中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：完整的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由：電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、儲(chǔ)能變流器（PCS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。
在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池組將狀態(tài)信息反饋給電池管理系統(tǒng)BMS，BMS將其共享給能源管理系統(tǒng)EMS和儲(chǔ)能變流器PCS；EMS根據(jù)優(yōu)化及調(diào)度決策將控制信息下發(fā)至PCS與BMS，控制單體電池/電池組完成充放電等。
什么是PCS？
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS（Power Conversion System）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)路線密切相關(guān)，理解PCS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于理解電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)路線的選擇有重要幫助。
PCS可以工作在如下兩個(gè)狀態(tài)因而肩負(fù)著兩個(gè)重要功能：
1. 整流器工作狀態(tài)：對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電芯充電時(shí)把電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電
2. 逆變器工作狀態(tài)：對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電芯放電時(shí)把電芯的直流電轉(zhuǎn)換成交流電饋入電網(wǎng)；
因此，PCS是實(shí)現(xiàn)直流電芯與交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳遞的重要設(shè)備。
近年來(lái)，由于新型電力電子器件包括IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，insolated gate bipolar transistor）和IGCT（集成門(mén)極換流型晶閘管, integrated gate commutated thyristor）的發(fā)展及性能提升，高電壓、大功率PCS裝置的生產(chǎn)及應(yīng)用已成為現(xiàn)實(shí)。
具體來(lái)說(shuō)，
電池管理系統(tǒng)BMS：擔(dān)任感知角色，主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、保護(hù)以及均衡等；
能量管理系統(tǒng)EMS：擔(dān)任決策角色，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；
儲(chǔ)能變流器PCS：擔(dān)任執(zhí)行角色，主要功能為控制儲(chǔ)能電池組的充電和放電過(guò)程，進(jìn)行交直流的變換。
儲(chǔ)能系統(tǒng)中的信息互動(dòng)架構(gòu)
電池管理系統(tǒng)
BMS（BatteryManagementSystem，電池管理系統(tǒng)），BMS電池系統(tǒng)俗稱(chēng)之為電池保姆或電池管家，是配合監(jiān)控儲(chǔ)能電池狀態(tài)的設(shè)備。BMS和電芯一起組成電池系統(tǒng)。
功能
BMS擔(dān)任儲(chǔ)能系統(tǒng)中的感知角色，主要功能是監(jiān)控電池儲(chǔ)能單元內(nèi)各電池運(yùn)行狀態(tài)，保障儲(chǔ)能單元安全運(yùn)行。
BMS對(duì)電池的基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，包括電壓、電流、溫度等，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
BMS需要計(jì)算分析電池的SOC（電池剩余容量）和SOH（電池健康狀態(tài)），并及時(shí)上報(bào)異常信息。
BMS擔(dān)任儲(chǔ)能系統(tǒng)中的感知角色
電池柜
分層感知架構(gòu)
BMS系統(tǒng)大多都是三層架構(gòu)，硬件主要分成從控單元、主控單元和總控單元。
1）底層：從控BMU，為單體電池管理層。由電池監(jiān)控芯片及其附屬電路構(gòu)成，負(fù)責(zé)采集單體電池的各類(lèi)信息，計(jì)算分析電池的SOC（電池剩余容量）和SOH（電池健康狀態(tài)），實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池的主動(dòng)均衡，并將單體異常信息上傳給主控。
2）中間層：主控BCU，為電池組管理層。收集BMU上傳的各種單體電池信息，采集電池組信息。計(jì)算分析電池組的SOC和SOH。
3）上層：總控，為電池簇管理層。負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部的整體協(xié)調(diào)以及與EMS、PCS的外部信息交互，根據(jù)外部請(qǐng)求控制整個(gè)BMS系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。
儲(chǔ)能BMS系統(tǒng)各層功能
技術(shù)要求
儲(chǔ)能BMS比汽車(chē)動(dòng)力電池的BMS更復(fù)雜，要求更高。
管理電池容量量級(jí)相差大。儲(chǔ)能BMS管理的電源達(dá)到了MWh級(jí)別，串并聯(lián)電池?cái)?shù)量極大。
儲(chǔ)能BMS有更嚴(yán)格的并網(wǎng)要求。儲(chǔ)能EMS需要與電網(wǎng)連接，對(duì)諧波、頻率等有更高要求。而動(dòng)力電池BMS一端與電池相連，另一端與整車(chē)的控制及電子系統(tǒng)相連接，技術(shù)要求相對(duì)更低。
儲(chǔ)能BMS技術(shù)要求
市場(chǎng)
目前BMS制造產(chǎn)商主要包括車(chē)廠、電池廠與專(zhuān)業(yè)BMS制造商。與動(dòng)力電池的BMS主要由終端車(chē)廠主導(dǎo)不同，儲(chǔ)能電池的終端用戶沒(méi)有加入BMS研發(fā)與制造的需求；目前儲(chǔ)能BMS沒(méi)有形成領(lǐng)導(dǎo)者，根據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，專(zhuān)業(yè)電池管理系統(tǒng)廠商市場(chǎng)份額占比約為33%。
