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拒绝信息差！带业主拆解工商业储能系统构成之“黑箱”
控制论中有一个著名的概念——“黑箱”。指那些具有某种功能或作用，但用户对其内部具体细节所不知、只能通过外部观测总结规律的系统。对于工商业业主而言，工商业储能系统就是这样一个“黑箱”。
正如人们选购电脑手机时会了解详细配置，深入了解工商业储能系统的“内在”，把“黑箱”变成“灰箱”甚至“白箱”，对于工商业业主来说意义重大。
工商业储能系统(以下简称储能系统)主要由储能电池、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及其他配套电气设备——比如同安全息息相关的温控系统(热管理系统)和消防系统——等构成。它们在储能系统的运作中扮演着重要的角色。
【储能柜内部示意图】
01丨储能电池
Cell&PACK
电池(或者说电芯)担任关键的储能角色，是储能系统最核心的构成部分。工商业储能系统的电芯在规格上以280Ah和314Ah为主，两种规格外观尺寸相同，314Ah具有更高的能量密度，因而注定成为日后主流。
电芯的好坏取决于其具备的各项指标参数与一致性，而其制造工艺和配方的先进性是决定电芯质量的关键因素。在当前阶段，用于工商业储能的电芯充放电倍率通常不需要很高，大多数为0.5C。
【方壳电芯】
一般将电芯打包成模组，再将模组打包成PACK，置入储能系统中。电芯在PACK中相互串联，PACK之间也以串联的方式连接。我们常见的PACK配置如“1P52S”就是指这个PACK中有52个电芯串联。
【电芯-PACK-簇层级关系】
全部为串联导致一个电芯出问题整个PACK会受到影响、一个PACK无法运行整个工商业储能系统也无法运行，所以电芯运行过程中的一致性就显得极为关键。
电芯的寿命有循环寿命和日历寿命两种参数。循环寿命一般以次数为单位，表征电池在理想的温度、湿度下，可以循环充放电到电池容量衰减至额定容量20%时的次数。日历寿命则是根据循环寿命通过预设使用情况推算出的寿命年限。
目前主流电芯厂商的循环寿命都能做到8000次以上，若按一天两充两放计算，日历寿命差不多10年，考虑到现实使用环境不如实验室中理想，真实使用寿命会在10年以下，能源管理合同期内大概率会经历一次电芯更换。
02丨储能变流器
Power Conversion System
储能变流器PCS担任执行角色，主要功能为控制储能电池组的充电和放电过程，进行交流(AC)与直流(DC)之间的转换。它不仅决定了电池储能系统对外输出的电能质量和动态特性，也在很大程度上与BMS相配合，影响着电池的安全与使用寿命。可以类比于储能系统的“心脏”。
PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收EMS控制指令，根据指令控制变流器对电池进行充电或放电。同时，PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。
在工商业场景中以100kW~250kW的PCS最为常见。在工商业储能中常用100kW的PCS有三相三线制和三相四线制的两种。三相三线制有A、B、C(或U、V、W)三根火线，任意两根火线之间电压380V。三相四线制多一根中性线线路N，可以在三相负载电压不平衡的时候，保证负载电压对称，避免损坏设备。任意一根火线与中性线之间的电压220V。
在日常大多数情况下，PCS处于并网工作模式下，从市电中往储能系统充电。在电力系统发生故障或需要备用电源时，PCS 快速切换至离网工作模式并提供持续的电力支持。
【PCS示意图】
03丨电池管理系统
Battery Management System
电池管理系统BMS担任感知角色，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等。由BMS与电芯组成的体系称为“电池系统”。
具体来说，BMS需要对电池的基本参数进行测量，包括电压、电流、温度等，防止电池出现过充电和过放电。还需要计算分析电池的SOC(电池剩余容量)和SOH(电池健康状态)，并及时上报异常信息。
监测之外，BMS控制电池充放电过程以避免电池过载;均衡电池组内单个电池之间的电荷差异;异常时预警并采取保护措施。上文提到那极其关键的电芯一致性，就由BMS来负责保障。
BMS系统大多都是三层架构，硬件主要分为从控单元(BMU)、主控单元(BCU)和总控单元(BAU)。BMS最小单元为电芯层级的采集芯片或电路，这些单元随后连接到PACK层级的BMU单元。多个PACK的BMU单元会统一接入簇级的BCU单元，有的储能系统还会有系统级的BAU单元。
【BMS架构示意图】
04丨能量管理系统
Energy Management System
能量管理系统EMS担任决策角色，主要负责数据采集、网络监控和能量调度等。EMS能够实时监控储能系统设备(如PCS、BMS、消防、温控等)的状态，实时开展故障诊断和优化，并通过设定系统运行策略及安全保护策略，实现能量的最优分配和调度。可以类比于储能系统的“大脑”。
EMS是保证储能经济性的关键，如何结合工商业自身实际情况，在分时电价制度中实现最大的峰谷套利依赖EMS运行策略的设定。同时EMS还是储能系统与用户直接交互的“窗口”，是帮助用户了解储能系统运行状态的“操作系统”。
EMS在架构上一般分为设备层、通讯层和应用层。设备层主要指对接PCS、BMS等的监控采集设备;通讯层主要包括链路、协议、传输等;应用层的表现形式包括APP、Web等，为管理人员提供可视化的监控与操作界面。
【贝盛EMS策略】
在工商业场景下，一台合格的设备，其EMS起码要具备以下功能：
1. 系统概况：实时展示当前储能系统运行概况，包括：储能充放电量、功率、SOC、多功率运行图等，作为主页面。
2. 设备监控：可查看各类设备情况，包括不限于PCS、BMS、空调、电表、智能断路器、消防主机、各类传感器等实时运行数据，并支持设备调控。
3. 运行收益：展示储能的收益和电量信息。(对业主意义最大的功能)
4. 故障告警：汇总各类设备的故障告警，按时间，状态，等级等进行查询。
5. 统计分析：查询设备的历史运行数据和相关报表，同时支持数据导出。
6. 策略管理：配置储能的策略，包括手动和自动等模式，满足调试，检修，日常运行，保养等场景需求。
05丨储能系统的运行
Operation of ESS
在储能系统运行时，电池组将状态信息反馈给BMS，BMS将其共享给EMS和PCS;EMS根据优化及调度决策将控制信息下发至PCS与BMS，控制储能电池完成充放电等工作。
【储能系统运行过程】
量身定制 打造最优适配方案
贝盛储能，工商业储能一站式解决方案服务商，凭借过硬的技术研发实力，逐步完成工商业储能产业布局，推出了BES-Cube 215/261等系列工商业储能产品，贝盛根据企业实际需求定制适配方案，已有多个项目在工厂落地。
两大商业模式 满足客户需求
未来，贝盛储能将持续为全球用户提供高效、智能、安全、可靠的工商业储能解决方案，为合作伙伴创造更多能源价值。
