電池：儲能系統(tǒng)的能量之源

常見電池類型介紹

在儲能系統(tǒng)中，常用的電池類型多樣，以下為您介紹幾種常見的類型及其各自特點與適用場景：

鋰離子電池：這是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今已成為主流儲能電池之一。它具備使用壽命長、儲存能量密度高、重量輕、適應(yīng)力強等顯著優(yōu)點，像在水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)中都有著廣泛應(yīng)用。不過，鋰離子電池也存在安全性差、易爆炸、成本高、使用條件受限制等缺點。

三元鋰電池：其正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料。三元復(fù)合正極材料以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可按需調(diào)整。相較于鈷酸鋰電池，它的安全性更高，但電壓相對較低，用在手機上（手機截止電壓一般在 3.0V 左右）會出現(xiàn)明顯的容量不足情況。它的主要優(yōu)勢是能量密度高，同等容量下體積小，不過熱穩(wěn)定性較差，內(nèi)部短路容易產(chǎn)生明火，容量衰減快，壽命也較短。

鉛酸電池：電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池優(yōu)點為安全密封、泄氣系統(tǒng)、維護簡單、使用壽命長、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高，常用于電力系統(tǒng)備用電源、太陽能風(fēng)能發(fā)電儲能系統(tǒng)、軍事和航海設(shè)備備用電源等充放電頻次要求較低的項目。但它也存在鉛的污染較大、能量密度低（也就是過于笨重）的不足。

磷酸鐵鋰電池：屬于鋰離子電池的一種，是用磷酸鐵鋰作為正極材料。它充放電性能優(yōu)秀，無記憶效應(yīng)，壽命長，耐高溫性能好、安全性能好、環(huán)保，適用于高功率應(yīng)用場景，如電動工具、電動車輛等。然而，其能量密度較低、同等容量的體積偏大、低溫性能稍減、制造成本較高。

鈉硫電池：以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生可逆反應(yīng)，實現(xiàn)能量的釋放和儲存。鈉硫電池比能量高達 760Wh／kg、沒有自放電現(xiàn)象、放電效率幾乎可達 100％、壽命可以達到 10 - 15 年，主要用于大規(guī)模儲能應(yīng)用，如電力站，但需要在高溫 350℃的條件下熔解硫和鈉來運行。

液流電池：是一類適合于固定式大規(guī)模儲能（蓄電）的裝置，相比于目前常用的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池等二次蓄電池，具有功率和儲能容量可獨立設(shè)計（儲能介質(zhì)存儲在電池外部）、效率高、壽命長、可深度放電、環(huán)境友好等優(yōu)點，是規(guī)模儲能技術(shù)的首選技術(shù)之一，不過其能量密度相差較大。

錳酸鋰電池：正極使用錳酸鋰材料，標(biāo)稱電壓在 2.5 - 4.2V ，以成本低，安全性好而被廣泛使用。它能量密度大、成本低、安全性高、低溫性能穩(wěn)定，但高溫性能差、壽命相對較短。

鈷酸鋰電池：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出，不過安全性差、成本非常高，主要用于中小型號電芯，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機、MP3/4 等小型電子設(shè)備中，標(biāo)稱電壓 3.7V。

關(guān)鍵性能參數(shù)解讀

了解儲能電池的關(guān)鍵性能參數(shù)，對于掌握電池使用情況以及其在儲能系統(tǒng)中的表現(xiàn)至關(guān)重要，下面為您解讀幾個主要參數(shù)：

循環(huán)壽命：指電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。循環(huán)壽命的長短直接關(guān)系到電池的耐用程度以及使用成本，例如，在一些需要長期穩(wěn)定儲能的場景中，就需要選用循環(huán)壽命長的電池，像磷酸鐵鋰電池在合適的使用條件下循環(huán)壽命可達較高次數(shù)，而部分電池如三元鋰電池則存在容量衰減快、壽命短的情況，會影響其在長期儲能項目中的適用性。

容量：通常以安時（Ah）為單位表示，電量（Wh）= 功率（W）× 小時（h）= 電壓（V）× 安時數(shù)（Ah），如 48V100Ah 表示電池的容量為 4.8 度電。容量大小決定了電池單次能夠儲存電能的多少，在選擇電池時，要根據(jù)具體的儲能需求來考量容量參數(shù)，比如家庭儲能系統(tǒng)，就需要根據(jù)家庭用電設(shè)備的耗電量以及期望的儲能時長等因素，來確定合適容量的電池。

