1.2 锂离子电池储能电站构成
预制舱式锂离子电池储能电站是我国目前电化学储能电站的主流建设形式。锂离子电池储能电站可以分为四个层次：电池单体、模组、电池簇和电池舱。电池单体通过排列集成模组，模组经电气连接构成电池簇，多个电池簇与变流器等设备组成电池舱。图1-4所示为预制舱式锂离子电池储能电站示意图。
图1-4 预制舱式锂离子电池储能电站结构组成
a）电池单体 b）模组 c）电池簇 d）电池舱 e）储能电站
大规模储能系统的特点之一就是电池数量多、排列相对密集，单个储能舱的容量为0.5～2MWh，内部单体电池数量可达数万个。储能舱中电池集中分布的特点会增加电池的安全风险，若单体因滥用故障发生热失控，极易导致周围电池发生连锁反应。
此外，储能电站中还包括热管理系统（Thermal Management System，TMS）、能量管理系统（Energy Management System，EMS）、电池管理系统（Battery Management System，BMS）、储能变流器（Power Conversion System，PCS）等。储能系统的安全稳定运行依靠多个单元协同工作，下面简要介绍主要单元的功能。
（1）热管理系统
热管理是利用加热或冷却手段对其温度和温差进行调节和控制的过程。电池热管理系统是用来确保电池工作在适宜温度范围内的一套管理系统，主要由导热介质、测控单元以及温控设备构成。导热介质与电池组相接触后通过介质的流动将电池系统内产生的热量散至外界环境中，导热介质主要有空气、液体与相变材料三大类。测控单元则是通过测量电池系统不同位置的实时温度来控制温控设备进行对应的热处理。常见的温控设备有风扇与泵机等。电池热管理系统的主要功能包括：①电池温度的准确测量和监控；②电池组温度过高时的有效散热和通风；③低温条件下的快速加热，使电池组能够正常工作；④有害气体产生时的有效通风；⑤保证电池组温度场的均匀分布。储能舱中电池排布紧密且舱内环境相对封闭，电池热量更容易集聚导致温升过高，通过空调、风道等强迫风冷散热方式可以降低温度，当箱内温度过低时，在空调制热模式以及舱体保温功能的作用下可以保证电池安全运行所需要的温度。
（2）电池管理系统
电池管理系统由各类传感器、执行器、固化有各种算法的控制器及信号线组成，实时监控、采集电池模组的状态参数，并对相关状态参数进行必要的计算、处理，根据特定控制策略对电池系统进行有效控制。其主要任务是确保电池系统的安全可靠，并且在出现异常情况时对电池系统采取适当的干预措施。实际运行中，通过采集电路实时采集电池组以及各个组成单元的端电压、工作电流、温度等信息，估算电池组荷电状态（State of Charge，SOC）、健康状态（State of Health，SOH）等，对储能电池进行实时监控、故障诊断、短路保护、漏电检测、显示报警，保障电池系统安全可靠运行，是整个储能系统的重要构成部分。电池管理系统还可以通过自身的通信接口、模拟/数字输入输出接口与外部其他设备（变流器、能量管理单元、消防等）进行信息交互，形成整个储能系统的联动，利用所有的系统组件，通过可靠的物理及逻辑连接，高效、可靠地完成整个储能系统的监控。
（3）储能变流器
储能变流器连接于电池系统与电网（负荷）之间，是实现电能双向变换的装置。在并网条件下，储能系统根据监控指令进行恒功率或恒流控制，对电池进行充电或放电；微网条件下，储能系统作为电源为微网中电压和频率提供支撑。储能变流器由双向变流器、控制单元、保护单元、监控单元等组成。双向变流器主要是由IGBT、GTO、GTR、MOSFET等开关器件组成的。双向变流器具有多种拓扑结构，按有无DC/DC环节可分为单级式和双级式两种。储能变流器采用双闭环控制和SPWM（正弦脉宽调制）方法，控制单元通过通信接收后台控制指令，根据指令的符号及大小控制DC/AC变流器中开关器件的导通顺序和导通角，从而通过充放电实现对网侧负荷功率的跟踪、对储能系统充放电功率的控制、对离网运行方式下网侧电压的控制等。同时储能变流器可通过CAN、RS485接口或RJ45网口与电池管理系统通信，获取电池组状态信息，实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。
（4）能量管理系统
能量管理系统是以电力系统应用软件技术和计算机技术为支撑的现代电力系统综合自动化系统，也是能量系统和信息系统的一体化或集成。能量管理系统与电池管理系统从级别上看，电池管理系统作用于最底层电池侧，管理每个电池的运行状态；而能量管理系统作用于整个储能和并网系统。能量管理系统负责收集全部电池管理系统数据、储能变流器数据及配电柜数据，向各个部分发出控制指令，控制整个储能系统的运行，合理安排储能变流器工作，是储能系统的大脑。能量管理系统的主要功能包括对储能系统进行数据采集和监控（包括额定功率、电站额定容量、电站储能变流器运行台数等），分析系统运行状态，挖掘或抽取有用的信息（包括储能系统SOC、SOH、储能充放电效率等），执行控制策略（包括削峰填谷、计划跟踪、平滑功率、有功调频、无功调压、负载跟踪、电池保护策略等），并实现功率智能自动分配功能。