技术背景  

　　大规模储电技术是智能电网、新能源发电及并网、电力负荷移峰填谷的关键技术。锂离子电池由于其具有能量密度高、自放电率低、放电电压平稳、循环寿命长等优点在多个领域得到了广泛的应用，在大规模储电系统中的应用锂电池将成为技术发展的必然趋势。如何确保锂离子储能系统（Battery Energy Storage System, BESS）的高效、安全应用，必须对系统的各个组成部分进行集成和优化，并加以合理有效的管理和控制。

　　技术原理 

　　大规模储电电池体系的直流母线电压通常在300V~900V，需要由上百个单体电池串并联组成，通常将单体电池先制作成标准的电池模块，然后多个模块串联扩展至所需的额定电压。

　　图1 储能电站结构示意图

　　通过对BESS系统的电池管理技术及系统集成技术进行研发，可以提高电池体系的安全性、可靠性及使用寿命，推动大规模储电的推广应用。关键技术包括：（1）先进的电池管理技术；（2）温度监控及管理技术；（3）健康状态（SOH）监测技术；（4）系统集成技术。

　　技术优势

　　1.采用先进的电池管理技术，实现电池系统的高效运行。

　　开发标准模块化电池管理系统，底层电池管理单元BMU监控12个串联电芯的电压、温度、内阻等信号，并实现电池模块内电芯的状态监控、数据采集、均衡控制、荷电状态（SOC）估算、电池健康状态（SOH）估算和热管理控制。通过滤波电路和软件算法等，提高系统精度。上层集中管理单元CMU集中处理每个BMU上传的电池状态信息，实现与上位机的通讯功能。采用相应的抗干扰技术和CAN总线通讯，提高系统的抗干扰能力。

　　2．对电池体系的温度进行管理，保障储电系统的安全运行。

　　通过结构优化设计和有效的运行管理，保证了整个系统的安全、稳定、高效和长寿命运行。在结构上，根据单体电池的热特性进行散热结构最优设计，进行流场和温度场仿真计算，获得最佳散热结构。在此结构下，采取强制对流换热方式，每个单体电池均与冷却空气接触，从而每个单体电池产生的热量都能迅速散发，使每个电池均能在最佳工作温度范围内且温度场均匀。在系统运行过程中，实时监控每个电池的温度，准确地对电池的运行状况和散热效果做出判断和分析，在特定电池出现故障时及时更换。

　　3.具有电池健康状态（SOH）检测功能，实现电池失效预警提醒。

　　采用交流法检测电池内阻，对电池注入一个幅值稳定的低频交流电流信号，测量电池低频电压、低频电流计算电池内阻，为电池荷电状态估算和电池健康状态监测提供准确数据，为预警提供决策依据。

　　4.采用功能完善的统监控平台管理软件，实现储能系统的稳定运行。

　　监控平台集成系统参数设置、电池状态数据显示、失效预警显示、历史数据查询等功能，综合处理串联电池组中电池单体的状态信息、BMU和CMU的控制信息、电池组与外围设备的状态和控制信息等。软件流程清晰、容易理解、维护简单、稳定性高。监控平台具有失效预警功能。根据SOC衰减速率、内阻变化速率等指标与SOH的关系，为电池性能的预警监控提供决策依据。监控平台记录电芯的状态信息，定时对数据进行处理，当某个电芯性能逐渐失效，监控平台会发出预警信号，提醒用户需要更换的电池的序号和位置。

　　主要案例

　　1. 海岛示范工程：独立能源系统

　　珠海担杆岛独立能源发电系统(运行中)

　　风 能：90KW

　　太阳能：5KW

　　蓄电池：440kwh

　　柴油发电机作为后备电源

　　                     图2 蓄电池室                      图3 主控室

　  珠海大万山岛新能源独立电网示范工程（在建）

　　太阳能：1000kW

　　波浪能：300kW

　　风 能：200kW

　　蓄电池：1000kwh

　　柴油发电机：600kW作为后备电源

　　                         图4 电池监控界面          图5 参数设置界面

　　                         图6 告警界面              图7 数据查询界面

　　2. 示范工程：园区微电网储能系统

　　佛山三水育成中心微网系统（调试中）

　　风 能：30kW

　　太阳能：20kW

　　蓄电池：100kwh

　　柴油发电机：100kW 作为后备电源

　　　　　图8 屋顶光伏系统　　　　　 图9 园区风力发电系统 　　　　　图10 双向变流器

　　联系方式：中国科学院广州能源研究所储能技术实验室

　　宋文吉 13760621475，020-87059478

　　邮箱：[email protected]