充放電效率：是充電和放電過程中的能量轉(zhuǎn)換效率。充放電倍率 = 充放電電流 / 額定容量，它反映電池充放電能力的快慢，例如額定容量為 100Ah 的電池用 15A 放電時，其放電倍率即為 0.15C。充放電效率影響著電池在充放電過程中的電能損耗情況，高效率的電池能在充放電過程中更有效地利用電能，減少能量浪費，對于提升儲能系統(tǒng)整體的經(jīng)濟性和性能有著重要作用。

放電深度（DOD）：指在電池使用過程中，電池放出的容量與電池額定容量的百分比。同一電池，設(shè)置的 DOD 深度和電池循環(huán)壽命成反比，當(dāng)提升某一方面的性能，就會犧牲其他方面的性能，比如 DOD 80% 的情況下，鋰電池循環(huán)壽命可達 6,000 - 12,000 次，所以在實際使用中需要合理控制放電深度以延長電池壽命。

荷電狀態(tài)（SOC）：表示電池剩余電量占電池額定容量的百分比，SOC 為 0 表示電池完全放電完畢，SOC 為 100% 表示電池完全充滿電，是電池管理系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，可用于實時反映電池的剩余電量和工作狀態(tài)，方便使用者了解電池當(dāng)前的電量情況，以便合理安排充放電計劃。

電池健康狀態(tài)（SOH）：包括容量、功率、內(nèi)阻等，是電池從滿充狀態(tài)下以一定的倍率放電到截止電壓所放出的容量與其所對應(yīng)的標(biāo)稱容量的比值，簡單來說，就是電池使用一段時間后，性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值，新出廠電池為 100%，完全報廢為 0%，根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，電池使用一段時間后，電池充滿電時的容量低于額定容量的 80%，電池就應(yīng)該被更換，通過監(jiān)測 SOH 可以及時發(fā)現(xiàn)電池性能下降的趨勢并采取相應(yīng)措施。

電池安全與環(huán)保考量

在電池的使用過程中，安全與環(huán)保問題不容忽視，以下是相關(guān)方面的一些情況及應(yīng)對措施：

安全風(fēng)險及防范措施：

過充過放風(fēng)險：鋰電池在使用不當(dāng)，如過充、高溫、碰撞等條件下可能會誘發(fā)電池內(nèi)部的熱化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控發(fā)生，如果熱失控在電池模組內(nèi)傳播，會引發(fā)系統(tǒng)的火災(zāi)事故，而且熱失控還會產(chǎn)生有毒和可燃氣體，撲救也較為困難。為防范這類風(fēng)險，一方面要選擇符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)（如 IEC62619 標(biāo)準(zhǔn)）的電池；另一方面，電池管理系統(tǒng)（BMS）發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其必須通過 IEC61508 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，來確保電池運行不會超出其極限，同時像一些儲能系統(tǒng)配備了如三段式充電這樣分階段的充電裝置，恒流、恒壓和浮充三個階段能更好地保障充電安全，避免過充情況出現(xiàn)。

電池模塊安全集成風(fēng)險：對于電池模塊和機架，要確保其符合 UL1973 和 IEC62619 標(biāo)準(zhǔn)，選擇通過 UL9540A 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的電池意味著已經(jīng)過測試，模擬熱失控事件，可檢查火勢是否不會蔓延，并且要將電池安裝在具有堅固外殼的電池柜中，相互隔離，這樣有助于防止火災(zāi)事件蔓延到其他的電池柜，電池柜外殼應(yīng)具有高度耐火性，提供隔熱功能，保障電池處于合適的溫度環(huán)境（通常在 20℃至 23℃）。

環(huán)境影響和回收處理情況：

不同電池的環(huán)境影響：像鉛酸電池在生產(chǎn)、使用和報廢處理過程中，如果處理不當(dāng)，鉛的污染較大；而鋰離子電池等在電池制造過程中也存在材料和能源消耗等問題，大規(guī)模的儲能設(shè)施建設(shè)可能會對生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，如土地占用等情況。不過，也有一些電池相對環(huán)保，比如磷酸鐵鋰電池在環(huán)保方面表現(xiàn)較好。

