新能源電動汽車充電樁的設計與實現

引言

在全球能源結構加速轉型、對清潔能源利用需求日益增長的當下，儲能技術已成為平衡能源供需、提升能源利用效率的要素。儲能集裝箱作為一種高度集成化的儲能解決方案，融合了先進的電池技術、的變流設備以及智能的能量管理系統，正逐漸嶄露頭角，在分布式能源系統、電網調峰調頻以及應急電源等眾多場景中擔當起關鍵角色。深入探究儲能集裝箱內部構造及能量管理系統集成，不僅有助于我們洞悉這一前沿技術的精妙之處，更能為其進一步優化升級、拓展應用邊界提供堅實的理論支撐與實踐指引。

一、儲能集裝箱內部構造

1.電池系統：這是儲能集裝箱的部分，通常由多個電池模組組成，常見的電池類型有鋰離子電池、鉛酸電池等。電池模組通過串并聯的方式連接，以滿足不同的電壓和容量需求。為了確保電池的安全和性能，電池系統還配備有電池管理系統（BMS），用于監測電池的電壓、電流、溫度等參數，進行充放電控制和均衡管理等。

2.變流器系統：主要包括雙向變流器（PCS），其作用是實現直流電能與交流電能的相互轉換。在充電時，將電網或其他電源的交流電轉換為直流電為電池充電；在放電時，將電池的直流電轉換為交流電供給負載或并入電網。變流器還具有功率調節、電能質量優化等功能，以確保輸出電能的穩定性和可靠性。

3.電氣設備：包括配電柜、變壓器、熔斷器、接觸器等。配電柜用于對電能進行分配和控制，實現對各個設備的供電和保護。變壓器用于調整電壓等級，以適應不同設備的電壓需求。熔斷器和接觸器等則用于電路的過載、短路保護和通斷控制。

4.熱管理系統：由于電池在充放電過程中會產生熱量，為了保證電池的性能和壽命，熱管理系統至關重要。它通常包括空調、散熱風扇、冷卻管道等設備，通過制冷或散熱的方式將電池和其他設備產生的熱量散發出去，維持集裝箱內部的溫度在合適的范圍內。

5.監控系統：用于實時監測儲能集裝箱內各個設備的運行狀態，包括電池的狀態、變流器的運行參數、電氣設備的工作情況等。監控系統可以通過傳感器采集數據，并將數據傳輸到上位機進行分析和處理，以便操作人員及時了解儲能集裝箱的運行狀況，發現問題并及時采取措施。

二、能量管理系統集成

1.能量控制策略：能量管理系統（EMS）根據電池的荷電狀態（SOC）、電網的需求、負載的情況等因素，制定合理的能量控制策略。例如，當電網負荷較低時，EMS 控制儲能系統進行充電，將多余的電能儲存起來；當電網負荷較高或出現停電等情況時，EMS 控制儲能系統放電，為電網或負載提供電能，實現削峰填谷、應急供電等功能。

2.多設備協同控制：EMS 需要實現對電池系統、變流器系統、熱管理系統等多個設備的協同控制。例如，在電池充電過程中，EMS 根據電池的溫度情況，控制熱管理系統啟動冷卻設備，確保電池在適宜的溫度下充電，同時根據電網的電壓和頻率等參數，調整變流器的輸出，保證充電過程的安全和。

3.通信與數據交互：EMS 通過通信網絡與儲能集裝箱內的各個設備進行數據交互，同時也與外部的電網調度、用戶等進行通信。它將采集到的設備運行數據上傳到電網調度，以便電網進行統一的調度和管理，同時接收電網調度的指令，根據指令調整儲能系統的運行狀態。此外，EMS 還可以與用戶的能量管理系統進行通信，實現用戶側的能量優化管理。

4.系統優化與故障診斷：EMS 通過對大量運行數據的分析，對儲能系統的性能進行評估和優化，例如優化電池的充放電策略，提高儲能系統的效率和壽命。同時，EMS 還具備故障診斷功能，能夠及時發現儲能系統中的故障，并進行報警和定位，幫助維護人員快速排除故障，提高系統的可靠性和穩定性。

三、應用場景

1.光伏發電系統：集裝箱可用于光伏發電系統的儲能環節，實現光伏發電與負載需求之間的平衡，提高光伏發電系統的經濟效益。

2.風力發電系統：儲能集裝箱可用于風力發電系統的儲能環節，降低風速波動對電網的影響，提高風電系統的穩定性。

3.電網輔助服務：儲能集裝箱可作為電網的輔助服務設備，參與調頻、調峰等任務，提高電網運行效率。

四、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統

1系統概述

安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

2系統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：

3系統功能

3.1實時監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

3.2設備監控

系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。

3.3曲線報表

系統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

3.4策略配置

滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

3.5實時報警

儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

3.6事件查詢統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

3.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。

3.8用戶權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.9安科瑞配套產品

五、結束語

儲能集裝箱內部構造復雜且各部分相互關聯，能量管理系統通過有效的集成和控制，實現了儲能系統的、安全運行，在智能電網、分布式能源等領域發揮著重要作用。

參考文獻

.       企業微電網設計與應用手冊2022.05版.