摘要： 随着能源需求的不断增长和可再生能源的广泛应用，智慧储能柜作为一种高效、可靠的储能设备，正逐渐受到人们的关注。本文详细介绍了智慧储能柜的构造，包括电池系统、电池管理系统、电气系统、散热系统、安全防护系统以及智能控制系统等方面，分析了各部分的功能和作用，旨在为智慧储能柜的设计、生产和应用提供参考。
一、引言
在全球能源转型的大背景下，可再生能源如太阳能、风能等的间歇性和不稳定性给电网的稳定运行带来了挑战。智慧储能柜作为一种新型的储能设备，能够有效地解决可再生能源的间歇性问题，提高能源利用效率，保障电网的稳定运行。同时，智慧储能柜还具有智能化、高效化、安全可靠等优点，能够满足不同用户的需求。因此，深入了解智慧储能柜的构造，对于推动储能技术的发展和应用具有重要意义。
二、智慧储能柜的基本组成
智慧储能柜主要由电池系统、电池管理系统、电气系统、散热系统、安全防护系统以及智能控制系统等部分组成。
（一）电池系统
电池系统是智慧储能柜的核心部分，其主要功能是储存电能。目前，常用的电池类型有锂离子电池、铅酸电池、液流电池等。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低等优点，是目前智慧储能柜中常应用的电池类型。
电池系统通常由多个电池单体组成，通过串联和并联的方式连接在一起，以满足不同的电压和容量需求。为了提高电池系统的性能和安全性，还需要配备电池保护板、电池均衡器等辅助设备。
（二）电池管理系统
电池管理系统（BMS）是智慧储能柜的重要组成部分，其主要功能是对电池系统进行监测、管理和保护。BMS 可以实时监测电池的电压、电流、温度等参数，根据这些参数对电池进行充放电管理，防止电池过充、过放、过流、过热等情况的发生。同时，BMS 还可以对电池进行均衡管理，提高电池的一致性和使用寿命。
BMS 通常由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括传感器、控制器、通信模块等，软件部分包括算法、控制策略等。BMS 的性能直接影响着智慧储能柜的安全性、可靠性和使用寿命。
（三）电气系统
电气系统是智慧储能柜的重要组成部分，其主要功能是实现电池系统与外部电网或负载的连接和能量转换。电气系统通常包括逆变器、充电器、断路器、接触器等设备。
逆变器是智慧储能柜的核心设备之一，其主要功能是将电池系统的直流电转换为交流电，以满足外部负载的需求。充电器的主要功能是将外部电网的交流电转换为直流电，对电池系统进行充电。断路器和接触器的主要功能是在电路发生故障时，及时切断电路，保护设备和人员的安全。
（四）散热系统
散热系统是智慧储能柜的重要组成部分，其主要功能是对电池系统和电气系统进行散热，保证设备的正常运行。散热系统通常采用风冷或液冷的方式，通过风扇、散热器、冷却液等设备将热量散发出去。
在设计散热系统时，需要考虑散热效率、噪音、可靠性等因素。同时，还需要根据智慧储能柜的使用环境和工作条件，选择合适的散热方式和散热设备。
（五）安全防护系统
安全防护系统是智慧储能柜的重要组成部分，其主要功能是对设备和人员进行安全保护。安全防护系统通常包括过压保护、过流保护、过热保护、短路保护、接地保护等设备。
在设计安全防护系统时，需要考虑设备的安全性、可靠性和稳定性。同时，还需要根据智慧储能柜的使用环境和工作条件，选择合适的安全防护设备和措施。
（六）智能控制系统
智能控制系统是智慧储能柜的核心部分，其主要功能是对设备进行智能化控制和管理。智能控制系统通常采用先进的传感器技术、通信技术、控制技术等，实现对设备的远程监控、故障诊断、自动控制等功能。
智能控制系统可以根据用户的需求和电网的情况，自动调整设备的运行状态，实现智能化管理和优化运行。同时，智能控制系统还可以与其他设备进行联动控制，提高系统的整体性能和效率。
三、各部分构造的详细分析
（一）电池系统构造
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电池单体
电池单体是电池系统的基本组成单位，通常由正极、负极、电解质、隔膜等部分组成。正极材料通常采用锂钴氧化物、锂镍锰钴氧化物等，负极材料通常采用石墨、硅等。电解质通常采用有机溶剂和锂盐组成的液体电解质或固体电解质。隔膜通常采用聚乙烯、聚丙烯等材料制成，其主要作用是防止正负极短路。
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电池模组
电池模组是由多个电池单体通过串联和并联的方式连接在一起组成的。电池模组通常采用金属外壳或塑料外壳进行封装，以保护电池单体和提高电池模组的安全性。电池模组内部还配备有电池保护板、电池均衡器等辅助设备，以提高电池模组的性能和安全性。
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电池包
电池包是由多个电池模组通过串联和并联的方式连接在一起组成的。电池包通常采用金属外壳或塑料外壳进行封装，以保护电池模组和提高电池包的安全性。电池包内部还配备有电池管理系统、散热系统、安全防护系统等辅助设备，以提高电池包的性能和安全性。
（二）电池管理系统构造
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传感器
传感器是电池管理系统的重要组成部分，其主要功能是实时监测电池的电压、电流、温度等参数。常用的传感器有电压传感器、电流传感器、温度传感器等。
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控制器
控制器是电池管理系统的核心部分，其主要功能是根据传感器采集的参数对电池进行充放电管理、均衡管理、故障诊断等。控制器通常采用微处理器、单片机等芯片进行设计，具有高性能、低功耗、可靠性高等优点。
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通信模块
通信模块是电池管理系统的重要组成部分，其主要功能是实现电池管理系统与外部设备的通信。常用的通信方式有 CAN 总线通信、RS485 通信、以太网通信等。通信模块可以将电池管理系统采集的参数实时传输到外部设备，如监控系统、上位机等，以便对电池进行远程监控和管理。
（三）电气系统构造
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逆变器
逆变器是电气系统的核心设备之一，其主要功能是将电池系统的直流电转换为交流电，以满足外部负载的需求。逆变器通常采用桥式逆变电路进行设计，具有高效率、高可靠性、低谐波等优点。逆变器还配备有过压保护、过流保护、过热保护等安全保护设备，以保证设备的安全运行。
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充电器
充电器是电气系统的重要组成部分，其主要功能是将外部电网的交流电转换为直流电，对电池系统进行充电。充电器通常采用开关电源技术进行设计，具有高效率、高可靠性、体积小等优点。充电器还配备有过压保护、过流保护、过热保护等安全保护设备，以保证设备的安全运行。