回收處理情況：目前儲能電池回收主要通過銷售商、生產(chǎn)廠家、專業(yè)回收企業(yè)等渠道進行回收，但整體回收率較低，儲能電池回收體系尚不健全，缺乏統(tǒng)一的回收標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致回收效率低下。同時，由于儲能電池種類繁多，回收處理過程需要投入大量資金和設(shè)備，使得回收成本較高。從技術(shù)層面看，有直接利用（對儲能電池進行檢測、篩選，直接將性能良好的電池進行再利用）、拆解回收（對損壞的電池進行拆解，分離材料進行回收再利用）等多種再利用技術(shù)方式，并且隨著政府對環(huán)保的重視，后續(xù)也將出臺更多政策鼓勵儲能電池的回收與再利用，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)也在不斷探索更高效、環(huán)保的回收與再利用技術(shù)路徑，提高資源的循環(huán)利用率，降低對環(huán)境的影響。

PCS：電能轉(zhuǎn)換的 “橋梁”

PCS 的核心功能闡述

PCS（儲能變流器）作為儲能系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，扮演著電能轉(zhuǎn)換 “橋梁” 的重要角色，其核心功能在于實現(xiàn)直流電能與交流電能的相互轉(zhuǎn)換，以此來滿足儲能系統(tǒng)充放電的需求。

在充電過程中，PCS 會將來自電網(wǎng)的交流電進行整流，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡M而為儲能電池充電，把電網(wǎng)的電能有效地儲存起來。例如在夜間低谷電價時段，電網(wǎng)電力充足且價格低廉，PCS 就能把交流電轉(zhuǎn)化為直流電，存儲到電池中備用。

而在放電時，PCS 則發(fā)揮著相反的作用，它會把儲能電池系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，輸送至電網(wǎng)或者供給其他交流負荷使用。比如在白天用電高峰，或者遇到電網(wǎng)供電不足、停電等情況時，PCS 可將電池儲存的直流電逆變成交流電，為家庭、工商業(yè)場所等提供電力支持，保障用電設(shè)備的正常運行，也可以將多余電能反饋給電網(wǎng)，起到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能供需平衡的作用。此外，在一些無電網(wǎng)的特殊場景下，PCS 甚至能夠直接為交流負荷供電，充分彰顯了它強大的適應(yīng)性和靈活性。

PCS 的構(gòu)成與原理

PCS 是一個較為復(fù)雜的設(shè)備，包含了多個重要部件共同協(xié)作來實現(xiàn)其功能，其中逆變器、變流器等是關(guān)鍵組成部分。

逆變器主要負責(zé)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡诜烹姯h(huán)節(jié)起著核心作用，確保輸出的交流電符合相應(yīng)的電壓、頻率等要求，能穩(wěn)定地為各類交流負載供電或接入電網(wǎng)。變流器則承擔(dān)著交、直流電能變換的關(guān)鍵任務(wù)，無論是充電時把交流電整流為直流電，還是放電時將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡兞髌鞫荚谄渲邪l(fā)揮關(guān)鍵作用。

PCS 的工作原理是基于交、直流側(cè)可控的四象限運行的變流技術(shù)。通過接收微網(wǎng)監(jiān)控指令，它能夠進行恒功率或恒流控制，從而精準(zhǔn)地實現(xiàn)對電池的充電或放電操作。并且，這種工作原理還能有效地平滑風(fēng)電、太陽能等具有波動性電源的輸出，讓原本不穩(wěn)定、間歇性的電能變得相對平穩(wěn)、持續(xù)，這不僅提高了儲能系統(tǒng)自身的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，同時也增強了電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，使得新能源電力能夠更好地融入整個電力供應(yīng)體系當(dāng)中。

PCS 的應(yīng)用場景及影響因素

PCS 在不同規(guī)模的儲能系統(tǒng)中都有著廣泛且重要的應(yīng)用。

在大規(guī)模的儲能電站場景中，PCS 的功率等級往往很高，通常達到 MW（兆瓦）級別甚至更高，可用于平衡電網(wǎng)供需，平滑風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性電源的輸出，提升整個電網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。例如大型光伏電站在白天光照充足時產(chǎn)生大量電能，PCS 就能把多余的直流電存儲到電池中，等到夜間或陰天光照不足時，再將電池中的電能逆變成交流電釋放到電網(wǎng)中。同時，PCS 還能與大型火力或水力發(fā)電站配合進行聯(lián)合調(diào)頻，快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)需求，提高電力系統(tǒng)的調(diào)頻性能。

