储能入门必看！储能系统基础知识大盘点

电池通过排列，连接组装成电池模组，再和其他元器件一起固定组装到柜体内构成电池柜体。

1、电池

 作为新型储能的关键技术路线之一，新型储能电池在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用。

锂电池作为储能关键器件，是决定电化学储能进步的“中枢”。锂电池按照正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。

储能市场主要以磷酸铁锂电池为主，消除昼夜峰谷差是储能系统的主要应用场景，而产品使用时间直接影响到项目收益。

储能单元，通常是指电池，是储能系统中用于存储和释放电能的基本设备。

 基本构成：

正极材料：电池中发生氧化反应的部分，常见的正极材料包括锂钴氧化物（LiCoO2）、锂铁磷酸盐（LiFePO4）、锂镍锰钴氧化物（NMC）等。

负极材料：电池中发生还原反应的部分，常见的负极材料包括石墨、硅、锡等。

电解质：电池中离子传输的介质，可以是液态的，也可以是固态的（固态电解质）。电解质允许离子在正负极之间移动，完成充放电过程。

隔膜：位于正负极之间，作用是防止正负极直接接触导致短路，同时允许离子通过。

集流体：通常由金属（如铜和铝）制成，用于将电芯的电流传输到外部电路。

电池壳体：电池的外部结构，用于保护内部组件并提供机械支撑。

电池管理系统（BMS）：负责监控和管理电池的充放电过程，确保电池安全运行并优化其性能和寿命。

 工作原理：

充电过程：充电过程中，外部电源向电池提供电能，正极材料释放锂离子（或其他离子），这些离子通过电解质移动到负极材料中并嵌入其中，存储能量。

放电过程：放电过程中，电池向外部设备提供电能，负极材料释放锂离子，这些离子通过电解质移动回正极材料，与正极材料反应，产生电流。

电化学反应：电池的充放电过程涉及到正负极材料之间的电化学反应，这些反应是可逆的，允许电池在充放电循环中重复使用。

 作用：

能量存储：电池能够存储电能，为电网、家庭、工业或电动汽车等提供备用电源。

峰谷削平：电池可以在电力需求低时存储能量，在高峰时段释放能量，帮助电网平衡供需。

可再生能源整合：电池可以存储风能、太阳能等可再生能源产生的电能，提高能源的利用率。

提高电网稳定性：电池可以快速响应电网需求变化，提供频率调节、电压支持等服务，增强电网的稳定性。

移动电源：在电动汽车和便携式电子设备中，电池作为移动电源，提供所需的电能。

应急电源：在紧急情况下，电池可以作为应急电源，保障关键设备和系统的运行。

储能单元（电池）的设计和选择需要考虑其能量密度、功率密度、循环寿命、安全性、成本和环境影响等多个因素，以满足不同应用场景的需求。

2、热管理

基本构成

传感器：温度传感器、压力传感器等，用于实时监测电池和环境的温度、压力等参数。

控制单元：通常是一个微控制器或计算机系统，根据传感器数据和预设的算法来控制热管理设备的运行。

冷却设备：

风冷系统：包括风扇、空气通道、热交换器等，通过空气流动来散热。

液冷系统：包括泵、冷却液、散热器、冷却板等，通过冷却液循环带走热量。

加热设备：如电加热器、相变材料加热器等，用于低温环境下加热电池。

隔热材料：用于减少外界环境对电池温度的影响，保持内部温度稳定。

执行器：如阀门、泵等，用于控制冷却液或空气的流动。

连接件：包括管道、电缆等，连接各个组件，确保系统正常工作。

工作原理

温度监测：传感器持续监测电池和环境的温度，并将数据传输给控制单元。

数据分析：控制单元分析数据，确定是否需要启动冷却或加热设备。

冷却过程：

风冷：当温度超过设定阈值时，风扇启动，推动空气流过电池表面，带走热量。

