干货 |一文看懂储能系统的工作原理

电化学储能系统主要由电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）以及其他电气设备构成。电池组是储能系统最主要的构成部分；电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等；储能变流器可以控制储能，电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。

能量管理系统（EMS）通过通讯线与储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）进行通讯，收集其状态及参数，将预设的逻辑命令下发给储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS），从而完成储能系统的充放电操作。

储能系统示意

同时，外部的急停按钮信号直接连接PCS、BMS、EMS，在紧急情况下能及时让设备停下来，保证设备安全。处急停信号外，消防、柜门行程开关等外部信号也接入EMS，为设备增加安全保障。

在每个电池包内含电池管理系统（BMS）的从控模块（BMU），电池管理系统（BMS）通过对从控模块（BMU）反馈的电芯温度、电压等信息对电池状态进行分析，提供对电芯的保护，提高电池包（PACK）间的一致性，提高效率的同时还增加储能系统的安全性。

液冷机组通过通讯线接入EMS，并读取BMS反馈上来的电芯参数，通过自身内部逻辑运行，实时监控电芯温度变化，动态启停，节省自耗电的同时也保证了电芯的温度，使得电芯的寿命更加大。

电池

储能系统所使用的能量型电池与功率型电池是有所区别的。如果以职业运动员举例，功率型电池就像是短跑运动员，爆发力好，短时间内可以释放大功率。而能量型电池更像是马拉松运动员，能量密度高，一次充电可以提供更长的使用时间。

电池包

热管理

如果把电池比喻成储能系统的身体，那么热管理系统就是储能系统的“衣服”。电池和人一样，也需要在舒适的温度环境（23~25℃），才能发挥最高的工作效率。如果电池工作温度超过50℃，电池寿命会快速衰减。而温度低于-10℃时，电池会进入“冬眠”模式，无法正常工作。

从电池面对高温和低温的不同表现可以看出，处于高温状态的储能系统寿命和安全性会受到巨大影响，而处于低温状态的储能系统则会彻底罢工。热管理的作用就是根据周围环境温度，来给储能系统舒适的温度。从而使整套系统得以“延年益寿”。

储能热管理仿真

电池管理系统（BMS）

电池管理系统的英文名是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，可以将它看作电池系统的司令官，它是电池与用户之间的纽带，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。

当两个人站在我们面前，可以轻易的分辨出谁高一些，谁胖一些。但当成千上万个人整齐排列在面前，这项工作就变得无比困难了。而处理这项无比困难的事情，就是BMS的工作。“高矮胖瘦”等参数对应到储能系统中，是电压、电流和温度三个数据。根据复杂的算法，可以推测出系统的SOC（荷电状态），热管理系统的启停，系统绝缘检测和电池间的均衡。

BMS应以安全作为设计初衷，遵循“预防为主，控制保障”的原则，系统性的解决储能电池系统的安全管控。

BMSA模块

双向储能变流器（PCS）

其实储能变流器在日常生活中十分常见，图片中所展示的就是一个单向的PCS。

手机充电器的功能是将家用插座中的220V交流电，转换为手机内电池所需的5V~10V的直流电。这与储能系统在充电过程中将 交流电转换为电池堆所需直流电的模式是一致的。

储能系统中的PCS可以理解为一个超大号的充电器，但与手机充电器的区别在于它是双向的。双向PCS充当了电池堆与电网端之间的桥梁，一方面将电网端的交流电转化为直流电为电池堆充电，另一方面将电池堆的直流电转换为交流电回馈给电网。

pcs控制模块

能源管理系统（EMS）

一位分布式能源的研究者曾经说过“好方案源于顶层设计，好系统出于EMS”，由此可见EMS在储能系统中的重要性。

能源管理系统的存在，是为了将储能系统内各子系统的信息汇总，全方位的掌控整套系统的运行情况，并作出相关决策，保证系统安全运行。EMS会将数据上传云端，为运营商的后台管理人员提供运营工具。同时，EMS还负责与用户进行直接的交互。用户的运维人员可通过EMS实时的查看储能系统的运行情况，做到实施监管。