新能源储能设计 | 工商业储能有哪些系统组成？

新能源储能设计 | 工商业储能有哪些系统组成？

工商业储能系统是实现能源高效利用和管理的关键技术之一。本文将详细介绍工商业储能系统的五大组成部分：储能电池系统、电池管理系统（BMS）、逆变器系统（PCS）、能量管理系统（EMS）以及独立冷却系统。

储能技术分析

对于目前成熟的工商业储能系统，不谈EPC工程技术，主要的技术分区有以下几部分：

1. 储能电池系统；
2. BMS电池管理系统；
3. PCS逆变器系统；
4. EMS能量管理系统；
5. 独立冷却系统。

储能电池系统

储能电池系统是结合了电池单元与连接部件、绝缘部件、支撑部件的组件统称。相对于3S系统软硬件结合的管控方式，电池系统的模组管控方式更趋向于标准化、工艺性的模式。与硬件选型、软件逻辑不同，每一个部分的生产制造工艺、原料质量都将决定了储能电池系统乃至整个储能系统的稳定性、安全性以及使用寿命。比如，连接部件中的连接铜带焊接工艺，其激光点焊的参数设计，需要通过DOE实验设计出大量的数据模型来进行模拟测试，通过实际结果最终拟合出来的线性曲线来固化参数设置，用来确保装配过程中的连接强度和电池间的内阻差异；再比如支撑、隔绝部件的原料阻燃要求，将决定了在产品出现热失控情况下，产品自身的防火能力，原料的质量稳定性必须采用专业的设备及标准进行有效的管控；除此以外，还有内部风道的设计，水冷通道的排布等等来确保电池间的温升差异在2K以内。

在储能系统前期设计、生产工艺的完美执行下，才能够聚焦到能源部件也就是电芯本身的品质管控中。随着锂电池安全特性的逐步提升，其受电池本身的生产工艺的影响已经远远小于外部环境对其造成的潜在风险，尤其是目前工商业储能采用的磷酸铁锂电池，其电化学的稳定性已经趋于理论极限。所以，目前市场内卷的主要指标集中在循环寿命。而衡量电芯的寿命品质，一般可以通过三个维度进行用户端的初步测评，即电压、内阻和自放电特性。这三者均是对电芯的平稳运行至完整的生命周期进行的基本约束。相比于电压、内阻这种显著外测数据，对于自放电特性K值的管控，是电池厂家能力的分水岭。另外需要强调的是，目前对于市场上宣称的6000次循环寿命，还没有得到真正的项目验证怕，所以我们需要持续关注正在运营当中的产品充放电曲线。

总之，在储能电池系统中，一定是在各独立零件质量有效保证下，整个系统的设计层有充分的理论和实验验证基础的框架里，选用了最符合经济效益的方案。

电池管理系统

BMS（Battery Management System）电池管理系统是一种用于管理和监控电池组的关键设备，主要应用于电动车辆、能源存储系统等领域。BMS系统技术的主要职能：

1. 电池状态监测：BMS系统通过采集电池组内的各项参数，如电压、电流、温度等，实时监测电池的状态。这些参数可以反映电池的健康状况、充放电性能以及安全性等信息。
2. 电池均衡控制：BMS系统能够据电池组内单体之间的差异，控制电池的均衡充放电，以确保每个单体的电压、容量等参数处于合理的范围内。这有助于提升电池组的总体性能和寿命。
3. 故障检测与保护：BMS系统能够实时监测电池组的工作状态，并对异常情况进行检测和诊断。一旦发现故障，如过压、欠压、过流、过温等，BMS系统会采取相应的保护措施，如切断电池组电路，以防止进一步损坏或安全事故发生。
4. 充电管理：BMS系统能够控制电池组的充电过程，包括充电模式选择、充电电流控制、充电时间控制等。通过合理的充电管理，可以提高电池的充电效率、延电池寿命，并确保充电过程的安全性。
5. 通信与数据管理：BMS系统通常具备与其他系统或平台进行通信的功能，可以实现数据的传输和管理。这样可以实现对电池组工作状态、充放电记录、故障诊信息等进行监控和记录，为后续的分析和优化提供有价值的数据支持。