對于工商業(yè)儲能而言，PCS 的功率一般處于幾十 kW（千瓦）到數(shù) MW 之間，它可以幫助工商業(yè)用戶在電價低谷期存儲電能，高峰期釋放電能，通過削峰填谷的方式降低用電成本，比如數(shù)據(jù)中心在夜間電價低時充電、白天電價高時放電，減少對電網(wǎng)高峰電力的需求。而且在電網(wǎng)故障時，PCS 還能為企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備提供應(yīng)急電力支持，保障企業(yè)基本運營和重要設(shè)施正常運行。

在戶用儲能方面，PCS 功率相對較小，通常在數(shù) kW 到十幾 kW 之間，主要服務(wù)于家庭光伏發(fā)電儲能以及作為應(yīng)急電源使用。它可以和家庭太陽能光伏系統(tǒng)協(xié)同工作，把光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供家庭電器使用，將多余電能存儲在電池中，提高家庭能源自給率，并且在電網(wǎng)停電時為家庭提供基本電力保障，維持照明、冰箱、通信設(shè)備等重要電器正常運行。

在選擇 PCS 時，會受到多種因素的影響。首先是系統(tǒng)規(guī)模，不同規(guī)模的儲能系統(tǒng)需要適配不同功率等級的 PCS，大儲需要高功率 PCS 來處理大量電能的轉(zhuǎn)換，戶用則只需較小功率的 PCS 滿足家庭用電需求即可。其次，電能質(zhì)量要求也很關(guān)鍵，如果對供電穩(wěn)定性、電壓精度等電能質(zhì)量指標(biāo)要求較高，那就需要選擇轉(zhuǎn)換效率高、控制精度好的 PCS 產(chǎn)品。此外，像成本預(yù)算、應(yīng)用環(huán)境（如溫度、濕度、防護等級要求等）、與其他設(shè)備（如電池、監(jiān)控系統(tǒng)等）的兼容性等因素，也都會在 PCS 選型過程中起到重要的影響作用，需要綜合考量，以確保 PCS 能夠在對應(yīng)的儲能系統(tǒng)中發(fā)揮出最佳性能，保障整個儲能系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運行。

BMS：電池的 “貼心管家”

BMS 的基本概念與作用

BMS 是電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）的縮寫，它是一種專門用于監(jiān)督電池組的技術(shù)。其主要目的是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，從而延長電池的使用壽命，并監(jiān)控電池的狀態(tài)以確保安全。BMS 作為電池儲能系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一，負責(zé)監(jiān)控電池儲能單元內(nèi)各電池運行狀態(tài)，保障儲能單元安全可靠運行。

它能夠?qū)崟r監(jiān)控、采集儲能電池的狀態(tài)參數(shù)，像單體電池電壓、電池極柱溫度、電池回路電流、電池組端電壓、電池系統(tǒng)絕緣電阻等都是其關(guān)注的范疇。而且，它還會對相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進行必要的分析計算，得到更多的系統(tǒng)狀態(tài)評估參數(shù)，并根據(jù)特定保護控制策略實現(xiàn)對儲能電池本體的有效管控，保證整個電池儲能單元的安全可靠運行。可以說，BMS 就如同電池的 “貼心管家”，全方位呵護電池的使用，保障整個儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定。

BMS 的主要功能剖析

實時監(jiān)測：

電壓監(jiān)測：BMS 通過各種傳感器實時監(jiān)測每個電池單體的電壓，確保其在安全范圍內(nèi)。因為電池單體電壓一旦超出正常區(qū)間，很可能預(yù)示著電池出現(xiàn)故障或者面臨過充、過放等異常情況，所以精準(zhǔn)的電壓監(jiān)測至關(guān)重要。

電流監(jiān)測：對電池組的充放電電流進行監(jiān)測，保證其不超過額定值。過大的充放電電流不僅會損害電池，還可能引發(fā)安全隱患，比如導(dǎo)致電池過熱等問題。

溫度監(jiān)測：監(jiān)測電池單體和電池組的溫度，確保其在適宜的工作范圍內(nèi)。溫度對于電池性能和安全性影響極大，過高或過低的溫度都不利于電池正常工作，甚至可能引發(fā)熱失控等嚴(yán)重后果。

