摘要：本文著重介紹了一種智能電池艙信息傳輸方式，包括針對高壓儲能系統(tǒng)中每個電池艙的BMS、PCS、視頻信息可靠 地傳輸?shù)胶笈_主控，以確保后臺能對電池艙中的信息作出快速有效的判斷和處理，并確保儲能系統(tǒng)電池模組能達(dá) 到高效利用的狀態(tài)。本方案可給客戶帶來可觀的經(jīng)濟效益和使用便利，使高壓儲能系統(tǒng)中大量的信息有效快速地 傳遞到用戶后臺，交流側(cè)的電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、頻率、柜內(nèi)溫度、運行狀態(tài)、報警及故障信息 等狀態(tài)可靠地傳輸?shù)娇刂剖液秃笈_主控，以確保后臺能對電池艙中的信息作出快速有效的判斷和處理。

1 引言

    當(dāng)今儲能鼓勵利用不間斷電源、電動汽車、用戶側(cè)儲 能等分散式儲能設(shè)施，依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū) 塊鏈等技術(shù)，結(jié)合體制機制綜合創(chuàng)新，探索智慧能源、虛擬 電廠等多種商業(yè)模式。儲能是一種新興行業(yè)，以迅猛的發(fā)展 態(tài)勢占據(jù)市場的一席空間。
    儲能系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中包含電池儲能技術(shù)、 電池管理系統(tǒng)(以下簡稱BMS)、雙向功率變換設(shè)備（以下簡 稱PCS）、能量管理系統(tǒng) (以下簡稱EMS)還有消防、空調(diào)、 視頻監(jiān)控等控制系統(tǒng)為核心主設(shè)備。其中電池儲能技術(shù)，是 由單體電池電芯通過串并聯(lián)形式集成封裝PACK，再由多個 PACK串聯(lián)行成單簇電池，然后再由多簇PACK并聯(lián)行成一個 大的儲能電池艙。單單一個儲能系統(tǒng)就包含了成千上萬個電 芯、數(shù)百個PCS單元，40-60個視頻監(jiān)控系統(tǒng)。如何將BMS 采集到的電芯電壓、電流、平均溫度、均衡狀態(tài)、故障等信 息、PCS和電網(wǎng)側(cè)的信息以及視頻監(jiān)控信息及時有效的傳到 用戶后臺是關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 項目概要

     本設(shè)計機型為35kV-100MW200MWh高壓液冷儲能 系統(tǒng)， 由4個方陣儲能系統(tǒng)組成，每個方陣儲能系統(tǒng)為 35kV25MW50MWh,通過高壓級聯(lián)方式輸出35kV電壓，采用 35kV線路匯集到升壓站，通過升壓后，采用“π”接方式就 近接入已建成的電站。單個方陣儲能系統(tǒng)包含9個大型電池 艙體，屬于超大功率儲能系統(tǒng)。
   2.1 技術(shù)參數(shù)
   2.1.1系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)（表1）
   2.1.2 電池技術(shù)參數(shù)（表2）

