50KW-100KWh储能系统技术探讨研究报告（附下载）

  今天分享的是储能系列深度研究报告：《50KW-100KWh储能系统技术探讨研究报告 》。报告来源于公众：

  2.电池模组：储能模组由21个单体电芯组成，规格为1P21S，电量为3.36kWh，标称电压为67.2V。电池模组配置 BMS 的采集模块 BMU，用于模组的电压、温度等参数采集，并具有均衡功能。

  高压箱内包含 BMS 主控单元和电气元件，用于对整个电池簇运作时的状态的管理与保护。高压箱设计参考示意图如下：

  高压盒作为中间层，包含 BMS 主控单元和电气元件，用于对整个电池簇运作时的状态的管理与保护。直接控制功率继电器，进行电流、总压采集。内部包含断路器开关、保护继电器、电压电流采集模块、熔断器、等安全保护的方法。至少应满足以下功能：

  （1）有功功率控制功能，PCS 储能装置可根据微电网运行控制管理系统指令控制其有功功率输出。为实现有功功率调节功能，电池储能系统能接收并实时跟踪执行微电网运行控制管理系统发送的有功功率控制信号。

  （2）电压/无功调节功能，PCS 储能装置可根据、微电网运行控制管理系统控制指令等信号实时跟踪调节无功输出，其参数为无功功率、功率因数等参数可由微电网运行控制管理系统远程设定。

  （3）离网 V/F 控制功能，PCS 储能装置在离网模式下，具备电压和频率的调节功能，能自动设定标称电压和额定频率启动和运行，也可接收外部电压给定指令和频率给定指令进行电压和频率的调节。

  （4）离网软启动功能，PCS 储能装置在离网模式下，可平滑启动，减小冲击电流，减小对微电网的冲击，系统从待机到标称电压稳定运行，时间小于2s。

  （5）PCS 储能装置具备主动孤岛检测功能，孤岛状态下，能够在500ms 内检测出孤岛状态，同时通过监控系统上报故障信息。

  （6）PCS 储能装置具有一定的耐受电压异常能力。交流输出端三相电压的允许偏差为标称电压的+15%、-15%（可设置）

  （7）PCS 储能装置在并网模式下具备一定的耐受系统频率异常的能力，能够在表6-2所示电网频率偏离下运行（可设置）。

  （9）PCS 储能装置具有并网和离网两种运行模式，并能根据条件实现并离网切换功能。

  （11）PCS 储能装置接入电网后，公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值，公共连接点的负序电压不平衡度应不超过 2%，短时不允许超出 4%；其中由 PCS 储能装置引起的负序电压不平衡度不超过 1.3%，短时不超过 2.6%。

  （12）PCS 储能装置具有人机界面和通讯功能，工作人员可本地和远程操作

  集装箱将电池组、BMS、PCS、EMS 系统、通讯监控等设备集成到1 个标准的单元中，该标准单元有自己独立的供电系统、温度控制管理系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、电气联锁系统、机械联锁系统、安全逃生系统、应急系统、消防联动控制系统等自动控制、连接后台监控系统和安全保障系统，集装箱中的走线应全部为内走线。

  集装箱及其箱内设备（除 BMS 需要自备不间断 UPS 电源外）的工作电源采用AC220V自供电模式。集装箱中蓄电池储能子系统一次电路电气输出接口为光储一体机逆变器（以下简称 PCS）的直流、能量管控系统接口、监控系统等。集装箱内设置一套集中壁挂式动力配电箱，动力配电箱能配合其空调系统、消防联动控制系统、监控系统及其他系统提供电力供给。

