锂电储能系统集成技术分析

锂电储能系统集成技术分析

朱万勇

浙江青禾新能源有限公司  310011

摘要：锂电集成储能系统是在现代电力行业快速发展背景下所应用到的主要储能系统，通过对储能电池、PCS等结构展开优化配置，从而确保能量与信息等快速加以流动。本文基于此，对锂电储能系统集成技术加以分析，分别从电池管理系统以及PCS设备的角度，对其技术应用现状以及发展趋势加以阐述，以期为锂电储能系统的优化设计提供参考。

关键词：锂电储能系统；集成技术；电化学储能

引言：对于现代储能系统的应用来讲，利用电化学储能集成技术具有重要价值，基于应用角度上来讲，通过对电池以及PCS等设备展开集成处理，将其集成为统一单元，统一接受上层能量调度管理，则能够形成更加便捷且高效的能量调配效果。同时结合锂电储能研发角度来讲，通过储能系统集成技术能够直接衔接应用与设备，降低锂电储能系统的应用成本。

1 电池管理系统与其发展趋势

1.1基本构成

锂电储能系统中的电池管理系统通常与电池成组方式相互协调，应用分层拓扑的方式加以构建，其中包含电池簇、电池列阵、电池模块等系统结构，当前均按照三层构架方式加以设计。电池管理系统主要负责对电池的总电压、单体电压、电池温度以及电流等进行监测，同时也可对电阻绝缘性能进行检验，并诊断当前电池系统是否存在故障问题，若发现异常数据及时加以告警并展开故障保护，实时动态化记录故障数据。通过电池管理系统能够在电池运行过程中起到一定的保护作用，全面规避可能发生的过放电、过流或过温等问题。同时与PCS设备等相互连接，及时进行交互监控通讯，确保锂电储能系统始终处于安全运行状态[1]。

1.2均衡技术

以主动均衡技术构成的储能系统，弥补电池组之间差异，形成一致性状态。超过6串的单体电池均具有一双向DC/DC通道，具有较高的均衡效率，通常情况下可产生±0.5～5A之间的电流，若对单体电池进行定制，则一般最大产品的均衡电流参数控制在±10A左右。均衡开关一般取决于多种不同的影响因素，包括电池模型的类型、工况差异以及电池运行阶段等，在综合多种影响因素之后，基于电池一致性的要求展开均衡开关处理。通过这样的均衡技术对电池组的一致性起到有效地改善作用，并促使锂电池充放电时间更长，有效延长电池使用寿命。相较于被动均衡技术来讲，主动均衡技术无需考虑散热问题，在技术不断创新研发的背景下市场上常见使用电感均衡、电容同时均衡以及变压器式均衡等多种不同类型的均衡技术。

1.3 发展趋势

跟随锂电储能集成技术的快速发展，在此背景下的电池集成系统化构架逐渐形成了多层级的数字化孪生模型，基于宏观以及微观的深层开发，建立在大数据分析以及挖掘算法的基础上展开进一步的学习，逐步创建了更加前沿的储能系统数据平台。在此类平台上，通过构建终端－边缘极端以及云端管理创新的构架，满足对储能系统的更高效率电气自动化控制需求。基于云管边端的解决方案，结合机器学习、5G通信等技术，在充分结合边缘计算的业务基础上，可协同处理多层级下的不同资源，促使锂电储能系统的集成技术展现出更加立体化的边缘计算效果。

在这样的新型电池管理系统控制构架下，创建可视化、中心业务化、边缘编排以及终端数据采集等功能组件。通过这样的控制架构，从原有的本地计算能力以及海量数据储存方式向云端加以转换，并应用数据驱动的知识聚合以及融合计算技术，打造更加前沿的技术应用成果。不仅能够全景感知锂电储能系统在运行过程中的环境、负荷等，满足多站点之间的快速协同管理，实现协同控制决策。同时也能够通过测试数据的云端储存方式，打造更加全面且覆盖面更广的虚拟数字测试平台，在锂电储存系统的运行过程中实现全场景的覆盖，形成精细化的功能，为智能锂电储能系统的构建奠定基础。

2 PCS设备与其发展趋势

2.1基本结构

PSC设备为锂电储能系统中的变流器，也叫做双向储能逆变器，其能够直接连接储能系统或电网，进而可转换双向电流。在储能变流器中包含控制单元、保护软件、控制软件、交直流双向变流器等众多构件，根据电网的电路拓扑以及变压器配置方式，一般可将其分为两种不同类型，包括高压直挂型以及工频升压型[2]。而在工频升压型的储能变流器中，基于级数的差异性，也可以按照双极以及单级拓扑结构的方式加以分类，单级工频升压储能变流器其具有更高的工作效率，并且结构更加简单，但是相应地，相较于双极储能变流器而言，其储能容量相对较小且在选择电压时较为固定，若在运行过程中出现直流侧短路故障，可能会冲击电池组，造成较大危害。

细化单级储能变流器，可按照电压的输入类别划分为两电平、三电平等众多不同类型，电平数越多，具有更好的电能输出质量。双极工频升压储能变流器则是通过在电池接入端增加双向DC/DC变换器，促使储能系统具有更大的容量且在选择电压时的灵活性更佳，便于独立控制多组电池。但是双极储能变流器在运行过程中的控制复杂程度相对较高，且效率较低，成本高。由于变换器结构的差异性，也促使双极储能变流器形成了两种类型，分为隔离型以及非隔离型。

2.2技术发展趋势

锂电储能系统在我国当前追求更高能源保障性表现的背景下广受热议，为了促使其具有更加良好的储能效果，在近年来的研究过程中，也对电化学储能系统的变流器关键技术展开了更加深入的研究。早期用于储能的电池其多具有27Ah~52Ah之间的容量，并配合集中式储能变流器，具有500kW左右的单机功率，直流电压一般处于500kW-1000V等级，多在室内加以安装，具有较低的安全防护等级。而在初步扩大储能系统容量的背景下，当达到280Ah~300Ah左右的主流电容量时，则相对应的储能变流器也显著提升了其技术功率。

在这一阶段中仍旧以集中式储能变流器为主加以应用，但相应地提升了其单机功率，最高可达到3.45MW左右，并具有1500V左右的直流电压，可在户外直接加以安装，具有IP65以上的安全等级。当前阶段跟随锂电储能系统的快速发展，对于PCS设备的研究逐渐转变为1500V+以上的冷液电池系统集成技术。为便于精细化管理电池系统，更是在相关研究中提出了有关PSC+DC/DC方案以及PSC组串式的系统应用方案，同时在当前行业研究过程中也提出了将电力电子优化方案增设于电池簇内部的方案，但众多研究项目在实际实施过程中的主要难点是基于成本以及性能之间的平衡需求。

结束语：支撑电力系统的创新发展，需要建立在电化学储能系统的基础上，以锂电储能系统为代表的集成技术在不断发展过程中融合多专业，具有更快的更新迭代速度，在持续发展过程中，有关电池管理系统以及PSC设备等均呈现出不同程度的优化，且在今后的发展中也将会侧重于降低成本、提高效率以及加强应用安全性等角度加以研发。

参考文献：

[1]王曦,凌黎明,杨俊峰,等.锂电储能系统集成技术现状及发展趋势[J].世界有色金属,2023,(06):1-4.

[2]杨俊峰,余跃,于娟.我国锂电储能产业发展趋势与对策建议[J].有色冶金节能,2022,38(02):28-30.