  2.2 總體方案
   ①BMS信息傳輸方案：智能電池艙信息傳輸方式將儲能 系統(tǒng)中每個電池艙的BMS信息可靠地傳輸?shù)胶笈_主控，以確 保后臺能對電池艙中的信息作出快速有效的判斷和處理，并 確保儲能系統(tǒng)電池模組能達(dá)到高效利用的狀態(tài)。
采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
   電池艙包含高壓電池室和低壓控制室，高壓電池室內(nèi) 的二級BMS高壓箱將采集到的電池簇信息用一對網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊 通過光纖跳線將高壓電池室的信息傳輸?shù)降蛪嚎刂剖?。低?控制室多個網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊通過多根網(wǎng)線匯集到工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換 機，工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機通過網(wǎng)線最終傳輸?shù)饺塀MS顯控屏 完成了電池電壓溫度等信息的匯集。
   三級BMS顯控屏將信息傳輸?shù)紼MS本地的以太網(wǎng)交換 機，其中本地EMS位于電池艙中。因電池艙到后臺距離較 遠(yuǎn)，通過網(wǎng)線無法將電池艙的信息傳輸?shù)接脩艉笈_，最終在 電池艙內(nèi)配置的熔纖盒到用戶后臺EMS能量管理柜的熔纖盒 通過光纜熔纖連接。用戶后臺EMS能量管理柜中內(nèi)部熔纖盒 使用光纖跳線轉(zhuǎn)換到內(nèi)部交換機，實現(xiàn)了用戶后臺對遠(yuǎn)端電 池艙電池信息的全部收集。最終EMS能量管理柜中的交換機 通過一根網(wǎng)線傳輸?shù)接脩艉笈_主機，用戶可以通過顯示屏直 觀的收集到電池艙電池的所有信息。
   ②PCS信息傳輸方案：將PCS交直流側(cè)電壓、電流、有 功無功功率等多種信息高效穩(wěn)定地傳到低壓控制室及用戶后 臺，使PCS有效控制蓄電池的充電和放電過程，進(jìn)行交直流 的變換，可以減少電能浪費和能源消耗。
采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
   高壓儲能系統(tǒng)一般包括電池室和控制室，多個液冷電池 PACK和PCS單元的信息通過光纖傳輸?shù)轿挥诳刂乒竦墓饫w 擴展箱內(nèi)。光纖擴展箱作為主控箱和單元通信的橋梁，主要 實現(xiàn)光纖串并轉(zhuǎn)換和光纖擴展功能。本方案采用并行光纖， PCS信息可完整高效的傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
   整機通訊方案為1個主控箱對應(yīng)9個光纖擴展箱。光纖擴 展箱將匯集到的PCS信息通過鎧裝帶護(hù)套的高速單模雙芯并 行光纖跳線傳遞到主控柜內(nèi)的主控箱內(nèi)。主控箱到匯集到 的9個電池艙內(nèi)所有PCS信息通過網(wǎng)線傳遞到主控系統(tǒng)的交 換機內(nèi)。
   ③視頻監(jiān)控信息傳輸方案：將1個方陣內(nèi)9個電池艙內(nèi)的 視頻監(jiān)控信息快速有效地傳輸?shù)接脩艉笈_，可實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程
   在后臺即可實現(xiàn)對本地電池艙內(nèi)電池、空調(diào)和消防的狀態(tài)和 對控制室內(nèi)控制柜、消防主機等的狀態(tài)做出實時監(jiān)控和對異 常狀態(tài)的快速有效的處理。
采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
   每個電池艙在控制室的配電箱內(nèi)配備視頻交換機，視頻 交換機通常為多電口2光口配置。電池室數(shù)個交換機一般配 置在艙頂合適位置，控制室1個交換機配置在頂部。電池室n 個交換機+控制室1個交換機通過網(wǎng)線，將信息匯集到視頻交 換機內(nèi)，完成1個電池艙視頻信息的匯集。
   9個電池艙的視頻連接方式，是通過艙與艙之間手拉手 進(jìn)行傳遞，最后匯集到主控所在的視頻交換機內(nèi)。
主控所在的視頻交換機通過2根單模光纖跳線傳輸?shù)焦?纖熔接盒內(nèi)，實現(xiàn)視頻信息的有效傳輸。
   2.3設(shè)計時的難點及重點考慮的問題
   2.3.1 電池簇管理系統(tǒng)BMS包含三層架構(gòu)，PACK級、簇 級和整艙級，簇級與顯控級通過網(wǎng)口通訊，增加光隔離。為 了減少集裝箱對外連接通訊線束，BMS的顯控屏兼容一部分 信號轉(zhuǎn)接功能，將液冷、消防和空調(diào)的信息通過485進(jìn)行收 集，并轉(zhuǎn)發(fā)到EMS。為了保證集裝箱內(nèi)部的PACK散熱效果， BMS顯控還需要對PACK液冷機組進(jìn)行控制。
   2.3.2 1個儲能系統(tǒng)方陣分為9個集裝箱，PCS控制通過1 個主控箱+9個光纖擴展箱完成對每個集裝箱內(nèi)部PCS功率單 元的控制，每個PCS功率單元對應(yīng)一簇電池。
   2.3.3 同時為了保證液冷、消防故障時能快速對整機進(jìn) 行保護(hù)，需要將這些系統(tǒng)的故障聯(lián)跳干接點連接到光纖擴展 箱，之后轉(zhuǎn)發(fā)到主控進(jìn)行故障判斷?，F(xiàn)在方案中采用的器件 并聯(lián)方式，需要考慮并聯(lián)后的均流問題，和器件開關(guān)特性的 一致性問題，以及驅(qū)動回路容量的問題。
   2.3.4整機包含9個集裝箱，每個集裝箱包含控制室1個 視頻監(jiān)控+電池室n個視頻監(jiān)控。即整套儲能系統(tǒng)共40-60個 視頻監(jiān)控。監(jiān)控信息量較大，為了保證信息快速傳輸，視頻 傳輸考慮單獨一路進(jìn)行傳輸。