液冷：泵推动冷却液通过冷却板或直接与电池接触，吸收热量后流回散热器进行热交换。

加热过程：在低温环境下，加热设备启动，通过电能或相变材料释放热量，提高电池温度。

温度调节：控制单元根据实时数据调整冷却或加热的强度，确保电池温度维持在最佳工作范围内。

热分布均匀性：通过设计合理的风道或冷却液流动路径，确保电池组内温度分布均匀。

安全保护：系统还包括过热保护、泄漏检测等安全功能，以防止潜在的安全隐患。

智能优化：现代热管理系统可能集成人工智能算法，以优化控制策略，提高能效和响应速度。

远程监控：系统可能支持远程监控和控制功能，便于维护人员实时了解系统状态并进行调整。

关键作用：

温度控制：热管理系统通过调节电池温度，确保它们在适宜的工作温度范围内，通常是23~25℃，以实现最高工作效率。

防止过热：当电池温度超过50℃时，热管理系统需要采取措施，如启动冷却系统，以防止电池过热，避免电池寿命的快速衰减和潜在的安全风险。

应对低温：在低温环境下，温度低于-10℃时，电池会进入“冬眠”模式，无法正常工作。

基本构成：

中央控制单元：EMS的大脑，负责处理数据、执行策略和做出决策。

数据采集系统：收集储能系统各部分的实时数据，如电池状态、PCS状态、电网参数等。

通信接口：与储能系统中的其他组件（如BMS、PCS）进行数据交换和指令下达。

用户界面：提供系统状态的可视化展示，以及操作界面供用户进行系统设置和控制。

分析和优化算法：内置的软件算法，用于分析数据、预测趋势和优化充放电策略。

安全和保护逻辑：确保系统在各种工况下的安全运行，包括故障检测和应急响应。

工作原理：

数据监测：EMS实时监测储能系统中所有相关设备的状态和参数。

状态评估：基于收集的数据，EMS评估系统当前的工作状态和电池的健康状态。

策略制定：根据电网需求、电池状态和预设的优化目标，EMS制定充放电策略。

指令下达：EMS向PCS和BMS等设备发送控制指令，执行充放电操作。

系统优化：EMS通过内置算法优化储能系统的整体性能和效率。

安全监控：实时监控系统安全，确保在异常情况下能够及时响应。

7、EMS的主要功能：

监测与控制：EMS能够实时监控储能系统的运行状态，包括电池的充放电状态、温度、电压、电流等关键参数，并控制储能变流器（PCS）进行充放电操作，以保持电池在最佳工作状态。

优化调度：EMS根据电网需求、电池状态和成本等因素，优化储能系统的充放电策略，提高能源利用效率，降低运营成本。

状态估计与性能评估：EMS通过先进的算法对电池的状态进行估计，包括电池的剩余容量、健康程度等，并评估电池的性能，为优化充放电策略提供依据。

安全管理：EMS包含了一系列的安全保护措施，如过温保护、过充保护、过放保护、电池均衡管理等，以防止电池损坏或发生安全事故。

数据采集与分析：EMS收集储能系统的运行数据，进行分析和处理，以识别系统性能趋势，为系统优化和维护提供数据支持

通信与接口：EMS与其他系统（如电网调度系统、分布式能源管理系统等）进行通信，执行远程控制指令，实现储能系统与外部系统的互动。

能量预测与规划：EMS可以根据历史数据和天气预报，预测电网负荷和可再生能源发电量，从而规划储能系统的运行策略。

8.辅助服务：EMS可以协调储能系统提供辅助服务，如频率调节、电压控制等，以支持电网的稳定运行。

9.经济运行：EMS通过分析市场价格和电网需求，优化储能系统的运行模式，以实现经济利益最大化。

10.故障诊断与维护：EMS能够监测电池和系统的异常情况，提供故障诊断报告，辅助维护人员及时解决问题，并预测维护时间。

能量管理系统在储能系统中发挥着至关重要的作用，它不仅能够提高能源利用效率，降低运营成本，还能确保系统的安全性和可靠性。