絕緣電阻監(jiān)測：監(jiān)測電池系統(tǒng)的絕緣電阻，確保其不會因絕緣不良導(dǎo)致漏電，這關(guān)乎整個儲能系統(tǒng)使用的安全性以及周邊環(huán)境、人員的安全。

狀態(tài)估計：

荷電狀態(tài)（SOC）估計：通過算法對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行處理，來估計電池當(dāng)前的剩余電量。SOC 是反映電池剩余能量情況的關(guān)鍵指標(biāo)，其準(zhǔn)確性對于合理安排電池充放電計劃以及掌握電池可使用時長等方面起著重要作用，例如在電動汽車中，準(zhǔn)確的 SOC 能讓駕駛者更好地規(guī)劃行程。

健康狀態(tài)（SOH）評估：評估電池當(dāng)前的健康狀況，預(yù)測其剩余壽命。這可以幫助使用者提前了解電池性能的衰減情況，以便適時對電池進行維護、更換等操作，避免因電池性能突然下降而影響整個儲能系統(tǒng)的正常運行。

功率狀態(tài)（SOP）估計：估計電池當(dāng)前的最大輸出功率，對于需要從電池獲取電能的設(shè)備來說，了解這一參數(shù)能確保設(shè)備在電池功率支持范圍內(nèi)正常工作，防止出現(xiàn)過載等情況。

能量狀態(tài)（SOE）估計：估計電池當(dāng)前的剩余能量，從能量角度進一步掌握電池的儲備情況，輔助進行儲能系統(tǒng)的能量調(diào)度和管理。

控制管理：

充放電管理：根據(jù)計算出的狀態(tài)參數(shù)，精準(zhǔn)控制電池的充放電過程，避免過充和過放，這是延長電池壽命的關(guān)鍵手段。例如在充電快接近滿電時，適當(dāng)降低充電電流，防止過充對電池造成損害；放電到一定程度時，及時停止放電，避免過放使電池性能下降。

均衡管理：運用主動或被動均衡技術(shù)，確保電池單體之間的電壓和容量保持一致，提高電池組的整體性能。由于電池單體在制造、使用等過程中不可避免會存在差異，均衡管理可以讓各個單體協(xié)同工作，提升整個電池組的充放電效率和穩(wěn)定性。

熱管理：通過冷卻或加熱系統(tǒng)，控制電池組的溫度，確保其在最佳工作溫度范圍內(nèi)運行。比如在高溫環(huán)境下，啟動散熱裝置給電池降溫；在低溫環(huán)境時，通過加熱手段讓電池升溫，保障電池性能不受溫度影響。

故障診斷：檢測電池組的故障，如短路、開路、過熱等，并采取相應(yīng)的保護措施，像一旦檢測到短路故障，迅速切斷電路，防止故障進一步擴大，保障系統(tǒng)安全。

通信管理：BMS 可以通過自身的通信接口、模擬 / 數(shù)字輸入輸出接口與外部其他設(shè)備（PCS、EMS、消防系統(tǒng)等）進行信息交互，形成整個儲能電站內(nèi)各子系統(tǒng)的聯(lián)動控制，確保電站安全、可靠、高效并網(wǎng)運行。例如通過 CAN 總線與車輛控制系統(tǒng)、電機控制器等進行通信，或者利用 Modbus 與儲能系統(tǒng)、充電設(shè)備等進行通信，還能借助無線通信實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

BMS 的架構(gòu)與通信方式

架構(gòu)類型及特點：

集中式 BMS：將所有電池單體的監(jiān)測和管理功能集中在一塊主控板上。這種架構(gòu)適用于電池數(shù)量較少、系統(tǒng)規(guī)模較小的場合，像電動工具、智能家居、電動自行車等。其優(yōu)點在于成本較低，因為只需要安裝一個主控制器，而且通信負載相對較小，可以有效減少通信問題的發(fā)生；然而，它也存在可靠性較低的問題，一旦主控制器出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障，并且維護和升級較為困難，若主控制器故障，往往需要停機進行整個系統(tǒng)的維護和升級。

