比亞迪儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)介
依托先進(jìn)鐵電池技術(shù)、大功率雙向換流技術(shù)和電池管理技術(shù)組建的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)（energystoragesystem，ESS）解決方案，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)可滿足能源存儲(chǔ)、調(diào)峰、調(diào)頻等需求，有效平滑風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電出力波動(dòng)，提高上網(wǎng)電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全。
因地制宜提供的集裝箱式、站房式等不同類型的儲(chǔ)能解決方案，可滿足客戶不同的應(yīng)用需求。實(shí)地安裝實(shí)例見(jiàn)圖2和圖3。
1?比亞迪換流設(shè)備技術(shù)
模塊化換流器（powerconversionsystem，PCS），效果圖和系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖4和圖5。
該P(yáng)CS采用最先進(jìn)的三電平逆變技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及調(diào)功調(diào)頻功能，并具有轉(zhuǎn)換效率高、輸出諧波含有率低、允許工作環(huán)境溫度范圍大、設(shè)計(jì)緊湊、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
人性化的觸摸屏操作界面，方便就地操作和信息查詢。可利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行檢查及修改系統(tǒng)設(shè)置，維修響應(yīng)速度快。
PCS的具體特點(diǎn)如下：
1）直流主回路。直流主回路主要由直流斷路器、預(yù)充電路、泄放電路、直流EMI濾波器，主要是實(shí)現(xiàn)電池輸入的通斷控制、浪涌電流抑制、過(guò)流保護(hù)、電磁兼容濾波等功能。
2）DC/AC。DC/AC部分是PCS功率變換的關(guān)鍵部分，主要由直流電容、IGBT、及IGBT驅(qū)動(dòng)和保護(hù)模塊組成，通過(guò)IGBT的高頻開(kāi)通、關(guān)斷實(shí)現(xiàn)交流和直流轉(zhuǎn)換和能量的雙向流動(dòng)。
3）正弦濾波器。正弦濾波器主要是將DC/AC輸出的高頻方波電壓中的高頻諧波濾除，轉(zhuǎn)換為諧波符合要求的正弦波。
4）交流主回路。交流主回路部分主要由交流斷路器、交流接觸器、交流預(yù)充電路、交流EMC濾波器組成，主要是實(shí)現(xiàn)與交流電網(wǎng)或負(fù)載的通斷控制和過(guò)流、短路保護(hù)、EMC濾波。
5）信號(hào)采集。信號(hào)采集部分主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流側(cè)電壓、電流，交流側(cè)電壓、電流信號(hào)的高精度檢測(cè)，信號(hào)處理功能以及故障信號(hào)的檢測(cè)功能。
6）控制部分。控制部分是PCS的核心部分。采用TI高性能工業(yè)級(jí)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335作為核心處理器，該處理器支持32位浮點(diǎn)運(yùn)算、具有150M的高速處理能力，專用高精度PWM輸出，16路12位A/D采樣。
7）HMI部分。監(jiān)控顯示部分采用7英寸高分辨率LCD液晶觸摸屏作為人機(jī)接口，提供了友好的人機(jī)交互界面，完美實(shí)現(xiàn)PCS就地控制功能。
2?比亞迪電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)（BMS）包括3層結(jié)構(gòu)：
①電池組管理模塊（BMU）；
②電池串管理模塊（BECU）；
③儲(chǔ)能電池單元管理模塊（BSMU）。
BMS能夠?qū)崿F(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行控制、絕緣監(jiān)測(cè)、均衡管理、保護(hù)報(bào)警及通信功能等，通過(guò)對(duì)電池的狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定安全運(yùn)行；
監(jiān)測(cè)電池的一致性，通過(guò)均衡對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)，保證電池系統(tǒng)的使用效率及壽命。結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖6。
電池管理系統(tǒng)的主要功能包括：①充放電管理功能；②保護(hù)功能；③監(jiān)測(cè)功能；④報(bào)警功能；⑤自診斷功能；⑥本地運(yùn)行狀態(tài)顯示功能；⑦統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)功能；⑧安全管理功能；⑨故障診斷功能；⑩熱管理功能；k通信功能。
BMS停機(jī)控制策略
1）一般停機(jī)控制策略。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電池狀態(tài)達(dá)到設(shè)定限值如電壓限值或SOC限值等，則儲(chǔ)能電池單元系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
2）緊急停機(jī)控制策略。若系統(tǒng)當(dāng)前故障（如煙霧報(bào)警等）會(huì)造成火災(zāi)、觸電等安全事故，此時(shí)BMS會(huì)立即將故障信息反饋到就地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，控制PCS停止系統(tǒng)運(yùn)行，若規(guī)定時(shí)間內(nèi)PCS無(wú)響應(yīng)，則電池管理系統(tǒng)自行控制系統(tǒng)停止儲(chǔ)能電池單元運(yùn)行，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