3 詳細(xì)設(shè)計說明

    本智能電池艙信息傳輸系統(tǒng)，包括電池艙內(nèi)的BMS系 統(tǒng)、PCS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)；控制室的分控制柜和每個方 陣配置的一個主控柜和用戶后臺控制系統(tǒng)。電池艙中設(shè)置有 高壓電池室、低壓控制室。

圖 1 二級BMS信息傳輸

 3.1 BMS信息傳輸方式（圖1）
     高壓電池室內(nèi)配置一級PACK的BMS管理模塊(以下簡稱 BCMU管理模塊)、BCMU管理模塊位于電池PACK殼體中，通 過PACK采集線束將電池箱內(nèi)所有電芯的溫度、電壓等狀態(tài) 全部匯集到BCMU管理模塊；設(shè)置有對電池簇進(jìn)行管理的二 級BMS高壓箱為簇級BMS管理系統(tǒng)，二級BMS通過簇內(nèi)通訊 電源采集線束將簇內(nèi)數(shù)個PACK的信息進(jìn)行收集，二級BMS 高壓箱中置有A網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊，二級BMS高壓箱經(jīng)網(wǎng)線與A網(wǎng)轉(zhuǎn) 光模塊上的網(wǎng)口相連接。高壓電池室中二級BMS高壓箱和A 網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊的數(shù)量均為N個，低壓控制室中B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊的數(shù) 量為N個，N個A網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊經(jīng)光纖跳線分別與N個B網(wǎng)轉(zhuǎn)光 模塊相連接。
    低壓控制室中設(shè)置有B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊、A網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊上的 光纖口經(jīng)光纖跳線與B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊上的光纖口相連接，電池 倉的高壓電池室中的二級BMS高壓箱所采集的電池簇信息經(jīng) 光纖跳線由A網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊傳輸至低壓控制室中的B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模 塊，不僅實現(xiàn)了電池簇信息的傳輸，而且實現(xiàn)了高壓側(cè)與低 壓側(cè)的電氣絕緣隔離，保證了低壓控制室不受高壓影響。
    B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊、工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機和三級BMS顯控屏位 于分控制柜內(nèi)， B網(wǎng)轉(zhuǎn)光模塊的網(wǎng)口經(jīng)網(wǎng)線與工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交 換機上的網(wǎng)口相連接，工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機經(jīng)網(wǎng)線與三級BMS 顯控屏相連接，三級BMS顯控屏經(jīng)網(wǎng)線與雙以太網(wǎng)交換機相 連接，以實現(xiàn)二級BMS高壓箱所采集的電池簇信息至低壓控 制室、EMS本地主機的傳輸（圖2）。
    控制室的EMS信息采集系統(tǒng)內(nèi)配置有雙以太網(wǎng)交換機 和本地熔纖盒，以太網(wǎng)交換機經(jīng)光纖跳線與第一熔纖盒相連接，實現(xiàn)了本地BMS信息的收集（圖3）。