分布式 BMS：將電池單體的監(jiān)測與管理功能分散到多個從控板上，主控板負責(zé)協(xié)調(diào)和管理。常用于電動汽車、儲能系統(tǒng)等電池數(shù)量較多、系統(tǒng)規(guī)模較大的場景。分布式 BMS 的可靠性更高，即便某個電池單體發(fā)生故障，其他電池單體仍然能夠正常工作，系統(tǒng)整體性能不會受到太大的影響；同時易于維護和升級，某個單體故障可直接更換該單體，不必停機進行系統(tǒng)整體維護升級，靈活性也更強，可根據(jù)實際需求增加或減少電池單體，不過其成本相對較高，每個電池單體都需要安裝獨立的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，對于大規(guī)模儲能系統(tǒng)而言，安裝大量的監(jiān)測和控制系統(tǒng)會進一步提高成本，并且存在通信問題，如果通信出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障，且通信負載相對較大，每個電池單體都需要與主控制器通信。

模塊化 BMS：把電池單體分為若干模塊，每個模塊都具有獨立的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，通過通信協(xié)議將信息傳輸至主控制器。它的成本適中，相對于分布式 BMS 和集中式 BMS，在成本方面取得了一定平衡；可靠性高，即使某個模塊發(fā)生故障，其他模塊仍然能夠正常工作，系統(tǒng)整體性能不會受到太大的影響；靈活性也較強，監(jiān)測和控制模塊分散在每個電池模塊內(nèi)部，可按需增加或減少電池模塊，不必考慮系統(tǒng)整體的復(fù)雜性。但缺點是通信負載較大，需要通過通信協(xié)議將每個模塊的信息傳輸至主控制器，并且維護和升級較為困難，一旦某個模塊出現(xiàn)故障，需要停機進行維護和更換，可能會影響整個系統(tǒng)的性能。

通信接口情況：

CAN 總線：常用于與車輛控制系統(tǒng)、電機控制器等進行通信，是一種應(yīng)用較為廣泛的通信方式，能在不同的設(shè)備間實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，支持多節(jié)點的通信連接，方便實現(xiàn) BMS 與多個相關(guān)設(shè)備的信息交互。

Modbus：在與儲能系統(tǒng)、充電設(shè)備等進行通信時經(jīng)常被采用，它有著良好的通用性和兼容性，能夠適配多種不同的設(shè)備，便于實現(xiàn)不同廠家、不同類型設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

無線通信：可以用于遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，在一些不方便布線或者需要遠距離監(jiān)控的場景中優(yōu)勢明顯，比如在大型儲能電站，通過無線通信可實現(xiàn)對電池狀態(tài)等信息的遠程獲取，方便運維人員及時掌握系統(tǒng)情況，不過其受環(huán)境因素影響相對較大，像惡劣的電磁環(huán)境等可能干擾通信質(zhì)量。

總之，BMS 通過合理的架構(gòu)以及多樣化的通信方式，與儲能系統(tǒng)中的其他關(guān)鍵部件協(xié)同工作，保障整個儲能系統(tǒng)的安全、高效運行。

EMS：儲能系統(tǒng)的 “智慧大腦”

EMS 的系統(tǒng)構(gòu)成介紹

EMS 系統(tǒng)構(gòu)成一般分為設(shè)備層、通訊層、信息層和應(yīng)用層。

設(shè)備層：需要能量采集變換（PCS、BMS）做支撐，它們是獲取電池及電能轉(zhuǎn)換相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，為整個 EMS 系統(tǒng)提供原始的運行參數(shù)等信息，比如 PCS 實時的充放電狀態(tài)數(shù)據(jù)、BMS 監(jiān)測到的電池各項指標(biāo)等，這些數(shù)據(jù)是后續(xù)進行分析、決策以及控制的重要依據(jù)。

通訊層：主要涵蓋鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)确矫妗ｆ溌返姆€(wěn)定性保障了數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無誤地在各部件間傳遞；協(xié)議則像是一種 “語言規(guī)則”，確保不同設(shè)備之間能夠相互理解交流，像常見的 CAN 總線協(xié)議、Modbus 協(xié)議等，使得 PCS、BMS 等設(shè)備能與 EMS 順利對接傳輸數(shù)據(jù)；傳輸環(huán)節(jié)則要保證數(shù)據(jù)的及時性和完整性，例如在大型儲能電站中，海量的數(shù)據(jù)要能快速準(zhǔn)確地從設(shè)備端傳輸?shù)?EMS 系統(tǒng)中進行處理。