?BMS在線被動(dòng)均衡
單體電池在批量生產(chǎn)過(guò)程中，由于原料及生產(chǎn)工藝的自然波動(dòng)，單體電池的容量、內(nèi)阻、電壓及自放電率均會(huì)有一定的偏差，同時(shí)在使用過(guò)程中隨著充放電循環(huán)次數(shù)增加及存儲(chǔ)時(shí)間、溫度等影響，單體電池容量衰減也會(huì)出現(xiàn)不一致，導(dǎo)致在同一電池串內(nèi)的單體電池出現(xiàn)不一致，降低了整個(gè)儲(chǔ)能電池單元的容量利用率。
因此，需對(duì)電池進(jìn)行均衡，提高電池的一致性。電池均衡裝置由BMU執(zhí)行放電均衡，放電均衡電路是將放電電阻通過(guò)電池選通開(kāi)關(guān)與電池單體并聯(lián)，通過(guò)對(duì)電池單體進(jìn)行放電實(shí)現(xiàn)電池放電均衡。
3.比亞迪磷酸鐵鋰電池
比亞迪儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的磷酸鐵鋰電池，可滿足兆瓦級(jí)功率輸出需求，該電池已經(jīng)成功應(yīng)用于比亞迪純電動(dòng)汽車(chē)e6、K9等。
電池安全性
磷酸鐵鋰電池采用特殊防爆閥與蓋板激光焊接技術(shù)，防爆閥啟動(dòng)壓力穩(wěn)定。根據(jù)各種安全測(cè)試電池內(nèi)壓測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)定合理的啟動(dòng)壓力，保證了單體電池在各種極限情況下（如針刺、撞擊、短路、過(guò)充/放、火燒、加壓等）不爆炸，具體見(jiàn)圖7。
電池串安全
磷酸鐵鋰電池串主回路設(shè)計(jì)采用了多重保護(hù)方法，具體如下所述：
1）負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。主要用于實(shí)現(xiàn)電池串的隔離。
2）主接觸器。在BMS的控制下，實(shí)現(xiàn)電池串的自動(dòng)并網(wǎng)、離網(wǎng)、故障隔離及故障后恢復(fù)并網(wǎng)功能；電池系統(tǒng)處于運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)BMS檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)，機(jī)組發(fā)出告警信息，同時(shí)控制接觸器的關(guān)斷，系統(tǒng)停止運(yùn)行。
3）直流熔斷體。采用直流超快速熔熔斷體，當(dāng)電池組一次回路發(fā)生意外事故或者短路時(shí)，主回路電流值瞬時(shí)增大，大電流能快速地熔斷熔斷器，從而切斷一次回路，有效的保護(hù)電池組，進(jìn)一步防止故障擴(kuò)大造成次生故障。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域
基于比亞迪先進(jìn)的磷酸鐵鋰電池技術(shù)、電池管理技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和控制管理技術(shù)，可以提供滿足各種需求的大型電力能源存儲(chǔ)解決方案。
儲(chǔ)能的主要應(yīng)用見(jiàn)圖8，包括：①發(fā)電側(cè)，如平滑新能源輸出；②輸配電網(wǎng)側(cè)，如電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰；③配電側(cè)/用戶側(cè)，如削峰填谷、獨(dú)立供電。
平滑新能源輸出（發(fā)電側(cè)）?
面對(duì)能源供應(yīng)的需求量日益增加和環(huán)境污染，新能源如太陽(yáng)能作為一種清潔能源日漸受到世界各國(guó)的重視。
由于太陽(yáng)能具有間歇性和隨機(jī)性特點(diǎn)，其發(fā)電上網(wǎng)功率實(shí)時(shí)變化，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，通過(guò)控制儲(chǔ)能的充放電穩(wěn)定太陽(yáng)能輸出，減少棄光，維持上網(wǎng)功率在一個(gè)穩(wěn)定范圍內(nèi)，保證供電質(zhì)量。見(jiàn)圖9。
?電網(wǎng)調(diào)頻（輸配電網(wǎng)側(cè)）?
調(diào)頻可以分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 屬于二次調(diào)頻，和傳統(tǒng)能源調(diào)頻相比，具有無(wú)可比擬的 響應(yīng)速度和控制精準(zhǔn)度，其調(diào)頻效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn) 發(fā)電設(shè)備。
電池儲(chǔ)能可以成為優(yōu)質(zhì)調(diào)度資源，通過(guò)接受電網(wǎng)調(diào)度指令完成調(diào)頻任務(wù)。通過(guò)調(diào)頻將電網(wǎng)頻率波動(dòng)控制在允許的范圍內(nèi)，見(jiàn)圖10。
?削峰填谷（用戶側(cè)）
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力系統(tǒng)中發(fā)電與用電的供需平衡 重要性日趨突出，電力部門(mén)積極尋找各種方法保證電力 系統(tǒng)的安全可靠性。其中峰谷分時(shí)電價(jià)是一種較為普遍 方式，基于峰谷電價(jià)，通過(guò)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)能量搬移，同時(shí)獲 得節(jié)能收益。
節(jié)能效益＝峰期放電電量×峰期電價(jià)單價(jià)－谷期充 電電量×谷期電價(jià)單價(jià)－平期充電電量×平期電價(jià)單價(jià) ＋其他收益（如補(bǔ)貼）。加入儲(chǔ)能的負(fù)荷、儲(chǔ)能充放電 曲線見(jiàn)圖11
參考資料：比亞迪電力儲(chǔ)能設(shè)備與電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用現(xiàn)狀分析；作者：鄒德天，潘燕，吳貝科，常麗芳，武志剛 （比亞迪股份有限公司，廣東 深圳 518118）
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