圖2 三級BMS信息傳輸                       圖3 本地BMS信息采集

   3.2 PCS信息傳輸方式（圖4）
    高壓儲能系統(tǒng)多個液冷電池PACK和PCS單元位于電池 室，控制柜位于控制室。用于傳輸PCS信息裝置的是在PCS 功率單元內(nèi)部的單元控制PCBA板，單元控制板將采集到的 PCS交直流側(cè)電壓、電流、有功無功功率、IGBT模塊溫度等 信息進(jìn)行匯集。
    因電池室一般為35kV/10kV/6kV高壓，采用光纖即可將 高壓側(cè)的PCS信息可靠傳輸?shù)降蛪簜?cè)控制室光纖擴展箱內(nèi)， 也可有效隔離高低電壓。每個電池艙包含10-30簇多簇電 池。PCS側(cè)的單元控制板固定在PCS殼體內(nèi)，因此不受空間 的限制。但相對應(yīng)的分相控制柜內(nèi)因信息和PCS單元一一對應(yīng) 也就包含10-30個簇的所有PCS的信息，控制柜的空間有限， 因此需要將控制室側(cè)的多個匯集到的信息通過一種智能PCS信 息傳輸光纖擴展箱裝置將光纖通訊板、主控電源板多個PCBA 電路板集中模塊化布局固定，可實現(xiàn)將模塊化集中布置。
    光纖擴展箱作為主控箱和單元通信的橋梁，主要實現(xiàn)光 纖串并轉(zhuǎn)換和光纖擴展功能。光纖擴展板以核心板形式焊接 在光纖擴展板上，光纖控制板上只保留FPGA及外圍接口擴 展電路，通信外圍電路均放在光纖擴展板上。
    整機通訊方案為1個主控箱對應(yīng)9個光纖擴展箱。光纖 擴展箱將匯集到的PCS信息通過鎧裝帶護(hù)套的高速單模雙芯 并行光纖跳線傳遞到主控柜內(nèi)的主控箱內(nèi)。為了保證信息傳 遞的可靠性， 目前常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请p網(wǎng)，即本地和后臺設(shè) 置兩個交換機，雙網(wǎng)的作用就是為了防止一個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常 時，另一路網(wǎng)線直接就能起到冗余的作用。有時客戶要求采

     用雙數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌氨镜睾秃笈_設(shè)置兩個數(shù)據(jù)交換機， 雙數(shù)據(jù)的作用就是為了防止一個數(shù)據(jù)交換機出現(xiàn)掉電或異常 時，另一路數(shù)據(jù)交換機直接就能起到備用的作用（圖5）。
3.3視頻信息傳輸方式
    智能通訊拓?fù)鋫鬏敺绞綄?個電池艙內(nèi)的視頻監(jiān)控信息 快速有效的傳輸?shù)接脩艉笈_，可實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程在后臺即可實 現(xiàn)對本地電池艙內(nèi)電池、空調(diào)和消防的狀態(tài)和對控制室內(nèi)控 制柜、消防主機等的狀態(tài)做出實時監(jiān)控和對異常狀態(tài)的快速 有效的處理。
采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
    每個電池艙在控制室的配電箱內(nèi)配備視頻交換機，視頻 交換機通常為多電口2光口配置。電池室n個視頻監(jiān)控一般配 置在艙頂合適位置，控制室1個視頻監(jiān)控配置在頂部。電池 室n個視頻監(jiān)控+控制室1個視頻監(jiān)控通過網(wǎng)線，將信息匯集 到視頻交換機內(nèi)，完成1個電池艙視頻信息的匯集。
    9個電池艙的視頻連接方式，是通過艙與艙之間手拉手 進(jìn)行傳遞，最后匯集到主控所在的視頻交換機內(nèi)。主控所在 的視頻交換機通過2根單模光纖跳線傳輸?shù)焦饫w熔接盒內(nèi)， 實現(xiàn)視頻信息的有效傳輸（圖6）。
    EMS能量管理柜放置在用戶后臺，其中配置有用戶端光 纖熔纖盒。本地熔纖盒經(jīng)鎧裝光纜與用戶端熔纖盒相連接， 以實現(xiàn)所采集電池簇BMS信息、PCS信息和視頻信息由EMS 本地采集系統(tǒng)至EMS能量管理柜的遠(yuǎn)距離有效傳輸；EMS能 量管理柜中設(shè)置有交換機，用戶后臺包含后臺主機和顯示 器，交換機的光纖口經(jīng)光纖跳線與用戶端光纖熔纖盒相連 接，交換機的網(wǎng)口經(jīng)網(wǎng)線與后臺主機上的網(wǎng)口相連接，以實現(xiàn)EMS能量管理柜將接收的電池簇信息傳輸至后臺主機并經(jīng) 顯示器顯示（圖7）。

4 結(jié)束語

     本方案通過將BMS信息、PCS信息、視頻信息高效準(zhǔn)確 地傳輸?shù)胶笈_，并進(jìn)行實時監(jiān)控控制，可以準(zhǔn)確實現(xiàn)對電池 的管理功能，對電池總電壓、總電流、平均溫度、SOC、歷 史充放電電量、歷史充放電電能等多項數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制， 由后臺主機對電池組信息、PCS儲能變流器信息、大容量視 頻信息進(jìn)行顯示和實時管理控制，有利于保證電池簇工作狀 態(tài)健康、工作性能高效，提升產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性。