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断路器、接触器
断路器和接触器是电气系统的重要组成部分，其主要功能是在电路发生故障时，及时切断电路，保护设备和人员的安全。断路器通常采用空气断路器、塑壳断路器等，接触器通常采用交流接触器、直流接触器等。
（四）散热系统构造
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风冷散热系统
风冷散热系统是一种常用的散热方式，其主要由风扇、散热器等组成。风扇通过强制对流的方式将空气吹过散热器，将热量散发出去。风冷散热系统具有结构简单、成本低、维护方便等优点，但散热效率相对较低，噪音较大。
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液冷散热系统
液冷散热系统是一种高效的散热方式，其主要由冷却液、泵、散热器等组成。冷却液在泵的作用下循环流动，通过散热器将热量散发出去。液冷散热系统具有散热效率高、噪音低、可靠性高等优点，但结构复杂、成本较高、维护难度较大。
（五）安全防护系统构造
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过压保护
过压保护是安全防护系统的重要组成部分，其主要功能是在电池系统的电压超过设定值时，及时切断电路，防止电池过充。过压保护通常采用电压比较器、继电器等设备进行设计。
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过流保护
过流保护是安全防护系统的重要组成部分，其主要功能是在电池系统的电流超过设定值时，及时切断电路，防止电池过放、短路等情况的发生。过流保护通常采用电流传感器、继电器等设备进行设计。
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过热保护
过热保护是安全防护系统的重要组成部分，其主要功能是在电池系统的温度超过设定值时，及时切断电路，防止电池过热。过热保护通常采用温度传感器、继电器等设备进行设计。
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短路保护
短路保护是安全防护系统的重要组成部分，其主要功能是在电路发生短路时，及时切断电路，防止设备损坏和人员伤亡。短路保护通常采用熔断器、断路器等设备进行设计。
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接地保护
接地保护是安全防护系统的重要组成部分，其主要功能是在设备发生漏电时，及时将漏电电流引入大地，防止人员触电。接地保护通常采用接地电阻、漏电保护器等设备进行设计。
（六）智能控制系统构造
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传感器
智能控制系统通常配备有多种传感器，如电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器等，以实时监测设备的运行状态和环境参数。
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控制器
控制器是智能控制系统的核心部分，其主要功能是根据传感器采集的参数对设备进行智能化控制和管理。控制器通常采用微处理器、单片机等芯片进行设计，具有高性能、低功耗、可靠性高等优点。
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通信模块
通信模块是智能控制系统的重要组成部分，其主要功能是实现智能控制系统与外部设备的通信。常用的通信方式有 CAN 总线通信、RS485 通信、以太网通信等。通信模块可以将智能控制系统采集的参数实时传输到外部设备，如监控系统、上位机等，以便对设备进行远程监控和管理。
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人机界面
人机界面是智能控制系统的重要组成部分，其主要功能是实现用户与设备的交互。人机界面通常采用触摸屏、显示屏等设备进行设计，具有操作简单、直观方便等优点。
四、Acrel-2000ES储能柜能量管理系统
（一）系统概述
安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
（二）系统结构
Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。
（三）系统功能
1.实时监测
系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测PCS、BMS以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。
2.设备监控
系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。
PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。
BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。
空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。
UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。
3.曲线报表
系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。
4.策略配置
满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。
5.实时报警
储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。
6.事件查询统计
储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
7.遥控操作
可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。
8.用户权限管理
储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
9.安科瑞配套产品
五、结论
智慧储能柜作为一种新型的储能设备，具有高效储能、智能化管理、安全可靠、灵活应用等优点，能够有效地解决可再生能源的间歇性问题，提高能源利用效率，保障电网的稳定运行。本文详细介绍了智慧储能柜的构造，包括电池系统、电池管理系统、电气系统、散热系统、安全防护系统以及智能控制系统等方面，分析了各部分的功能和作用。同时，本文还分析了智慧储能柜构造的优势与挑战，为智慧储能柜的设计、生产和应用提供了参考。随着技术的不断进步和成本的不断降低，智慧储能柜将会在未来的能源领域中发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]企业微电网设计与应用手册2022.05版.
