Page 12 - 电力与能源2021年第五期

第 42 卷第 5 期
电力与能源
5 0 4 2021 年 10 月

DOI : 10.11973 / dl y n y 202105002

提升安全性能的储能系统设计

秦晓维 , 杜海江 , 李明明 , 姜崇鹏 , 张朋辉 2
1
2
2
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( 1. 中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100089 ; 2. 烟台创为新能源科技股份有限公司, 山东 烟台 264000 )
摘 要: 储能系统通常包括电芯、 电池管理系统( BMS ) 及附属传感器、 储能变流器( PCS )、 协调控制器( EMS )
以及储能消防设备等, 在推进每个部件安全可靠前提下, 如何形成一个安全的系统需要研究。对影响储能系
统安全的各方面研究进展进行了综述, 并对电芯的组成方式、 PCS的拓扑结构、 BMS的通信、 储能子系统的协
调控制框架以及电池 Pack的集成和隔离设计给出了提升安全性能的相关思路和建议, 特别对协调控制框架
给出有效的解决方案, 可供业界参考。
关键词: 储能子系统; 储能安全; 协调控制框架
作者简介: 秦晓维( 1997 —), 男, 硕士研究生, 研究方向为储能安全。
中图分类号: TM912 文献标志码: A 文章编号: 2095-1256 ( 2021 ) 05-0504-07
Ener gy Stora g eS y stemDesi g nforSafet yPerformanceIm p rovement

1 1 , 2 , 2 , 2
QIN Xiaowei , DU Hai j ian g LIMin g min g JIANGChon gp en g ZHANGPen g hui
( 1.Colle g eofInformation & ElectricalEn g ineerin g , ChinaA g riculturalUniversit y , Bei j in g100089 , China ;
2.Taicuan g weiNewEner gyTechnolo gyCo. , Ltd. , Yantai264000 , Shandon gProvince , China )

Abstract : Ener gy stora g es y stemusuall y includesbatter ycell , batter ymana g ements y stem ( BMS ) andatta-
chedsensors , ener gy stora g econverter ( PCS ), coordinationcontroller ( EMS ) andener gy stora g efirep rotec-
tione q ui p ment , etc.Underthe p remiseof p romotin g thesafet y andreliabilit y ofeachcom p onent , howtoform
asafes y stemneedstobestudied.Thisp a p erreviewstheresearchp ro g ressofener gystora g es y stemsafet y
andtheideasandsu gg estionsarep resentedforim p rovin gthesafet yp erformanceofthebatter ycellg rou p
mode , theto p olo gyofPCS , thecommunicationofBMS , thecoordinatedcontrolframeworkofener gy stora g e
subs y stem , andtheinte g rationandisolationdesi g nofbatter yPack.Inp articular , theeffectivesolutiontothe
coordinatedcontrolframeworkisp rovidedforthereferenceoftheindustr y .
Ke ywords : ener gy stora g esubs y stem , ener gy stora g esafet y , coordinatedcontrolframework

为响应中国 2030 年碳达峰战略, 推进节能减 电池只能放电, 不能充电, 严格说不是二次电池。
排, 促进大气污染治理, 有必要将充电站建设纳入 锂离子电池的寿命长、 可靠性高、 耐高温、 容量大,
规划之中 [ 1 ] , 同时在电力 系 统 中 还 具 有 调 峰、 调 但导电性能差。近年来, 国内已运行的储能装置
频、 提高系统稳定性和优化电能质量的作用 [ 2 ] 。 中, 锂离子电池占比高达 80% , 并呈逐年递增的
储能系统广泛应用于大容量场合, 对电力系 态势。
统的调压、 调频等具有重要作用, 而储能系统安全 电化学储能应用场景可分为 小 型 用 电 工 具
事故频发, 储能安全成为重要课题。电化学储能 ( 能量在 0.5kWh 以内, 笔记本、 剃须刀、 手机、 电
类型可分为铅酸电池、 锂离子电池、 钠硫电池、 钒 动工具等)、 中等容量静止储能( 能量 在 10kWh
液流电池等。铅酸电池性能可靠、 价格低, 但能量 以内, 通信铁塔、 变电站直流系统等)、 中等容量移
密度和功率密度均较低; 钠硫电池具有原料成本 动储能( 能量在 10kWh 以内, 电动自行车、 电动
低、 充放电效率高、 存储寿命长等优势, 但需要附 三轮车、 车启动电池)、 大容量静止储能( 10kWh
加供热和保温装置。钒液流电池寿命长、 可深度 以上, 光伏电站储能、 户用光储、 风电场储能、 商业
放电、 电解质溶液可反复再生, 却存在体积大、 比 储能电站、 电网储能电站)、 大容量移动储能 ( 10
能量低、 密封性不好等问题。钠硫电池和钒液流 kWh 以上, 电动汽车、 电动农机) 等。