新型储能系统中电池集成与EMS/BMS 协同调控技术研究

引言

全球能源格局正从化石能源向清洁能源转变，我国的能源结构也朝着清洁、低碳、安全、高效的方向发展。党和国家提出了“3060 双碳”目标，明确构建以新能源为主体的新型电力系统。这一目标推动能源革命和绿色低碳转型，但随着新能源并网规模扩大，电力系统频率安全面临新的挑战。储能系统因具备调节供需、平滑波动的能力而成为关键基础设施。电池集成是实现能量存储的核心技术，EMS 与 BMS 的协同调控则是确保运行安全与性能最优的保障。本文将从集成设计、协同机制、优化技术和发展趋势四方面探讨实现储能系统高效运行的路径。

一、电池集成技术在新型储能系统中的重要性与挑战

电池集成技术是新型储能系统设计与建设中的核心环节，它涉及电池单体、模组、簇及整包的结构设计、电气连接、热管理以及监测系统的全面整合。高效的电池集成不仅能够提升系统的能量密度和功率密度，还能改善散热性能、降低内阻，减少电能在传输过程中的损耗。在大规模储能场景中，电池集成还需要考虑多种运行状态下的均衡性与稳定性，以防止因某一单体性能衰退而导致整组电池容量下降。为了实现这些目标，工程设计需要在电气匹配、结构布局、热管理方式以及安全防护方面形成系统化解决方案。

然而，在实际应用中，电池集成面临多重挑战。首先是规模化带来的复杂性，储能系统往往由成百上千个电池单体构成，其一致性、互联方式与维护便利性直接影响系统运行效率。其次，不同储能场景对电池性能的要求差异较大，例如调峰调频场景更注重功率输出能力，而可再生能源配套储能更强调循环寿命与能量效率。此外，电池材料性能衰减、热失控风险、接口标准不统一等问题，都增加了集成设计的难度。因此，在电池集成过程中，必须结合应用需求进行差异化设计，并与EMS/BMS 协同调控机制形成匹配关系，以实现性能、寿命与安全性的综合优化。

二、EMS 与BMS 的协同调控机制

在新型储能系统中，EMS 承担着全局调度与优化运行的职责，负责在不同应用场景下制定充放电策略、协调储能与电网之间的功率交换；BMS 则专注于电池单体和模组的状态监测、均衡管理与安全防护。两者在功能分工上各有侧重，但要实现储能系统的高效、安全与长寿命运行，必须构建紧密的协同调控机制。协同的核心在于实现多层级信息共享与实时策略联动，使 EMS 能够基于 BMS 提供的精确电池状态数据动态调整运行策略，而 BMS 则根据 EMS 下达的调度指令优化内部控制参数，实现全局与局部的双向优化。

这种协同关系在新能源大规模并网的背景下尤为重要。随着风电、光伏等间歇性能源比例的不断提高，电力系统频率安全面临新的挑战。储能系统作为调节电力供需平衡的重要工具，必须在毫秒级时间内响应频率波动，快速充放电以稳定系统运行。若 EMS 与 BMS 之间信息交互存在延迟或数据不一致，就可能导致响应滞后，影响调控效果，甚至引发系统不稳定。因此，现代储能系统设计普遍采用高速通信协议与统一数据标准，将电池的 SOC、SOH、温度分布等关键信息实时传递给EMS，同时将电网运行需求即时反馈给BMS，以确保整个系统在动态环境下高效协同。

EMS 与 BMS 的协同调控还需要应对策略匹配与运行优化的挑战。在不同的应用模式下，EMS 会制定不同的充放电策略，例如在削峰填谷模式下，重点是能量利用效率；在调频模式下，则更注重响应速度与功率稳定性。BMS 需要根据这些策略动态调整内部控制逻辑，包括充放电电流限制、均衡控制模式、热管理策略等，以适配外部运行目标。为了实现这种灵活性，储能系统通常引入自适应控制算法和预测模型，利用历史运行数据和实时监测结果不断优化控制参数，使 EMS 与 BMS在运行过程中能够持续学习与调整，提升系统整体性能和可靠性。

三、电池集成与EMS/BMS 协同优化的技术路径

在技术实现层面，电池集成与 EMS/BMS 的协同优化需要建立在统一的架构平台之上。这一平台应支持多协议通信和跨系统数据交互，确保电池集成模块能够无缝接入 EMS 和 BMS，实现信息的双向流动与实时同步。针对不同规模与应用场景的储能系统，平台还应具备可扩展性与模块化特征，便于未来升级和功能拓展。例如，在分布式储能场景下，系统需要应对多点分布、功率不均的特点，平台可通过分层调度与局部优化相结合的方式，提高整体运行效率。

另一方面，热管理技术是电池集成与 EMS/BMS 协同优化的重要支撑。温度是影响电池寿命与安全的关键因素，若缺乏有效的热管理策略，电池在高功率运行时容易出现热失控风险。BMS 在采集到温度异常信息后，应立即将其传递给EMS，由EMS 调整运行功率或切换运行模式，以降低热应力。同时，可以通过液冷、风冷与相变材料结合的多元热管理技术，进一步提升系统的安全性与稳定性。在这一过程中，数据驱动的预测性维护技术同样重要，通过分析电池运行历史与实时状态，提前识别潜在的衰退趋势或故障风险，提前进行维护干预，减少非计划停机时间，保障系统长期稳定运行。

四、未来发展趋势与应用前景

未来的新型储能系统将更加注重智能化与自适应能力的提升。在电池集成方面，轻量化、高能量密度和模块化将成为主要方向，固态电池等新型化学体系的应用将带来更高的安全性与寿命优势。在 EMS 与BMS 协同调控方面，人工智能与大数据分析技术将得到更广泛应用，通过深度学习算法实现运行策略的动态优化和预测性维护。此外，边缘计算技术的引入，将使储能系统在靠近数据源的地方完成快速计算与决策，大幅提升响应速度与实时性。

在“双碳”目标引领下，新型储能系统将在新能源消纳、分布式能源管理、微电网以及电动交通等领域得到更广泛的应用。特别是在风光资源丰富但电网调节能力有限的地区，储能系统的部署不仅能提高可再生能源利用率，还能增强电力系统的调节能力与安全裕度。随着标准体系和市场机制的完善，电池集成与 EMS/BMS 协同调控技术的成熟应用将成为推动能源结构转型的重要支撑力量。

结论

新型储能系统中，电池集成与 EMS/BMS 协同调控技术是保障系统高效、安全、长寿命运行的核心。高水平集成提升了能量密度与稳定性，协同调控实现了全局与局部的双向优化。研究表明，通过信息化、智能化与模块化手段，可显著提升响应速度、运行效率与安全裕度，支持新能源大规模并网下的频率稳定与经济运行。在“3060 双碳”目标引领下，该技术体系不仅支撑清洁低碳能源结构构建，也是未来电力系统可持续发展的重要保障，对推动能源转型和绿色发展具有深远意义。

参考文献

[1] 田刚领 . 锂电池厚电极构筑及储能系统热电管理研究与工程应用 [D]. 华中科技大学 ,2024.

[2] 张利 , 段福凯 , 李彪 , 等 . 与电解水制氢和固体氧化物燃料电池耦合集成的新型压缩空气储能系统性能分析 [J]. 现代化工 ,2023,43(12):213- 220.

[3] 周德全 . 光伏储能集成系统开发及其热管理方法研究 [D]. 广东工业大学 ,2020.

[4] 王昊一 . 基于新型电力系统的“ 源—荷—储” 协调低碳经济调度 [D]. 长春工业大学 ,2024.