儲(chǔ)能市場潛力巨大儲(chǔ)能技術(shù)日新月異-----全球各國當(dāng)下都面臨著新冠疫情和供應(yīng)鏈短缺的雙重壓力[1]，儲(chǔ)能技術(shù)正成為許多國家在推動(dòng)碳中和和目標(biāo)進(jìn)程最關(guān)鍵的選擇之一。全球新型儲(chǔ)能市場也逆勢而行，2021年依然保持著高速增長態(tài)勢：新增裝機(jī)規(guī)模和增長百分比分別為18.3GW以及185%。其中引領(lǐng)全球增長的依然是美、中、歐三巨頭，三者合計(jì)占據(jù)了全球市場的80%。截至2022年，全球儲(chǔ)能市場占比情況如圖1。

圖1：全球儲(chǔ)能市場占比情況

（數(shù)據(jù)來源：中國能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)、中關(guān)村儲(chǔ)能行業(yè)技術(shù)聯(lián)盟）

（一）應(yīng)用場景

儲(chǔ)能市場的核心應(yīng)用場景可以分為3類，即發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)，除三大核心應(yīng)用場景外，還有一類為輔助服務(wù)側(cè)。

圖2：儲(chǔ)能三大核心應(yīng)用場景（圖片來源：Choice數(shù)據(jù)）

新能源發(fā)電側(cè)是其主要應(yīng)用方向。目前儲(chǔ)能主要應(yīng)用于新能源并網(wǎng)為大電站配儲(chǔ)，以滿足電網(wǎng)在輸配容量、電頻波動(dòng)控制等方面的需求，同時(shí)有效降低因電網(wǎng)滯后性導(dǎo)致的棄風(fēng)棄光等問題[2]。

其次，用戶側(cè)應(yīng)用裝機(jī)是其應(yīng)用的次要方向，儲(chǔ)能在用戶側(cè)主要是指與工商業(yè)、用戶等分布式電源配套或作為獨(dú)立儲(chǔ)能電站應(yīng)用。由于海外為市場化電價(jià)，在用戶側(cè)裝機(jī)進(jìn)行自發(fā)自用具備較高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)值，當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)越高，其經(jīng)濟(jì)性就越顯著。

再次，電網(wǎng)側(cè)分應(yīng)用裝機(jī)的第三方向，主要指電力市場的調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)。由于新能源發(fā)電存在不穩(wěn)定性、間歇性等問題，需要將儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)，在調(diào)峰調(diào)頻的指令下進(jìn)行充放電調(diào)度。輔助服務(wù)側(cè)的分應(yīng)用裝機(jī)占較小部分，主要為5G基站配儲(chǔ)。

輔助服務(wù)指除前述場景外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)，其中5G基站的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)發(fā)展迅速，且5G基站功耗巨大配儲(chǔ)具備必要性，未來基站配備用電源端的配儲(chǔ)需求也將不斷增大。

（二）儲(chǔ)能技術(shù)從全球儲(chǔ)能項(xiàng)目構(gòu)成看，比較成熟的儲(chǔ)能技術(shù)分別為抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能，此外飛輪儲(chǔ)能、氫氣儲(chǔ)能等在未來電力儲(chǔ)能發(fā)展也有較好前景，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量的增長最為迅猛，成為推動(dòng)儲(chǔ)能市場發(fā)展的主要力量。

表1：儲(chǔ)能技術(shù)概況（部分）

儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善競爭格局逐漸明朗

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（一）儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈基本結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)能系統(tǒng)是以電池為核心的綜合能源控制系統(tǒng)。主要包括

電芯、能量管理系統(tǒng)（EnergyManagementSystem，EMS）

電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS）

儲(chǔ)能變流器（PowerConversionSystem，PCS）

等多個(gè)部分，其中電芯是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心[3]。BMS、EMS以及PCS分工配合，分別執(zhí)行電池的檢測評(píng)估、數(shù)據(jù)采集以及控制調(diào)度等指令，與電芯共同構(gòu)成能源控制系統(tǒng)。其中，Choice數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈研究平臺(tái)將儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈分成上中下游三個(gè)環(huán)節(jié)。電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈上游為電池、電池管理、能量管理系統(tǒng)以及儲(chǔ)能變流器等設(shè)備供應(yīng)商；中游為儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商、施工企業(yè)等；下游為終端應(yīng)用客戶，包括風(fēng)／光／傳統(tǒng)電站、電網(wǎng)公司、工業(yè)儲(chǔ)能、家用儲(chǔ)能等。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3：儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)來源：Choice數(shù)據(jù)）

（二）儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈基本競爭格局寧德時(shí)代等龍頭企業(yè)在儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和材料體系上完善技術(shù)布局，建立全球競爭價(jià)格優(yōu)勢，加劇行業(yè)技術(shù)壁壘，有望率先受益于儲(chǔ)能市場需求的爆發(fā)。因儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池同源，但對(duì)能量密度和循環(huán)次數(shù)的要求不同，所有生產(chǎn)動(dòng)力電池的企業(yè)均可做儲(chǔ)能電池。

