай за допомогою CAN або Ethernet.
3. Верхній рівень: Загальне керування, для керування кластером акумуляторів. Основною функцією цього рівня є збір інформації, що передається блоком керування акумуляторами другого рівня, зберігання та відображення цієї інформації тощо, з функцією тривоги в режимі реального часу, з функцією керування та зворотного зв'язку за контактами головного автоматичного вимикача, а також з функцією зв'язку в режимі реального часу з PCS, EMS та локальним моніторингом.
Технічні вимоги
Порівняно з BMS для автомобільних акумуляторів, BMS для накопичення енергії має складнішу структуру.
Перш за все, ємність акумулятора відрізняється, рівень керування BMS вищий, а послідовне та паралельне з'єднання вимагають більше акумуляторів.
Система BMS має вищі вимоги до підключення до мережі. Вищі вимоги пред'являються до підключення до мережі. Акумуляторна батарея підключена до акумулятора та електронної системи автомобіля, тому технічні вимоги нижчі.
Ринок
На ринку BMS працюють три основні типи підприємств, а саме виробники автомобілів, виробники акумуляторів та незалежні виробники BMS. Виробники автомобілів та акумуляторів здійснюють бізнес у формі незалежних досліджень та розробок або спільних розробок з постачальниками BMS. Більшість вітчизняних лідерів у сфері акумуляторів, таких як BYD, Ningde Times, Guoxuan Gaoke та виробники літій-потужних акумуляторів AVIC, використовують режим компонування BMS+PACK для виробництва акумуляторних блоків та пакетів BMS. Незалежні виробники BMS наразі мають велику кількість учасників, а лінійка продуктів BMS може постачатися до різних галузей промисловості.
Наразі провідні підприємства галузі BMS у Китаї мають очевидні переваги, зокрема, у 2022 році частка встановленої потужності нових акумуляторних систем BMS у Китаї серед десяти провідних виробників склала 76,1%. Серед них трійку лідерів складають BYD, Ningde Times та Tesla, всі вони є виробниками автомобілів та акумуляторів, з часткою 26,4%, 16,9% та 9% відповідно. Частка незалежних виробників BMS є відносно низькою, а найбільший незалежний виробник BMS у Китаї, Li Xinneng, посів четверте місце за часткою, але загальна частка становить лише 6,7%.
Перехід від базових до розширених функцій
1. Вища надійність
Оскільки кожен акумуляторний блок має власну систему моніторингу та керування, надійність розподіленої системи управління будівлею (BMS) вища. Навіть якщо один акумулятор вийде з ладу, інші акумулятори все ще можуть працювати нормально, і загальна продуктивність системи не постраждає суттєво.
2. Легко обслуговувати та модернізувати
Оскільки структура розподіленої системи управління будівлею (BMS) є відносно простою, кожен акумуляторний елемент може працювати незалежно, тому обслуговування та модернізація є відносно простими. Після виходу з ладу акумуляторного блоку його можна замінити безпосередньо, без необхідності вимикати всю систему для обслуговування та модернізації.
3. Більша гнучкість
Система моніторингу та керування розподіленою BMS розосереджена в кожному акумуляторному блоці, що робить систему більш гнучкою. Кількість акумуляторних елементів можна збільшувати або зменшувати відповідно до фактичних потреб, не враховуючи складність розподіленої системи в цілому.
Система енергоменеджменту (СЕМ)
EMS (Система управління енергією), також відома як система управління енергією, хоча й займає невелику частку в загальній системі накопичення енергії, вона є надзвичайно важливим основним компонентом усієї системи накопичення енергії. Зазвичай це стосується регулювання та керування літієво-акумулюючою електростанцією, запущеною за допомогою інтегрованої системи управління енергією.
Організація
Система енергоменеджменту складається з кількох частин, вони будуть показані нижче.
1. Моніторинг та збір даних: Система управління енергією контролює виробництво, зберігання та споживання енергії в сховищі енергії в режимі реального часу за допомогою датчиків та контрольно-вимірювального обладнання. Вона здатна збирати різноманітні дані, включаючи стан заряджання та розряджання акумулятора, температуру, напругу, струм тощо.
2. Аналіз даних та оптимізація: Система управління енергією спирається на передові технології аналізу даних для обробки та аналізу зібраних даних, щоб зрозуміти робочий стан та продуктивність енергетичної системи. Завдяки аналізу даних вона може виявити потенційні проблеми в енергетичній системі та надати пропозиції щодо оптимізації, такі як коригування стратегій заряджання та розряджання й оптимізація ефективності використання енергії.
3. Планування та контроль енергоспоживання: Система управління енергоспоживанням може інтелектуально планувати та контролювати енергоспоживання на основі попиту на енергію в режимі реального часу та роботи системи. Вона може раціонально організувати операцію заряджання та розряджання накопичувачів енергії відповідно до прогнозу попиту, цінової ситуації на електроенергію, навантаження мережі та інших факторів, щоб забезпечити ефективне використання та економію енергії.
4. Виявлення несправностей та захист безпеки: Система управління енергією може своєчасно виявляти та сповіщати про несправності в установці енергонакопичення, такі як надмірний розряд акумулятора, надмірне заряджання та аномалії температури, щоб гарантувати безпечну роботу установки енергонакопичення. Водночас її також можна підключити до розподільчої мережі для реалізації дистанційного керування та захисту установок енергонакопичення.
Оптимізація операційної стратегії та розробка стратегії управління є ключовим моментом
Розробка оптимізованої стратегії експлуатації та стратегії управління є основним моментом і складністю продуктів EMS.
Враховуючи характеристики заряджання та розряджання накопичувачів енергії, витрати на заряджання та розряджання блоків накопичення енергії, а також переваги застосування накопичувачів енергії, а також за умови дотримання вимог диспетчерського управління мережею, розробка оптимізованих стратегій експлуатації та управління може підвищити економічні вигоди від експлуатації системи накопичення енергії та покращити різні технічні показники.
Продукти EMS зазвичай виступають посередником між системою накопичення енергії та інформаційними системами вищого рівня.
Система накопичення енергії може підключатися до планування мережі, планування віртуальної електростанції, взаємодії «джерело-мережа-навантаження-сховище» тощо через EMS.
Продукти EMS та планування мережі та інша тісна координація, а також функція мають певну схожість, компанія повинна розуміти експлуатаційні характеристики мережі, глибоко оранка інформаційних технологій на стороні мережі компанії мають знання ноу-хау для накопичення, можуть формувати здатність до повторного використання, мають певну перевагу.