信息層：主要包含緩存中間件、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器。其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲，它會記錄實時數(shù)據(jù)和重要歷史數(shù)據(jù)，并提供歷史信息查詢功能。例如可以存儲過往的電池充放電記錄、電站不同時段的運行參數(shù)等，方便后續(xù)分析電站運行趨勢、評估設(shè)備性能等情況，為優(yōu)化儲能系統(tǒng)運行提供數(shù)據(jù)支撐。

應(yīng)用層：表現(xiàn)形式包括 APP、Web 等，為管理人員提供可視化的監(jiān)控與操作界面。其具體功能涵蓋能量變換決策，即根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)決定電能的存儲、釋放以及轉(zhuǎn)換策略；能源數(shù)據(jù)傳輸和采集功能確保了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)外的流通；實時監(jiān)測控制能讓管理人員隨時掌握儲能系統(tǒng)各部分情況并進行遠程操作；運維管理分析有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題安排維護計劃；電能 / 電量可視分析則以直觀的圖表等形式展示電能相關(guān)情況，便于理解；遠程實時控制更是讓管理人員可突破距離限制對儲能系統(tǒng)進行調(diào)控。

EMS 的核心功能展示

實時監(jiān)控系統(tǒng)：能對所有被監(jiān)控的運行參數(shù)和狀態(tài)進行實時和定時數(shù)據(jù)采集，像 BMS 系統(tǒng)的各組電池的總電壓、電流、平均溫度、SOC（荷電狀態(tài)）、SOH（健康狀態(tài)）、充放電電流和功率限值、單節(jié)最值電池電壓、單節(jié)最值電池溫度、故障及報警信息、歷史充放電電量、歷史充放電電能等常用信息都會被精準(zhǔn)采集。PCS 的相關(guān)參數(shù)，例如直流側(cè)各分支的電壓 / 電流 / 功率等、交流側(cè)的各相有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因素、頻率和溫度、機柜溫度、運行狀態(tài)、報警及故障信息等常用信息，以及日充電量、日放電量、累計充電量、累計放電量等也在監(jiān)控范圍內(nèi)。同時，負荷的各相電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等信息同樣會被實時關(guān)注，一旦有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，可及時發(fā)出警報提醒運維人員排查處理，保障儲能系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

電站運營數(shù)據(jù)顯示：系統(tǒng)可根據(jù)用戶要求，自定義其所需的相關(guān)數(shù)據(jù)到指定界面，進行實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的查看，并能夠?qū)С鰣蟊怼＠珉娬竟芾砣藛T可以按照自己的需求，將特定時間段內(nèi)的電池健康度變化曲線、電站收益情況等數(shù)據(jù)展示出來，方便向上級匯報或者進行內(nèi)部分析總結(jié)，也便于對比不同階段的運營情況，總結(jié)經(jīng)驗優(yōu)化后續(xù)運營策略。

經(jīng)濟運行策略制定：相比于常規(guī)變電站的經(jīng)濟運行分析主要是計算變壓器在各種運行方式下的變壓器損耗隨負荷電流變化的曲線，微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行分析將變壓器替換為 PCS 和逆變器進行計算分析，通過分析當(dāng)前儲能電量和負載比例，得出最佳運行策略，并執(zhí)行優(yōu)化命令。比如在峰谷電價差異明顯的地區(qū)，EMS 可以控制儲能系統(tǒng)在低谷電價時多充電儲存電能，高峰電價時放電賣電給電網(wǎng)或者供站內(nèi)負載使用，以此實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化；又或者在配合可再生能源發(fā)電時，合理安排儲能充放電，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，提升整體能源利用效率，降低成本。

故障報警功能：提供各級事件的記錄和查詢功能，采用顏色對事件類型和重要程度進行區(qū)分和管理。例如用紅色表示嚴(yán)重故障需要立即處理，黃色表示一般的異常提醒可后續(xù)排查等，這樣運維人員可以快速根據(jù)提示判斷事件的緊急性，優(yōu)先處理關(guān)鍵問題，防止故障進一步擴大影響儲能系統(tǒng)正常運行，同時也方便后續(xù)復(fù)盤分析故障原因，總結(jié)經(jīng)驗避免類似故障再次發(fā)生。

