戶用儲能產品在設計及應用中，需要注意些什麼？

近年來，以德國、澳大利亞、美國、日本等國家為代表，分散式和戶用儲能快速發展起來。當地政府制定的儲能安裝補貼、投資稅收優惠和需求響應激勵機製為上述國家拓展儲能應用、構建商業模式、盤活社會資本、激發民眾參與提供了強大推動。同時輔之以快速發展的分散式光伏發電和大幅退坡的上網補貼電價，以戶用光儲為代表的分散式儲能應用在削峰填谷、節省電費開支、延緩輸配電擴容升級等方面已經展現了良好的經濟效益。

戶用儲能產品通常包括鋰離子電池、儲能逆變器和控制系統等關鍵部件，儲能規模在5-10kWh之間，可以配套戶用光伏系統滿足一個家庭的日常用電需求，同時實現削峰填谷和節省需量電費。

戶用儲能在家庭能源中的工作原理

從下圖可以看到，最上方是一條220V的交流母線，下面有混合逆變器、光伏、備用電源的緊急負載，接戶用產品的電池。圖中的電池主機和電池從機並連使用的。

（光伏、儲能逆變器、電錶、電池、交流母線及負載連接圖）

上圖實質上是一個帶儲能機的混合逆變器。還有一種工作原理是：是在交流側，直接通過交流電對電池進行充放電，沒有光伏接進來。以上兩種工作原理在戶用儲能中運用最多。

按照標準來說，逆變器之間的通訊方式一般有兩種：是can的通訊以及4S185的通訊。電池是有兩個通訊口，一個是逆變器的通訊口，一個是電池與電池之間的通訊口。

值得注意的一點是，在離網系統中，大多都是接到緊急電源這一塊，這就是所謂的back-up、UPS工作模式。

上圖是逆變器的工作模式，展現的是充放電的經濟邏輯。在早上、中午發電，把負載儲存起來，在晚上高峰的時候把電放出去的這樣一個經濟模式。

戶用儲能產品簡介

全球戶用儲能市場蓬勃發展，各大公司也相繼推出了其戶用儲能產品。中關村儲能產業技術聯盟收集整理了具有代表性的戶用儲能產品。

特斯拉(Powerwall 2.0)

使用松下的電芯，特斯拉做pack和模組，一個模塊可存儲電能13.5kWh。最多可擴展至9個單元。

LG Chem(RESU)

目前，改產品可以說是Powerwall最大的競爭者，LG Chem與Sunrun(戶用光伏企業)合作，提供具有成本效益的戶用光儲系統。單個模塊6.5kWh。

Orison (at-home battery)

Orison是一家頗具發展前景的初創公司，提供超輕量的戶用儲能系統。單元重40磅，存儲電能2.2kWh，易於安裝和連接，最多可擴展至5個單元。

Sonnen

德國製造戶用儲能產品的公司。產品能夠存儲的電能多，最多可儲電能16kWh。截至目前，Sonnen已擁有15000多個客戶，市場主要在德國，將會儘快擴展至義大利、英國、澳大利亞和美國。

賓士

賓士的產品技術目前在德國和澳大利亞還是頗具前景的，一個單元可最多儲電2.5kWh，最多可擴展至8個單元。

尼桑(xStorage)

一個單元可最多儲電4.2kWh，產品最具吸引力的部分是電池全部採用的廢舊電池的電芯，體現出了可持續性。目前，xStorage只在歐洲預售。

寶馬

與尼桑類似，寶馬將其i3電動汽車中的電池回收，剩餘價值用於戶用儲能系統，一個單元可儲電6.4kWh，同時也在研製更大儲電容量的產品，規格可達22kWh和33kWh。

