I. Aperçu de la surveillance du courant dans les systèmes de stockage d'énergie

Avec l'avancement de l'objectif ”double carbone”, le stockage d'énergie électrochimique a connu une croissance explosive. En 2024, la capacité installée cumulée du nouveau stockage d'énergie en Chine a dépassé 100 GW, dont le stockage d'énergie électrochimique occupe une position dominante. Dans les systèmes de stockage d'énergie, la surveillance précise du courant est essentielle pour garantir la sécurité du système, optimiser l'efficacité opérationnelle et prolonger la durée de vie de la batterie.

Les besoins actuels en matière de surveillance du système de stockage de l'énergie sont principalement les suivants :

• protection de la sécuritéDétection et réponse rapides en cas de surintensité, de court-circuit et d'autres états anormaux
• Calcul du SOC: Estimation de l'état de charge basée sur la méthode de comptage de Coulomb
• Mesure de l'énergieLes mesures précises de la puissance de charge/décharge, qui influent sur l'efficacité économique.
• Contrôle de l'égalisationLes systèmes d'égalisation actifs nécessitent un retour d'information précis sur le courant
• Évaluation de la santéAnalyse de l'état de santé de la batterie en fonction des caractéristiques de charge et de décharge

Architecture du système de gestion du stockage de l'énergie et points de détection actuels

2.1 Architecture centralisée du système de gestion des bâtiments

Adaptées aux petits systèmes de stockage d'énergie, toutes les fonctions de surveillance sont intégrées à une carte de contrôle principale, le point de détection du courant étant situé à la borne positive ou négative du bloc-batterie.

2.2 Architecture distribuée du système de gestion des bâtiments

Les architectures distribuées sont couramment utilisées pour les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle, notamment :

• Carte esclave (BMU)Responsable de l'acquisition de la tension et de la température d'une seule unité
• Unité de contrôle principale (BCU)Responsable de l'acquisition du courant, du calcul du SOC et de la gestion de la communication.
• Contrôleur de systèmeLe système de stockage de l'énergie : responsable de la coordination et du contrôle de l'ensemble du système de stockage de l'énergie.

2.3 Conception typique d'un point de détection

1. Courant total de la batterieShunt : Shunt aux bornes positives ou négatives de chaque groupe de cellules
2. PCS côté AC et DCSurveillance du courant côté courant continu et côté courant alternatif des convertisseurs de stockage d'énergie
3. Courant de dérivation parallèleLes réseaux de distribution d'électricité : Nécessité de surveiller la distribution du courant de dérivation lors de la connexion de plusieurs clusters en parallèle

Troisièmement, les points de sélection des déviateurs

3.1 Spécifications actuelles

Les systèmes de stockage d'énergie ont une large gamme de courants de fonctionnement et doivent choisir la bonne spécification en fonction de la capacité du système :

• Stockage d'énergie domestique (5-20kWh) : shunts 50-100A
• Stockage d'énergie commercial et industriel (100-500kWh) : shunt 200-500A
• Grandes installations de stockage d'énergie : 500-2000 A en dérivation ou connexions parallèles multiples

3.2 Exigences de précision

La précision de la détection du courant du système de stockage de l'énergie a une incidence directe sur la précision du comptage de l'énergie :

• Stockage d'énergie côté utilisateur : la précision du niveau de 0,5% peut répondre à la demande.
• Stockage d'énergie au niveau de la centrale électrique : précision de 0,2% ou meilleure recommandée
• Applications FM de pointe : caractéristiques de la réponse dynamique prises en compte, largeur de bande >10kHz

3.3 Coefficient de température

Le système de stockage d'énergie a une large plage de température de fonctionnement, et le coefficient de température du TCR shunt doit être ≤50ppm/°C, et ≤20ppm/°C pour les applications haut de gamme.

3.4 Conception thermique

La perte de puissance d'un shunt à courant élevé ne peut être ignorée. Si l'on prend l'exemple d'un shunt de 500A/50mV, la perte de puissance à pleine charge est de 25 W. Il est nécessaire de concevoir la structure de dissipation de la chaleur de manière raisonnable et de l'intégrer dans un système de refroidissement liquide si nécessaire.