能量管理調(diào)度：根據(jù)當(dāng)前時段、當(dāng)前負荷、當(dāng)前上網(wǎng)電價、儲能電池 SOC 等因素，自動控制潮流方向，確定微網(wǎng)系統(tǒng)充放電時段。例如在用電低谷且電價低時，指揮 PCS 對電池進行充電，將電能儲存起來；當(dāng)用電高峰或者電網(wǎng)供電不足時，控制 PCS 把電池中的直流電逆變成交流電釋放到電網(wǎng)或者供給站內(nèi)負載，維持電力供需平衡，保障儲能系統(tǒng)穩(wěn)定高效參與電網(wǎng)的電能調(diào)節(jié)和供應(yīng)。

不同場景下的 EMS 特點

源網(wǎng)側(cè)儲能：

設(shè)計原則：儲能 EMS 一開始就是在源網(wǎng)側(cè)場景下設(shè)計實現(xiàn)的，考慮到源網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)封閉性，以及電力系統(tǒng) SCADA 的產(chǎn)品設(shè)計慣性，儲能 EMS 被設(shè)計為單機版、本地化。由于數(shù)據(jù)默認(rèn)無法外傳，所以需要電站本地配置運維班底，有人值守。并且還要配置相關(guān)硬件，包括不限于工作站、打印機、故障錄波器、遠動機等，以此來保障對儲能系統(tǒng)的全面管理以及數(shù)據(jù)的記錄、處理等工作，確保源網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運行，發(fā)揮其在電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)作用，如平滑風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性電源的輸出，參與電網(wǎng)調(diào)頻等。

功能側(cè)重：更側(cè)重于滿足電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模電能的調(diào)度和管理需求，要精準(zhǔn)地根據(jù)電網(wǎng)的頻率、電壓等參數(shù)變化及時調(diào)整儲能系統(tǒng)的充放電策略，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。例如大型的風(fēng)電、光伏電站配套的儲能系統(tǒng)，EMS 需要實時根據(jù)電網(wǎng)吸納新能源電力的能力以及新能源發(fā)電的實時功率等情況，決定儲能系統(tǒng)是充電存儲多余電能還是放電補充電網(wǎng)電能缺口，對于數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性以及控制策略的精準(zhǔn)性要求極高。

工商業(yè)儲能：

設(shè)計原則：工商業(yè)儲能站點容量小、數(shù)量多、分散廣、運維成本要求高，無法支持本地有人值守，勢必要求遠程運維監(jiān)控，即安排區(qū)域級別的運維班組，借助數(shù)字化運維平臺，對多個儲能站進行系統(tǒng)性整體運維。這就要求工商業(yè)儲能 EMS 需要做到全量接入，兼容支持各種協(xié)議，將 PCS、BMS、空調(diào)、電表、智能斷路器、消防主機、各類傳感器，指示燈等等設(shè)備及其數(shù)據(jù)全量接入進來，尤其是設(shè)備告警信息的接入，需要做到實時全面；要實現(xiàn)云邊一體，保障站端數(shù)據(jù)無損實時的上報到云平臺，云平臺的指令能安全實時地傳遞給站端；還要具備拓展靈活的特點，能快速兼容不同數(shù)量的儲能柜，實現(xiàn)不同數(shù)量級的設(shè)備對接，尤其是對 PCS 的對接和群控；并且策略要智能，能結(jié)合分時電價，光伏預(yù)測，負載波動，保護目標(biāo)等，實時動態(tài)地制定充放策略，達成全局的經(jīng)濟性，保障儲能自身的經(jīng)濟性以及配合工商業(yè)用電實現(xiàn)削峰填谷等功能。

功能側(cè)重：重點關(guān)注如何幫助工商業(yè)用戶降低用電成本、提高用電可靠性等方面。例如在白天工商業(yè)用電高峰且電價高時，控制儲能系統(tǒng)放電，減少從電網(wǎng)購電；在夜間電價低谷時充電儲存電能。同時在應(yīng)對工商業(yè)場所內(nèi)負載波動較大的情況時，能快速調(diào)整儲能系統(tǒng)的輸出功率，保障關(guān)鍵設(shè)備用電穩(wěn)定，還可以根據(jù)光伏發(fā)電情況（如果有配套光伏系統(tǒng)）合理安排儲能充放電，提高清潔能源利用比例，減少電費支出，提升整體的經(jīng)濟效益和能源利用效率。