比亚迪电力储能设备及应用现状分析

比亚迪储能系统简介

依托先进铁电池技术、大功率双向换流技术和电池管理技术组建的大型储能系统（energystoragesystem，ESS）解决方案，大规模储能系统可满足能源存储、调峰、调频等需求，有效平滑风能、太阳能等新能源发电出力波动，提高上网电能质量，保证电网安全。

因地制宜提供的集装箱式、站房式等不同类型的储能解决方案，可满足客户不同的应用需求。实地安装实例见图2和图3。

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1 比亚迪换流设备技术

模块化换流器（powerconversionsystem，PCS），效果图和系统构成见图4和图5。

该PCS采用最先进的三电平逆变技术和模块化结构设计，主要用于储能系统的能量转换及调功调频功能，并具有转换效率高、输出谐波含有率低、允许工作环境温度范围大、设计紧凑、易于维护等优点。

人性化的触摸屏操作界面，方便就地操作和信息查询。可利用远程监控系统进行检查及修改系统设置，维修响应速度快。

PCS的具体特点如下：

1）直流主回路。直流主回路主要由直流断路器、预充电路、泄放电路、直流EMI滤波器，主要是实现电池输入的通断控制、浪涌电流抑制、过流保护、电磁兼容滤波等功能。

2）DC/AC。DC/AC部分是PCS功率变换的关键部分，主要由直流电容、IGBT、及IGBT驱动和保护模块组成，通过IGBT的高频开通、关断实现交流和直流转换和能量的双向流动。

3）正弦滤波器。正弦滤波器主要是将DC/AC输出的高频方波电压中的高频谐波滤除，转换为谐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断路器、交流接触器、交流预充电路、交流EMC滤波器组成，主要是实现与交流电网或负载的通断控制和过流、短路保护、EMC滤波。

5）信号采集。信号采集部分主要实现了对直流侧电压、电流，交流侧电压、电流信号的高精度检测，信号处理功能以及故障信号的检测功能。

6）控制部分。控制部分是PCS的核心部分。采用TI高性能工业级数字信号处理器TMS320F28335作为核心处理器，该处理器支持32位浮点运算、具有150M的高速处理能力，专用高精度PWM输出，16路12位A/D采样。

7）HMI部分。监控显示部分采用7英寸高分辨率LCD液晶触摸屏作为人机接口，提供了友好的人机交互界面，完美实现PCS就地控制功能。

2 比亚迪电池管理系统

电池管理系统（BMS）包括3层结构：

①电池组管理模块（BMU）；

②电池串管理模块（BECU）；

③储能电池单元管理模块（BSMU）。

BMS能够实现电池状态监视、运行控制、绝缘监测、均衡管理、保护报警及通信功能等，通过对电池的状态的实时检测，保证系统的正常稳定安全运行；

监测电池的一致性，通过均衡对电池进行维护，保证电池系统的使用效率及寿命。结构示意见图6。

电池管理系统的主要功能包括：①充放电管理功能；②保护功能；③监测功能；④报警功能；⑤自诊断功能；⑥本地运行状态显示功能；⑦统计存储功能；⑧安全管理功能；⑨故障诊断功能；⑩热管理功能；k通信功能。

BMS停机控制策略

1）一般停机控制策略。系统运行过程中，电池状态达到设定限值如电压限值或SOC限值等，则储能电池单元系统自动进入待机状态。

2）紧急停机控制策略。若系统当前故障（如烟雾报警等）会造成火灾、触电等安全事故，此时BMS会立即将故障信息反馈到就地监测系统，控制PCS停止系统运行，若规定时间内PCS无响应，则电池管理系统自行控制系统停止储能电池单元运行，以确保系统运行的安全性。

 BMS在线被动均衡

单体电池在批量生产过程中，由于原料及生产工艺的自然波动，单体电池的容量、内阻、电压及自放电率均会有一定的偏差，同时在使用过程中随着充放电循环次数增加及存储时间、温度等影响，单体电池容量衰减也会出现不一致，导致在同一电池串内的单体电池出现不一致，降低了整个储能电池单元的容量利用率。

因此，需对电池进行均衡，提高电池的一致性。电池均衡装置由BMU执行放电均衡，放电均衡电路是将放电电阻通过电池选通开关与电池单体并联，通过对电池单体进行放电实现电池放电均衡。

3.比亚迪磷酸铁锂电池

比亚迪储能系统采用的磷酸铁锂电池，可满足兆瓦级功率输出需求，该电池已经成功应用于比亚迪纯电动汽车e6、K9等。

电池安全性

磷酸铁锂电池采用特殊防爆阀与盖板激光焊接技术，防爆阀启动压力稳定。根据各种安全测试电池内压测试数据，设定合理的启动压力，保证了单体电池在各种极限情况下（如针刺、撞击、短路、过充/放、火烧、加压等）不爆炸，具体见图7。

电池串安全

磷酸铁锂电池串主回路设计采用了多重保护方法，具体如下所述：

1）负荷隔离开关。主要用于实现电池串的隔离。

2）主接触器。在BMS的控制下，实现电池串的自动并网、离网、故障隔离及故障后恢复并网功能；电池系统处于运行过程中，当BMS检测到故障信号时，机组发出告警信息，同时控制接触器的关断，系统停止运行。

3）直流熔断体。采用直流超快速熔熔断体，当电池组一次回路发生意外事故或者短路时，主回路电流值瞬时增大，大电流能快速地熔断熔断器，从而切断一次回路，有效的保护电池组，进一步防止故障扩大造成次生故障。

储能系统的应用领域

基于比亚迪先进的磷酸铁锂电池技术、电池管理技术、能量转换技术和控制管理技术，可以提供满足各种需求的大型电力能源存储解决方案。

储能的主要应用见图8，包括：①发电侧，如平滑新能源输出；②输配电网侧，如电网调频、调峰；③配电侧/用户侧，如削峰填谷、独立供电。

平滑新能源输出（发电侧） 

面对能源供应的需求量日益增加和环境污染，新能源如太阳能作为一种清洁能源日渐受到世界各国的重视。

由于太阳能具有间歇性和随机性特点，其发电上网功率实时变化，对电网稳定性产生一定影响，通过控制储能的充放电稳定太阳能输出，减少弃光，维持上网功率在一个稳定范围内，保证供电质量。见图9。

 电网调频（输配电网侧） 

调频可以分为一次调频和二次调频。电池储能系统 属于二次调频，和传统能源调频相比，具有无可比拟的 响应速度和控制精准度，其调频效果远远超过传统旋转 发电设备。

电池储能可以成为优质调度资源，通过接受电网调度指令完成调频任务。通过调频将电网频率波动控制在允许的范围内，见图10。

 削峰填谷（用户侧）

随着经济发展，电力系统中发电与用电的供需平衡 重要性日趋突出，电力部门积极寻找各种方法保证电力 系统的安全可靠性。其中峰谷分时电价是一种较为普遍 方式，基于峰谷电价，通过储能实现能量搬移，同时获 得节能收益。

节能效益＝峰期放电电量×峰期电价单价－谷期充 电电量×谷期电价单价－平期充电电量×平期电价单价 ＋其他收益（如补贴）。加入储能的负荷、储能充放电 曲线见图11

参考资料：比亚迪电力储能设备与电动汽车应用现状分析；作者：邹德天，潘燕，吴贝科，常丽芳，武志刚 （比亚迪股份有限公司，广东 深圳 518118）

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原文始发于微信公众号（艾邦储能与充电）：比亚迪电力储能设备及应用现状分析