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)能逆變器(PCS)以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。BMS是其中的核心組件之一,主要用于智能化管理及維護(hù)各電池單元,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池SOC、SOH 等運(yùn)行狀態(tài),防止電池本體或系統(tǒng)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn),助力儲(chǔ)能電池的安全、高效使用。
儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池管理系統(tǒng)(BMS)是保證儲(chǔ)能系統(tǒng)安全和性能穩(wěn)定的重要組成部分。現(xiàn)在市場(chǎng)上主要存在三種類型的BMS技術(shù),包括分布式BMS、集中式BMS和模塊化BMS。
三種BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
一、分布式BMS
Powin Energy在美國(guó)德州的2.4MW/9.6MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目和Gildemeister Energy Solutions在德國(guó)蘭茨堡的2MW/5MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目中均采用了分布式BMS技術(shù)。分布式BMS是將每個(gè)電池單體的監(jiān)測(cè)與控制集成在電池單體內(nèi)部,通過(guò)通信協(xié)議將信息傳輸至主控制器。它與集中式BMS最大的不同在于,每個(gè)電池單體都擁有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),相互之間不需要進(jìn)行信息交互。
分布式電池管理系統(tǒng)
分布式BMS的優(yōu)點(diǎn):
1.可靠性更高
由于每個(gè)電池單體都擁有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),所以分布式BMS的可靠性更高。即使某個(gè)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(huì)受到太大的影響。
2.易于維護(hù)和升級(jí)
由于分布式BMS的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,每個(gè)電池單體都可以獨(dú)立運(yùn)行,所以維護(hù)和升級(jí)相對(duì)容易。一旦某個(gè)電池單體發(fā)生故障,可以直接更換該單體,而不必停機(jī)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)。
3.靈活性更強(qiáng)
分布式BMS的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)分散在每個(gè)電池單體內(nèi)部,因此系統(tǒng)更加靈活??梢愿鶕?jù)實(shí)際需求增加或減少電池單體,而不必考慮系統(tǒng)整體的復(fù)雜性分布式。
分布式BMS的缺點(diǎn):
1.成本較高
由于每個(gè)電池單體都需要安裝獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),所以成本相對(duì)較高。而且對(duì)于大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō),分布式BMS需要安裝大量的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),進(jìn)一步提高了成本。
2.通信問(wèn)題
分布式BMS需要通過(guò)通信協(xié)議將每個(gè)電池單體的信息傳輸至主控制器,如果通信出現(xiàn)問(wèn)題,可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障。另外,由于每個(gè)電池單體都需要與主控制器通信,所以通信負(fù)載相對(duì)較大。
二、集中式BMS
澳大利亞NeoenPowin的30MW/30MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目中采用了集中式BMS技術(shù)。集中式BMS將所有電池單體的監(jiān)測(cè)與控制集中在一個(gè)主控制器中,通過(guò)通信協(xié)議將信息傳輸至主控制器。
集中式電池管理系統(tǒng)
集中式BMS的優(yōu)點(diǎn):
1.成本較低
由于集中式BMS只需要安裝一個(gè)主控制器,所以成本相對(duì)較低。特別是對(duì)于小規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng),使用集中式BMS可以降低系統(tǒng)的成本。
2.通信負(fù)載較小
由于集中式BMS只需要一個(gè)主控制器,所以通信負(fù)載相對(duì)較小,可以有效減少通信問(wèn)題的發(fā)生。
集中式BMS的缺點(diǎn):
1.可靠性較低
由于所有電池單體的監(jiān)測(cè)和控制集中在一個(gè)主控制器中,如果主控制器出現(xiàn)故障,可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障,系統(tǒng)可靠性較低。
2.維護(hù)和升級(jí)困難
由于所有電池單體的監(jiān)測(cè)和控制集中在一個(gè)主控制器中,所以維護(hù)和升級(jí)較為困難。一旦主控制器出現(xiàn)故障,需要停機(jī)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)。
三、模塊化BMS
模塊化BMS是將電池單體分為若干模塊,每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),通過(guò)通信協(xié)議將信息傳輸至主控制器。
模塊化BMS
模塊化BMS的優(yōu)點(diǎn):
1.成本適中
模塊化BMS需要安裝若干個(gè)監(jiān)測(cè)和控制模塊,相對(duì)于分布式BMS和集中式BMS,成本適中。
2.可靠性高
由于每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),所以系統(tǒng)的可靠性較高。即使某個(gè)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(huì)受到太大的影響。
3.靈活性強(qiáng)
模塊化BMS的監(jiān)測(cè)和控制模塊分散在每個(gè)電池模塊內(nèi)部,因此系統(tǒng)更加靈活。可以根據(jù)實(shí)際需求增加或減少電池模塊,而不必考慮系統(tǒng)整體的復(fù)雜性。
模塊化BMS的缺點(diǎn):
1.通信負(fù)載較大
模塊化BMS需要通過(guò)通信協(xié)議將每個(gè)模塊的信息傳輸至主控制器,通信負(fù)載相對(duì)較大。
2.維護(hù)和升級(jí)較為困難
由于模塊化BMS需要安裝若干個(gè)監(jiān)測(cè)和控制模塊,所以維護(hù)和升級(jí)較為困難。一旦某個(gè)模塊出現(xiàn)故障,需要停機(jī)進(jìn)行維護(hù)和更換,可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。
四、總結(jié)
三種BMS技術(shù)各自具有優(yōu)點(diǎn)和痛點(diǎn),需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。對(duì)于大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng),分布式BMS技術(shù)能夠提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,但成本較高;對(duì)于小規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng),集中式BMS技術(shù)成本相對(duì)較低,但可靠性較低;模塊化BMS技術(shù)則能夠在成本和可靠性之間取得平衡,但需要考慮通信負(fù)載和維護(hù)升級(jí)的問(wèn)題。
未來(lái)的BMS技術(shù)將更加注重實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制能力的提升,同時(shí)也將更加注重通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一,以提高不同廠商的設(shè)備兼容性和互操作性。