BMS對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、壽命、經(jīng)濟(jì)的價(jià)值沒(méi)有被客戶充分認(rèn)知，價(jià)值與價(jià)格不對(duì)等；另外，BMS需與電芯參數(shù)等呈對(duì)應(yīng)的關(guān)系，各電池廠商模組方案不同、控制策略、保護(hù)參數(shù)、通訊協(xié)議、匯流方案等不同，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量大，存在信息孤島問(wèn)題。
儲(chǔ)能BMS主要參與方與市場(chǎng)格局
儲(chǔ)能BMS現(xiàn)狀
由基本功能向高級(jí)功能發(fā)展
1）BMS是儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、長(zhǎng)壽命、低成本的重要保障。
單體電池的非一致性容易帶來(lái)木桶效應(yīng)，造成實(shí)際充放電深度和循環(huán)壽命減少，帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)容易導(dǎo)致電池系統(tǒng)安全性能的下降，直接影響運(yùn)行安全。
2）目前BMS功能已經(jīng)由監(jiān)測(cè)、通訊、保護(hù)、顯示、存儲(chǔ)等基本功能向電池系統(tǒng)安全診斷和長(zhǎng)壽命運(yùn)維、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)診斷等高級(jí)功能發(fā)展。
從技術(shù)上看，主動(dòng)均衡技術(shù)將成為標(biāo)準(zhǔn)，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)被應(yīng)用到電池狀態(tài)算法中；未來(lái)低端BMS供應(yīng)商的生存空間將越來(lái)越小。
智慧運(yùn)維、高級(jí)功能等是未來(lái)各廠商之間產(chǎn)生差異化競(jìng)爭(zhēng)的核心要點(diǎn)。
電池管理系統(tǒng)BMS功能
深度結(jié)合大數(shù)據(jù)管理與云邊協(xié)同
BMS設(shè)備是構(gòu)建云邊結(jié)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與深度挖掘分析功能的重要組成部分。
邊：以BMS為基礎(chǔ)發(fā)展云邊協(xié)同，充分發(fā)揮BMS的數(shù)據(jù)匯聚能力，在站級(jí)設(shè)備端實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、分析、狀態(tài)診斷和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗和預(yù)加工；
云：云端基于更多站端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多維度時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘、提煉、精加工，實(shí)現(xiàn)更詳細(xì)、更全面的電池運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性的評(píng)估，動(dòng)態(tài)優(yōu)化BMS運(yùn)行策略及算法模型并下設(shè)至設(shè)備端，達(dá)到最佳安全和經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)維模式，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維，并為能源匯聚/分配/交易提供數(shù)據(jù)支撐，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)提供保障。
以BMS為基礎(chǔ)發(fā)展云邊協(xié)同
能量管理系統(tǒng)
EMS（Energy Management System，能量管理系統(tǒng)），是儲(chǔ)能系統(tǒng)的決策中樞，充當(dāng) “大腦”角色。能量管理系統(tǒng)包括電網(wǎng)級(jí)能量管理系統(tǒng)和微網(wǎng)級(jí)能量管理系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)中提到的EMS一般指微電網(wǎng)級(jí)。
構(gòu)成
能量管理系統(tǒng)一般分為設(shè)備層、通訊層和應(yīng)用層。
設(shè)備層：需要能量采集變換（PCS、BMS）做支撐；
通訊層：主要包括鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)龋?
信息層：主要包括緩存中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和重要?dú)v史數(shù)據(jù)，并提供歷史信息查詢；
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，具體功能涵蓋能量變換決策、能源數(shù)據(jù)傳輸和采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制、運(yùn)維管理分析、電能/電量可視分析、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制等。
儲(chǔ)能EMS基本功能
儲(chǔ)能EMS基本架構(gòu)
優(yōu)化運(yùn)行策略和控制策略設(shè)計(jì)是要點(diǎn)
優(yōu)化運(yùn)行策略和控制策略的設(shè)計(jì)是EMS產(chǎn)品的核心要點(diǎn)和難點(diǎn)。
綜合考慮儲(chǔ)能充放電特性、儲(chǔ)能單元充放電成本、儲(chǔ)能應(yīng)用效益，在滿足電網(wǎng)調(diào)度控制需求的前提下，進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行策略和控制策略的設(shè)計(jì)，能夠提升儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和改善各類(lèi)技術(shù)指標(biāo)。
電網(wǎng)側(cè)know-how積累形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
EMS產(chǎn)品一般作為儲(chǔ)能系統(tǒng)與更上一層信息系統(tǒng)交互的樞紐。
儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)EMS參與電網(wǎng)調(diào)度、虛擬電廠調(diào)度、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)等。
EMS產(chǎn)品與電網(wǎng)調(diào)度等密切配合，并在功能上具備一定相似性，需要公司了解電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，深耕電網(wǎng)側(cè)信息化的企業(yè)具備知識(shí)know[1]how積累，能夠形成能力復(fù)用，具備一定優(yōu)勢(shì)。