  集装箱内配备温控方案。配置 1KW 的专用空调，温度数据通过BMS 直接上传到后台监控 EMS 系统。

  集装箱内应配置烟雾传感器、温度传感器、应急灯等设备，烟雾传感器和温度传感器和控制开关形成电气连锁，一旦检测到故障，系统会自动启动报警系统

  另外，集装箱内配置 1 盏应急照明灯，一旦系统断电，集装箱内的应急照明灯立即投入使用。

  1、BMS 信息包括单体电压、单体温度、电流、SOC、SOH 等,数据实时传输；

  1) 模拟量测量功能：能实时测量单体电压、温度，测量电池组端电压、电流等参数。确保电池安全、可靠、稳定运行，保证单体电池常规使用的寿命要求，满足对单体电池、电池组的运行优化控制要求。

  2) 在线 SOC 诊断：在实时数据采集的基础上，采用多种模式分段解决的方法，建立专家数学分析诊断模型，在线测量每一节电池的剩余电量SOC。同时，智能化地根据电池的放电电流和环境和温度等对 SOC 预测进行校正，给出更符合变化负荷下的电池剩余容量及可靠使用时间。

  3) 电池系统运行报警功能：在电池系统运行出现过压、欠压、过流、高温、低温、通信异常、BMS 异常等状态时，能显示并上报告警信息。

  4) 电池系统保护功能：对运行过程中也许会出现的电池严重过压、欠压、过流（短路）等异常故障情况，通过高压控制单元实现快速切断电池回路，并隔离故障点、及时输出声光报警信息，保证系统安全可靠运行。

  5) 通讯功能：系统对外需具备与储能变流器通讯功能（RS485），与综合监控管理系统通讯功能（LAN）。

  6) 热管理功能：对电池组的运行温度进行严格监控，如果温度高于或低于保护值将输出热管理启动信号，系统可配备风机或保温储热装置来调整温度；若温度达到设定的危险值，电池管理系统自动与系统保护机制联动，及时切断电池回路，保 证系统安全。

  7) 自诊断与容错功能：电池管理系统使用先进的自我故障诊断和容错技术，对模块自身软硬件具有自检功能，即使内部故障甚至器件损坏，也不可能影响到电池运行安全。不会因电池管理系统故障导致储能系统出现故障，甚至导致电池损坏或发生恶性事故。

  8) BMS 具备自诊断功能，对 BMS 与外界通信中断，BMS 内部通信异常，模拟量采集异常等故障进行自诊断，并能够上报到就地监测系统。

  10) 运行参数设定功能：BMS 运行各项参数应能通过远程或本地在BMS 或储能站监控系统来进行修改，部分参数修改需密码确认。

  11) 本地运作时的状态显示功能：BMS 能够在本地对电池系统的各项运作时的状态进行显示，如系统状态，模拟量信息，报警和保护信息等。

  12) 事件及日志数据记录功能：BMS 能够在本地对电池系统的各项事件及日志数据来进行一定量的存储 10000 条。

  13) BMS 系统操作界面分两类人员，运行人员和安装人员各自有权限和密码设置。

  磷酸铁锂电池储能系统它由磷酸铁锂电池、总控制器单元（BAMS）、单体电池管理单元（BMU）、电池组端控制和管理单元（BCMU）组成

  储能系统主要由三个部分所组成，磷酸铁锂电池作为储能单元，采用带被动均衡的BMS 电池管理系统、采用专业 PCS 作为转换单元。

  1、本系统采用磷酸铁锂电池可大倍率充放电的特性，系统功率是50KW，单套系统容量 100KWh。

  2、电池管理系统 BMS 利用互联网将电池信息上传给后台，并接受后台的指令实现对电池的一些操作。BMS 主控单元 BCMU 和 BMS 采集均衡单元（BMU-L3724BD）之间通过CAN总线BD 实现对电池信息的实时采集和运算，并将信息上传给BCMU（主控）分级管理，再由 BAMS（总控）实现对后台的数据传输和对整个BMS的控制。

  从下图能够准确的看出，BAMS 采用 7 寸的显示屏显示整个 PCS 电池组单元的相关信息，并将相关信息通过以太网（RJ45 双网口）传递给监控系统 EMS。内容信息包括电池单体信息，电池组信息，电池簇信息。