IV. conception du circuit de conditionnement du signal

4.1 Circuits d'amplification

Le signal de tension émis par le shunt n'est généralement que de quelques dizaines de millivolts et doit être amplifié pour l'échantillonnage ADC. Programme couramment utilisé :

• amplificateur d'instrumentationRapport de réjection de mode commun élevé, adapté à l'amplification de signaux différentiels
• Amplificateurs à détection de courantLa puce : une puce dédiée avec un haut niveau d'intégration

4.2 Circuits d'isolation

La haute tension du système de stockage d'énergie (généralement de 400 à 1500 V) nécessite une isolation électrique des côtés haute et basse tension :

• amplificateur optique isolé: par exemple, AMC1311, ACPL-C87, etc.
• ADC isolé: par exemple AD7400, AMC1306, etc.
• Isolateur numérique + ADC normalLes coûts d'exploitation : Flexibilité et contrôle des coûts élevés

4.3 Sélection de l'ADC

Afin d'obtenir des mesures précises avec une large plage dynamique, il est recommandé d'utiliser des CAN sigma-delta 24 bits, tels que ADS1235, AD7177, etc. Le taux d'échantillonnage est sélectionné en fonction des exigences de l'application :

• Calcul du SOC : 10-100 Hz suffisent
• Fonction de protection : au-dessus de 1kHz
• Applications FM : 10 kHz et plus

V. Algorithmes logiciels et filtrage

5.1 Filtrage numérique

• filtre de moyenne mobileLe traitement : Simple et efficace, convient pour le lissage.
• Filtre de KalmanEstimation de l'état d'un système dynamique : Adapté à l'estimation de l'état d'un système dynamique
• filtrage passe-basÉlimination des bruits de haute fréquence

5.2 Compensation de la température

Malgré le faible TCR des shunts de haute qualité, une compensation logicielle est nécessaire sur une large plage de température. La valeur de la résistance est corrigée en temps réel en prenant la température du shunt (capteur NTC).

5.3 Comptage de Coulomb

L'intégration ampère-temps dans le calcul du SOC nécessite un échantillonnage de courant de haute précision, et plus la période d'échantillonnage est courte et plus la précision est élevée, plus l'erreur cumulative du SOC est faible.

VI. conception de la fiabilité

6.1 Conception redondante

La redondance de deux capteurs est recommandée pour les applications critiques :

• Détection double Shunt + capteur Hall
• Deux circuits de détection de shunt indépendants

6.2 Dépannage

• Détection de circuit ouvert : surveillance de l'état de la connexion shunt
• Étalonnage de la portée : détection du fait que le signal se trouve ou non dans une portée raisonnable.
• Contrôle de cohérence : comparaison des données des canaux redondants

6.3 Conception de la CEM

L'environnement électromagnétique complexe des systèmes de stockage d'énergie nécessite :

• Utiliser un câble blindé à paires torsadées pour les lignes de signaux
• Alignement des circuits imprimés en tenant compte de la séparation numérique-analogique
• Ajout de circuits de filtrage, le cas échéant

VII. respect des normes nationales

La détection du courant par le système de gestion du stockage de l'énergie doit être conforme aux normes nationales en vigueur :

• GB/T 34131-2023Spécification technique pour les systèmes de gestion de batterie pour le stockage de l'énergie électrique
• GB/T 43528-2023Exigences techniques relatives aux communications de gestion pour les batteries de stockage d'énergie électrochimique
• GB/T 36558-2018Conditions techniques générales pour les systèmes de stockage électrochimique de l'énergie pour les réseaux électriques

VIII. résumé et perspectives

La surveillance du courant du système de stockage de l'énergie est un élément essentiel de la conception du système de gestion du bâtiment, qui est directement lié à la sécurité, à l'économie et à la fiabilité du système. Avec l'expansion de l'échelle de stockage de l'énergie et l'amélioration des exigences de précision, les shunts de haute précision combinés à une technologie avancée de conditionnement des signaux continueront à jouer un rôle important dans le domaine du stockage de l'énergie. À l'avenir, avec le développement de la technologie numérique et intelligente, la surveillance du courant sera profondément combinée avec des algorithmes d'intelligence artificielle pour obtenir une estimation plus précise de l'état de la batterie et une maintenance prédictive.