淺聊智慧儲能柜的構造
瀏覽次數：202更新時間：2024-10-09
摘要： 隨著能源需求的不斷增長和可再生能源的廣泛應用，智慧儲能柜作為一種高效、可靠的儲能設備，正逐漸受到人們的關注。本文詳細介紹了智慧儲能柜的構造，包括電池系統、電池管理系統、電氣系統、散熱系統、安全防護系統以及智能控制系統等方面，分析了各部分的功能和作用，旨在為智慧儲能柜的設計、生產和應用提供參考。
一、引言
在全球能源轉型的大背景下，可再生能源如太陽能、風能等的間歇性和不穩定性給電網的穩定運行帶來了挑戰。智慧儲能柜作為一種新型的儲能設備，能夠有效地解決可再生能源的間歇性問題，提高能源利用效率，保障電網的穩定運行。同時，智慧儲能柜還具有智能化、高效化、安全可靠等優點，能夠滿足不同用戶的需求。因此，深入了解智慧儲能柜的構造，對于推動儲能技術的發展和應用具有重要意義。
二、智慧儲能柜的基本組成
智慧儲能柜主要由電池系統、電池管理系統、電氣系統、散熱系統、安全防護系統以及智能控制系統等部分組成。
（一）電池系統
電池系統是智慧儲能柜的核心部分，其主要功能是儲存電能。目前，常用的電池類型有鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池等。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、自放電率低等優點，是目前智慧儲能柜中常應用的電池類型。
電池系統通常由多個電池單體組成，通過串聯和并聯的方式連接在一起，以滿足不同的電壓和容量需求。為了提高電池系統的性能和安全性，還需要配備電池保護板、電池均衡器等輔助設備。
（二）電池管理系統
電池管理系統（BMS）是智慧儲能柜的重要組成部分，其主要功能是對電池系統進行監測、管理和保護。BMS 可以實時監測電池的電壓、電流、溫度等參數，根據這些參數對電池進行充放電管理，防止電池過充、過放、過流、過熱等情況的發生。同時，BMS 還可以對電池進行均衡管理，提高電池的一致性和使用壽命。
BMS 通常由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括傳感器、控制器、通信模塊等，軟件部分包括算法、控制策略等。BMS 的性能直接影響著智慧儲能柜的安全性、可靠性和使用壽命。
（三）電氣系統
電氣系統是智慧儲能柜的重要組成部分，其主要功能是實現電池系統與外部電網或負載的連接和能量轉換。電氣系統通常包括逆變器、充電器、斷路器、接觸器等設備。
逆變器是智慧儲能柜的核心設備之一，其主要功能是將電池系統的直流電轉換為交流電，以滿足外部負載的需求。充電器的主要功能是將外部電網的交流電轉換為直流電，對電池系統進行充電。斷路器和接觸器的主要功能是在電路發生故障時，及時切斷電路，保護設備和人員的安全。
（四）散熱系統
散熱系統是智慧儲能柜的重要組成部分，其主要功能是對電池系統和電氣系統進行散熱，保證設備的正常運行。散熱系統通常采用風冷或液冷的方式，通過風扇、散熱器、冷卻液等設備將熱量散發出去。
在設計散熱系統時，需要考慮散熱效率、噪音、可靠性等因素。同時，還需要根據智慧儲能柜的使用環境和工作條件，選擇合適的散熱方式和散熱設備。
（五）安全防護系統
安全防護系統是智慧儲能柜的重要組成部分，其主要功能是對設備和人員進行安全保護。安全防護系統通常包括過壓保護、過流保護、過熱保護、短路保護、接地保護等設備。
在設計安全防護系統時，需要考慮設備的安全性、可靠性和穩定性。同時，還需要根據智慧儲能柜的使用環境和工作條件，選擇合適的安全防護設備和措施。
（六）智能控制系統
智能控制系統是智慧儲能柜的核心部分，其主要功能是對設備進行智能化控制和管理。智能控制系統通常采用先進的傳感器技術、通信技術、控制技術等，實現對設備的遠程監控、故障診斷、自動控制等功能。
智能控制系統可以根據用戶的需求和電網的情況，自動調整設備的運行狀態，實現智能化管理和優化運行。同時，智能控制系統還可以與其他設備進行聯動控制，提高系統的整體性能和效率。
三、各部分構造的詳細分析
（一）電池系統構造
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電池單體
電池單體是電池系統的基本組成單位，通常由正極、負極、電解質、隔膜等部分組成。正極材料通常采用鋰鈷氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物等，負極材料通常采用石墨、硅等。電解質通常采用有機溶劑和鋰鹽組成的液體電解質或固體電解質。隔膜通常采用聚乙烯、聚丙烯等材料制成，其主要作用是防止正負極短路。
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電池模組
電池模組是由多個電池單體通過串聯和并聯的方式連接在一起組成的。電池模組通常采用金屬外殼或塑料外殼進行封裝，以保護電池單體和提高電池模組的安全性。電池模組內部還配備有電池保護板、電池均衡器等輔助設備，以提高電池模組的性能和安全性。
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電池包
電池包是由多個電池模組通過串聯和并聯的方式連接在一起組成的。電池包通常采用金屬外殼或塑料外殼進行封裝，以保護電池模組和提高電池包的安全性。電池包內部還配備有電池管理系統、散熱系統、安全防護系統等輔助設備，以提高電池包的性能和安全性。
（二）電池管理系統構造
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傳感器
傳感器是電池管理系統的重要組成部分，其主要功能是實時監測電池的電壓、電流、溫度等參數。常用的傳感器有電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器等。
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控制器
控制器是電池管理系統的核心部分，其主要功能是根據傳感器采集的參數對電池進行充放電管理、均衡管理、故障診斷等。控制器通常采用微處理器、單片機等芯片進行設計，具有高性能、低功耗、可靠性高等優點。
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通信模塊
通信模塊是電池管理系統的重要組成部分，其主要功能是實現電池管理系統與外部設備的通信。常用的通信方式有 CAN 總線通信、RS485 通信、以太網通信等。通信模塊可以將電池管理系統采集的參數實時傳輸到外部設備，如監控系統、上位機等，以便對電池進行遠程監控和管理。
（三）電氣系統構造
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逆變器
逆變器是電氣系統的核心設備之一，其主要功能是將電池系統的直流電轉換為交流電，以滿足外部負載的需求。逆變器通常采用橋式逆變電路進行設計，具有高效率、高可靠性、低諧波等優點。逆變器還配備有過壓保護、過流保護、過熱保護等安全保護設備，以保證設備的安全運行。
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充電器
充電器是電氣系統的重要組成部分，其主要功能是將外部電網的交流電轉換為直流電，對電池系統進行充電。充電器通常采用開關電源技術進行設計，具有高效率、高可靠性、體積小等優點。充電器還配備有過壓保護、過流保護、過熱保護等安全保護設備，以保證設備的安全運行。