  上传信息：BMS 上传电池单体（或组）信息有：单体电池电压、电池组电压、充放电电流、单体最大 SOC、单体最小 SOC、单体最小 SOH；电池组 SOC、单体最大温度、单体最小温度、环境和温度，以及电池异常告警、保护等相关信息。

  接收信息：BMS 接收监控系统 EMS 下达的电池运行参数，如电压的保护设定值、报警设定值，温度的保护设定值、报警设定值，SOC 的保护设定值、报警设定值等。 BAMS 管理服务器支持 MODBUS 通讯规约，其中 MODBUS 需要定义专门的规约点表；通讯接口为网络RJ45 通讯。

  由于 PCS 接了多组电池，所以 BMS 的数据汇总到 BAMS，再由 BAMS 与PCS 通信，实行单向传输,BAMS 做主，PCS 做从。

  BMS 发送信息：BMS 发送的信息有电池的状态量及告警量等相关信息。包括电池组的最大SOC、最小 SOC、电池组最大可充电量、最大可放电量、环境和温度、电池最小SOH等。PCS接到BMS 告警信息后应进行一定的保护动作。

  硬节点信息：为保护的及时可靠，储能系统留备了 2路硬节点，BMS 检测到电池系统达到保护限制时，BMS 通过干节点将保护限制值发送给 PCS。

  BMS 系统的三层架构分别是，单体电池管理层 BMU-L3712、电池组管理层BCMU、电池簇（多组）管理层 BAMS；其中电池簇管理层我们也叫一个 PCS 电池单元管理层。

  由电池采集单元 BCU 和电池均衡单元 BEU 组成，采集电池的各种单体信息（电压、温度），计算分析电池的 SOC 和 SOH，实现对单体电池的主动均衡，并将单体异常信息上传给电池组单元层 BCMU；对外采用 CAN2.0 总线通信方式。

  负责收集 BMU 上传的各种单体电池信息，采集电池组的各种信息（组电压、组温度）、电池组充电放电电流等，计算分析电池组的 SOC 和 SOH，并将所有信息上传给电池簇单元层BAMS；采用CAN2.0 总线通信方式。

  电池簇管理层叫 BAMS，有 2 路以太网、1 路 CAN2.0 总线（备用）总线。

  负责收集 BCMU 上传的各种电池信息，并将所有信息以 RJ45 接口上传给储能监控EMS 系统，支持 Modbus 协议/104 规约或 IEC61850 规约；与 PCS 通信，将电池的相关异常信息发送给PCS（CAN或 RS485 接口），且配有硬件干节点对 PCS。

  BAMS由高性能的 32 位 MCU 处理器组建平台，内嵌 Linux 操作系统，自带7 寸TFT 触摸液晶显示，能实时将锂电池储能系统数据上传后台管理，并能接受后台的监控；自主研发，支持功能扩展和定制服务, BAMS 和微网中央控制管理系统的通信方式选用以太网 Modbus TCP/IP，,和PCS 的通讯接口为 RS-485，协议方式选用 Modbus；通过远程服务器经以太网可对电池储能系统进行实时监控与数据管理，实现遥测、遥信、遥控，使储能系统得以及时的维护，保证储能系统的安全运行，提高供电系统的可靠性。

  BAMS 通过 BCMU 上传的电池实时数据来进行实时显示、数据计算、性能分析、报警保护等处理，并实现与 PCS、储能监控后台系统(EMS)进行联动控制，依据输出功率要求及各组电池的SOC优化负荷控制策略，保证所有电池组的最优化。

  能量系统总控器在线监测单体电池的电压，蓄电池组组端电压、充放电电流和温度，根据BCMU 的上传的每个单体电池的 SOC、电压、温度、电池组电压、温度、充放电电流及各种异常报警信息进行显示。通过远程服务器经以太网可对锂电池储能系统进行实时监控与数据管理，实现遥测、遥信、遥控，使储能系统得以及时的维护，保证储能系统的安全运行和可靠性；预留干节点与 PCS 进行通讯，确保电池系统不正常的情况下与 PCS 通讯。

  （本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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