Page 16 - 电力与能源2021年第五期

5 0 8 秦晓维, 等: 提升安全性能的储能系统设计

多个电芯构成电池组, 再由多个电池组构成集装 电池监控单元综合各种传感数据, 判断处于紧急
箱, 再由多个集装箱构成储能子系统。 状况时, 可自行启动内部的消防装置。
2.1 单体无线式 BMS与电芯集成 Pack 串配置独立的 DC / DC 变流器: 一是保
目前的 BMS 为多级管 理 架 构, 各 级 管 理 架 护作用, 当串内发生短路或过流时, 可实施微秒级
构之间采用大量线缆连接, 经过各种不确定因素 短路保护; 二是该变流器接受集装箱电池监控单
的长期影响, 易导致线缆发生老化、 接触不良以及 元控制, 使本串电池按最佳状态运行, 并有效抑制
短路等故障, 给储能系统带来较大的安全隐患。 串间环流。
电芯需要测 量 的 一 次 参 数 有 电 压、 电 流、 温 在电池管理系统中, 最低一级为电芯 BMS ,
度, 其他 SOC 和 SOH 等参数为二次参数, 依据一 再到 Pack 电池监控单元、 Pack 串级、 集装箱级、
次参数计算得出, 可称为电芯 BMS 。这些参数测 系统级监控单元。每一级都有各自的功能, 并通
量后可通过无线方式传送并汇集到 Pack 电池监 过数据交换进行功能协同。
控单元。再由 Pack 电池监控单元与集装箱电池 每个 Pack 的壳体可采用防爆阻燃壳体, 即当
监控单元通过无线的方式进行数据交换, 进而汇 某一 Pack 异常时, 不至于波及临近的 Pack 。集
集到储能系统监控单元。后面通信级可采用无线 装箱一级设计有效的热交换通道, 将每个 Pack 产
或有线方式, 一般采用有线方式, 因和一次功率回 生的热量及时交换出去。消防主要由 Pack 内部
路物理上分离, 不会引起安全性问题。 的消防设施起作用, 集装箱一级主要是散热通道
电芯 BMS可在电芯生 产 时 集 成 装 配, 电 芯 不畅而引起温度上升, 甚至失控, 也需配置消防
BMS完全掌握电芯的相关参数, 使电芯 BMS 和 设备。
电芯达到完美的契合, 在电 芯串并联成组时, 单 2.3 应急快速响应和快速告警
体电 芯 BMS 与 Pack 电 池 监 控 单 元 实 现 精 准 储能电站中安装大量的传感器, 传感器应包
、
配组。 含检测温度、 压力、 CO 、 H 2 烟雾的功能, 利用应
2.2 电池 Pack及箱体设计 急快速响应系统进行数据传递, 传感器通过检测
电池的温度是否过高、 电池箱内压力是否过大以
Pack 内的 电芯按串联设计, 再与其 他 Pack
按工程需要串联到合适的电压等级, 并在每串安 及 CO 、 H 2 烟雾的浓度是否过高, 来判断电池是
、
装电流传感器。每串 Pack 配置一套 DC / DC 变 否发生热失控。如果发生, 则将上传至储能子系
流器, 多个 Pack 先串联再并联构成集装箱, 达到 统主控单元, 储能子系统主控单元判断故障等级,
合适的容量要求, 如图 3 所示。 决定是否直接启动消防设备以及选择 PCS 为停
机还是待机状态。
当故障发生后, 就会上传至储能子系统主控
单元, 储能子系统主控单元经过协调处理, 在判断
故障等级的同时迅速启动快速告警。将故障信息
推送至协调控制器和主站, 并在本地显示, 提醒工
作人员。如果是电池发生故障, 储能子系统主控
单元能智能地找到该故障电池的位置, 并启动物
理隔离装置和化学隔离设备, 将该故障电池进行
隔离, 防止故障电池的热蔓延, 如果不是电池方面
的故障, 系统将智能判断是否启动消防设备及隔
离设备。
图 3 箱体及电池 Pack内部图
2.4 基于 BMS主控的控制系统
每个 Pack 内配置压力传感器、 烟气传感器、
与传统的储能系统控制架构相比, 新型储能
消防装置。当有部分电芯发生形变而引起 Pack
子系统对外只与协调控制器进行数据交换, 内部
内压力变化, 可由压力传感器测得; 当有部分电芯
则由电池芯、 BMS 、 各类传感器、 PCS 和消防系统
产生气体或烟雾时, 由烟气传感器测得; 当 Pack
组成, 其中由 BMS 的第三级架构作为储能子系