逆变器系统

PCS（Power Conversion System）逆变器系统是一种将直流电转换为交流电的关键设备，广泛应用于各个领域的电力系统中。PCS技术的主要职能：

1. 拓扑结构：PCS逆变器系统拓扑结构多样，常见的有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多级逆变器等。不同的拓扑结构具有不的特点和适用范围，需要根据具体应用需求进行选择。
2. 控制策略：PCS逆器系统的控制策略对其性和稳定性至关重要。常见的控制策略包括PWM控制、SPWM控制、MPPT控制等。控制策略的选择要考虑到系统的响应速度、效率、电流谐波等因素。
3. 功率能力：PCS逆变器系统的功率能力是衡量其性能的重要指标。功率能力不仅取决于逆变器器件的电流与电压承受能力，还与散热系统、保护系统等配套设施的设计有关。
4. 效率和损耗：PCS逆变器系统的效率和损耗直接影响到系统运行的经济性和可靠性。提高逆变器的效率可以减少功耗和能源损失，并减轻对散热系统的压力。
5. 可靠性：PCS逆变器系统在各种环境和工下都需要具备良好的可靠性。关键部件的选用、组装工艺、故障保护系统等方面的设计都会影响系统的可靠性，尤其是在一些关键应用领域，如电力系统、航空航天等。

能量管理系统

EMS（Energy Management System）能量管理系统是一种用于管理和控制能源系统的关键设备，主要应用于电网、微电网、能源存储系统等领域。EMS能量管理系统技术的职能：

1. 能源监测与采集：EMS能够实时监测能源系统中的能源生产、消耗以及储存情况，并通过传感器、仪表等设备采集相关数据。这些数据包括供电负荷、能源价格、能源来源、能耗数据等，以支持能源决策和优化。
2. 能源预测与调度：EMS系统通过对历史数据和趋势进行分析，结合外部环境因素，预测未来的能源需求和供应情况。然后根据预测结果，对能源系统进行调度，包括能源的生产、消纳、储存等，以最大程度地满足需求，并优化能源利用效率。
3. 能源优化控制：EMS系统通过控制能源系统中各个装置（如发电机组、充电桩、储能装置等）的运行状态和参数，实现对能源系统的优化控制。通过动态调整各个装置之间的能量流动和能源转换，以提高能源系统的效率、可靠性和稳定性。
4. 能源计费与结算：EMS系统可以根据能源使用情况和能源价格，对能源计量、计费和结算进行管理。这有助于实现多用户之间的公平分配和能源成本的合理控制，同时也提供了对能耗行为的监测和激励机制。
5. 能源安全与故障处理：EMS系统能够监测并及发现能源系统中的异常情况和故障，如电压异常、能源泄漏等。一旦发现故障，EMS系统会采取相应的措施，如切断电路、报警等，以保障能源系统的安全运行。

现在能够达成共识的是，如果未来虚拟电厂是不得不面对的事情，那么储能设备必然会是其搭载的最优质调控资源，而储能系统最出色的响应速度将会是由3S系统的完美配合来实现。

储能设备冷却系统

储能设备冷却系统是一种用于维持储能设备（如电池、超级电容器等）在正常工作温度范围内的技术。由于储能设备在充放电过程中会产生热量，如果不能及时有效地散热将导致设备温度升高，进而影响设备的性能和寿命。储能设备冷却系统的技术分析包括以下几个方面：

1. 直接冷却系统：直接冷却系统通过直接接触储能设备表面，并使用冷却介质（如、空气）来吸收热量，然后通过流动或对流传热的方式将热量带走。这种冷却方式简单易实现，但效率相对较低。
2. 间接冷却系统：间接冷却系统通过介质循环来传递热量，通常使用冷却剂和热交换器来实现。冷却剂在热交换器中与储能设备进行热交换，然后通过泵或风扇进行循环，将热量传递到外部环境中。这种冷却方式可以提高冷却效率，但需要考虑冷却剂的选择处理问题。
3. 辅助冷却技术：为了进一步冷却效果，还可以用辅助冷却技术，例如喷水冷却、制冷剂循环、热管技术等。这些技术可以增加冷却介质与储能设备间的接触面积，快热量传递速度，从而提高冷却效果。
4. 温度监测和控制：储能设备冷却系统应具有温度监测和控制功能，以实现设备温度根据需求调节冷却系统的工作状态。通过精确的控制，可以确保设备始终处于安全和稳定的工作温度范围内。
5. 散热材料和设计：在设计储能设备冷却系统时，还需要考虑散热材料的选择和系统的结构设计选择具有良好导热性能和散热性的材料，合理设计散热结构，最大限度地提高散热效果。