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斷路器、接觸器
斷路器和接觸器是電氣系統的重要組成部分，其主要功能是在電路發生故障時，及時切斷電路，保護設備和人員的安全。斷路器通常采用空氣斷路器、塑殼斷路器等，接觸器通常采用交流接觸器、直流接觸器等。
（四）散熱系統構造
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風冷散熱系統
風冷散熱系統是一種常用的散熱方式，其主要由風扇、散熱器等組成。風扇通過強制對流的方式將空氣吹過散熱器，將熱量散發出去。風冷散熱系統具有結構簡單、成本低、維護方便等優點，但散熱效率相對較低，噪音較大。
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液冷散熱系統
液冷散熱系統是一種高效的散熱方式，其主要由冷卻液、泵、散熱器等組成。冷卻液在泵的作用下循環流動，通過散熱器將熱量散發出去。液冷散熱系統具有散熱效率高、噪音低、可靠性高等優點，但結構復雜、成本較高、維護難度較大。
（五）安全防護系統構造
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過壓保護
過壓保護是安全防護系統的重要組成部分，其主要功能是在電池系統的電壓超過設定值時，及時切斷電路，防止電池過充。過壓保護通常采用電壓比較器、繼電器等設備進行設計。
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過流保護
過流保護是安全防護系統的重要組成部分，其主要功能是在電池系統的電流超過設定值時，及時切斷電路，防止電池過放、短路等情況的發生。過流保護通常采用電流傳感器、繼電器等設備進行設計。
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過熱保護
過熱保護是安全防護系統的重要組成部分，其主要功能是在電池系統的溫度超過設定值時，及時切斷電路，防止電池過熱。過熱保護通常采用溫度傳感器、繼電器等設備進行設計。
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短路保護
短路保護是安全防護系統的重要組成部分，其主要功能是在電路發生短路時，及時切斷電路，防止設備損壞和人員傷亡。短路保護通常采用熔斷器、斷路器等設備進行設計。
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接地保護
接地保護是安全防護系統的重要組成部分，其主要功能是在設備發生漏電時，及時將漏電電流引入大地，防止人員觸電。接地保護通常采用接地電阻、漏電保護器等設備進行設計。
（六）智能控制系統構造
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傳感器
智能控制系統通常配備有多種傳感器，如電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等，以實時監測設備的運行狀態和環境參數。
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控制器
控制器是智能控制系統的核心部分，其主要功能是根據傳感器采集的參數對設備進行智能化控制和管理。控制器通常采用微處理器、單片機等芯片進行設計，具有高性能、低功耗、可靠性高等優點。
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通信模塊
通信模塊是智能控制系統的重要組成部分，其主要功能是實現智能控制系統與外部設備的通信。常用的通信方式有 CAN 總線通信、RS485 通信、以太網通信等。通信模塊可以將智能控制系統采集的參數實時傳輸到外部設備，如監控系統、上位機等，以便對設備進行遠程監控和管理。
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人機界面
人機界面是智能控制系統的重要組成部分，其主要功能是實現用戶與設備的交互。人機界面通常采用觸摸屏、顯示屏等設備進行設計，具有操作簡單、直觀方便等優點。
四、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統
（一）系統概述
安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
（二）系統結構
Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。
（三）系統功能
1.實時監測
系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。
2.設備監控
系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。
PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。
BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。
空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。
UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。
3.曲線報表
系統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。
4.策略配置
滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
5.實時報警
儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。
6.事件查詢統計
儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
7.遙控操作
可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。
8.用戶權限管理
儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
9.安科瑞配套產品
五、結論
智慧儲能柜作為一種新型的儲能設備，具有高效儲能、智能化管理、安全可靠、靈活應用等優點，能夠有效地解決可再生能源的間歇性問題，提高能源利用效率，保障電網的穩定運行。本文詳細介紹了智慧儲能柜的構造，包括電池系統、電池管理系統、電氣系統、散熱系統、安全防護系統以及智能控制系統等方面，分析了各部分的功能和作用。同時，本文還分析了智慧儲能柜構造的優勢與挑戰，為智慧儲能柜的設計、生產和應用提供了參考。隨著技術的不斷進步和成本的不斷降低，智慧儲能柜將會在未來的能源領域中發揮越來越重要的作用。
參考文獻
[1]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
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