松下

松下除了給Powerwall供電芯，還是有自己的儲能產品。最多可儲電8kWh，目前只在澳大利亞銷售，很快將進軍歐洲市場。

Sunverge

每個單元的儲電範圍在6-23kWh不等，產品較重，且需要經培訓後的專業人士安裝。單元會搭配APP使用，實時監控電價，幫助用戶更好地管理用能。

Powervault

目前只在英國銷售，有很多規格，最大版本可儲電6.6kWh，接受過培訓的專業人士可以安裝產品單元。

ElectrlQ

該公司的產品是目前還沒有面市，最近一次消息稱，預計最快在今年底面市。單元最多儲電10kWh。同樣也需要專業人士進行安裝。

協鑫集成

產品名為「E-KWBe」，有兩種規格，容量分別為2.5kWh和5.6kWh，能量密度高達125Wh/kg，循環壽命超過4000次，採用協鑫集成自主研發的智能電池管理系統(BMS)。目前已有上千套產品發往並安裝在澳大利亞。

科陸電子

科陸電子的PowerBox採用磷酸鐵鋰電池，主攻歐美及澳洲市場，具有並離網一體設計、單/三相自由組網和自動標定/主動均衡功能。每個單元可儲電6kWh。

儲能產品的設計

技術核心與產品關係圖

下圖是每個技術同行都會面臨的核心技術和產品的關係問題。其實，每一個戶用產品裡面都有很多核心的東西，包括電池模塊的核心、BMU的核心、BCMU的核心、BMA的核心以及EMS的核心等等。如果做儲能，從戶用儲能到工商業儲能到大型儲能，都會牽涉到這5大核心。

核心一：電池模塊的設計

電池模塊的定義：一組相連的單體蓄電池的組合。包括單體電池、固定單體電池的框架、單體電池之間的電連接裝置，還可能包括溫度感測器、電壓檢測電路、電池模塊的管理單元等。

電池模塊的體系各不相同，但在設計上都有一定的技巧。其中都牽涉到小模塊的安全以及熱蔓延問題。

電池模塊產品設計的基本原則如下：

(1)電池模塊裝配鬆緊度適中，各結構件具有足夠的強度，防止因電池內部壓力產生而變形或破壞，並且要嚴格避免振動過程中電池的移動，部分電池要求有專門單體電池固定裝置；

(2)各結構件便於裝配，便於操作；

(3)符合使用設備的電源技術指標；

(4)對於金屬殼體電池，單體電池間或與結構件之間達到電絕緣；

(5)結構緊湊且根據電池包的設計要求能夠提供通風散熱通道，使熱量從電池傳遞到受

(6)具有安裝固定位置，使電池組能牢固地固定在動力電源系統或整機上；

(7)輔助部件的重量盡量低，一般模塊組裝部件的重量以不超過電池總重的30%為宜；

(8)電池模塊適宜擴展，如由5個單體電池組合的模塊可擴展為10個電池組合的模塊；

(9)電池之間導電連接距離儘可能短，連接可靠，以柔性連接為宜。導電連接各部位的導電能力要滿足用電設備要求的最大過流能力要求。

此外，模塊必須要做到內阻較低、發熱量較小。最主要的一個特點是：若外部短路，能夠熔斷。在這方面，協鑫在戶用儲能上，通過很多方式加強對外學習，有了自己的專利。

核心二：電池管理單元 BMU（重點）

如果電池管理單元(BMU)做得好，那麼核心三、核心四以及核心五最多只能起到一個通訊的功能，最多是在二級基礎上加一個被動均衡和主動均衡的功能。目前市場上大部分都是這種模式。

核心三、四、五都是大型儲能的架構，在這裡不詳述。

小模塊的設計

模塊是組成電池包的基本單位。這兩個小模組分別為18650體系的模塊以及磷酸鐵鋰體系的模塊。

小模塊的關注點主要是熱蔓延與內阻，結構上關注串並聯的連接關係。

熱蔓延，應該說是目前電池安全隱患的痛點。據分析，電池內部的不同元件、不同素材之間的這種短接，隨著時間出現的溫度上升，溫度上升越快，就是說發生熱蔓延的概率越高。因此我們在電池的設計上、加工的工藝上都是根據這些儘可能的避免它，從而提高電池自身的安全性。

內阻，是一項影響電池性能的重要指標。內阻可以簡化為各接線柱的串聯電阻。電阻越小，發熱量越小。每個電源都有一個當量內阻，該電阻影響電池提供電能的能力。影響電池內阻的因素有：電池尺寸、工作時間、結構、狀況、溫度和充電狀態.通常,對一個充滿電的良好電池，電池尺寸對電池內阻的影響最大。

模塊測試

關註：模擬25度環境，循環後的容量。

我們設計好的小模組肯定是要經過小模組塞口的循環測試，除了測循環壽命、內阻外，還要測熱量。模組在小的密閉空間裡面的熱量，主要和放電倍率有很大的關係，儲能這一塊放電倍率不是很高，所以，對於散熱這一塊，每個廠家都不相一樣。

真實環境測試

上圖是系統實驗室並聯4台真實光伏+電氣負載測試。測試模擬了真實環境：有空調等有各種各樣的設備；將設備設置好了在何時開始、何時關閉。

測試中，設備是「手拉手」的並聯方式，這也是戶用儲能在用戶側這一塊比較好的一個做法。另外，通訊也是「手拉手」的通訊方式。

逆變器匹配測試

上圖中逆變器的匹配性測試報告相對還是比較規範的，一個儲能的產品不光是儲能本身自己，實際上它與逆變器有很大的關係。每一家的逆變器，其通訊協議、保護值以及保護策略都不一樣。此外，調試是必須認真要做的並且軟體的版本號要控制得很好。

儲能產品的應用

現場維護問題分析

01

1.5 現場五

地址：14 Spearwood Rise,Cranbourne

E-KwBe序列編號：AC18BA1D12025

E-KwBe軟體版本：V1.0.3.0

逆變器型號及固件版本：GW2500-BP、01

現場情況描述：E-KwBe先連接固德威BP機之後BP機與陽光光伏逆變器連接構成併網系統，但固德威BP無法對E-KwBe放電，可以充電。

原因分析：固德威BP機所配電錶與BP機通信失敗或電錶損壞。

解決方法：已聯繫固德威售後人員，請固德威方面解決。

後期建議措施：與固德威、陽光等逆變器廠家售後建立實時聯絡關係，場維護時若能夠解決逆變器問題應及時解決，若不能解決應及時與逆變器廠家售後聯繫，說明具體問題，請逆變器廠家售後進行處理。

在以上問題中，最典型的就是通信問題，通信的接信問題。逆變器上，有些家庭用的是0.4元、0.5元通信的，有些則不是。

還有就是安裝電錶/線問題、主從機的設置、軟體版本號等問題。剛剛也和大家再三強調，軟體版本號一定要控制好。逆變器生產中，軟體版本號特別多，在分發到各個安裝商後，若逆變器的軟體版本不匹配，就會出現很多大問題。

02

1.5 現場六

地址：134Morgan Road,Inverleigh

E-KwBe序列編號：AD18BA1D12032、AD18BA1D12027

E-KwBe軟體版本：V1.0.3.0

逆變器型號及固件版本：SH5K、V21

原因分析：

1、安裝商沒有安裝規格書接線導致通訊中斷

2、沒有按照安裝說明書操作，亂使用電纜大小

上圖說明的是連接的問題，這可能跟安裝商的培訓有很大的關係，可以看到，很多線都沒有用膠布起來，而且都挨得特別近，這是非常危險的。

總結：

通過安裝問題總結出我們的設計及對安裝商的指導的重要性：通過安裝的問題以及客戶反饋的問題，對設計的重要性是不言而喻的。如果你站在工程師的角度，接線是很簡單的，但是當你站在安裝工人的角度，就有很多實際因素需要考量。

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