從國內(nèi)來看，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善，產(chǎn)業(yè)鏈每個(gè)環(huán)節(jié)都有大量企業(yè)入局，包括不少國資背景企業(yè)。其中發(fā)展最為迅猛的是BMS、PCS兩大環(huán)節(jié)，最為矚目的寧德時(shí)代和比亞迪在這兩大板塊占據(jù)主要地位。國內(nèi)儲(chǔ)能企業(yè)情況概況如表2。

表2：國內(nèi)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)布局概況

儲(chǔ)能專用電流傳感器ES-600開步睿思助力儲(chǔ)能行業(yè)-----（一）儲(chǔ)能系統(tǒng)中的BMS和PCS與電流傳感器

1、BMS與PCS電池作為能源儲(chǔ)備裝置，其核心是充、放電性能中剩余容量估算及對(duì)電池的保護(hù)，而BMS需要具備精確測量該性能的能力。電池管理系統(tǒng)可視為電池安全衛(wèi)士，主要功能就是智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的剩余容量狀態(tài)以避免出現(xiàn)電池出現(xiàn)過充電和過放電情況，盡可能地延長電池的使用壽命[4]。而電池管理系統(tǒng)平穩(wěn)、安全可靠、高效運(yùn)行過程中，電流傳感器發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

儲(chǔ)能變流器（PCS）由DC/AC雙向變流器、控制單元等構(gòu)成，是電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成之一。其主要用來控制蓄電池的充、放電過程、進(jìn)行交直流的變換以及保證在離網(wǎng)狀態(tài)下直接為交流負(fù)荷供電。PCS可根據(jù)后臺(tái)通過CAN通訊端口發(fā)出控制指令，對(duì)電池進(jìn)行充電或放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)，最終確保電池運(yùn)行安全[5]。而PCS控制器是否能捕捉到準(zhǔn)確且迅速的電流以及功率指令信號(hào)，主要取決于電流傳感器，因此BMS以及PCS中的電流傳感器意義重大。

2、電流傳感器電流傳感器是一種檢測裝置，并能將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，在電量測量和監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用，是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。電流傳感器基于以下幾種物理學(xué)原理進(jìn)行電流測量。包括基于歐姆定律的分流器（shunt）、基于安培環(huán)路定律的電流傳感器以及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的霍爾（hall）電流傳感器、磁通門（fluxgate）電流傳感器等5種測量技術(shù)，還有一些利用磁場和其他物理學(xué)原理或效應(yīng)的結(jié)合其他間接測量技術(shù)的電流傳感器等等[6]。

目前我國市場上電流傳感器相關(guān)產(chǎn)品較多，但普遍存在各種問題，其中最為典型的就是測量范圍和測量精度的問題。首先，傳統(tǒng)的電流傳感器由于其測量范圍有限，導(dǎo)致其在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用場景也存在一定的局限性，只能在有限的測量范圍內(nèi)發(fā)出正確、有效的操作指令。而且，傳統(tǒng)的電流傳感器在保護(hù)出口短路的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)在一側(cè)電流下達(dá)到飽和的情況，而難以在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)。

具體而言，傳統(tǒng)的電流傳感器的動(dòng)態(tài)波動(dòng)測量能力較弱，當(dāng)蓄電池工作時(shí)電流波動(dòng)大時(shí)，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)毫安級(jí)別的充電電流和幾百安培級(jí)別的放電電流，因此，需要解決好電流大幅度變化問題、電流極小的零點(diǎn)失調(diào)問題以及小電流測量精度問題，同時(shí)也要考慮電路的使用和維護(hù)等問題。

（二）開步儲(chǔ)能專用ES-600電流傳感器

隨著新能源電動(dòng)汽車與工業(yè)儲(chǔ)能的發(fā)展，基于分流器的電流傳感器已經(jīng)得到了越來越多整車廠、電池廠以及儲(chǔ)能集成商的認(rèn)可，其中，深圳市開步電子有限公司（以下簡稱為“開步電子”）研發(fā)設(shè)計(jì)的高精度電流傳感器系列產(chǎn)品更是得到了上述行業(yè)的普遍好評(píng)。高精度電流傳感器對(duì)儲(chǔ)能電站及直流充電樁的精確估算電能也起到了關(guān)鍵性的作用。

ES-600電流傳感器是開步電子為儲(chǔ)能系統(tǒng)專門研發(fā)的一款儲(chǔ)能專用的高精度電流檢測模塊，模塊包含高精度的ADC以及低溫飄的分流器。ES-600中的高精度分流器的工作原理遵循歐姆定律，具有成本低、應(yīng)用方便且精度高的優(yōu)點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，開步電子對(duì)其測量精度作出了改良設(shè)計(jì)，使其精度能夠滿足較高精度要求的電流測量應(yīng)用。電流傳感器串聯(lián)在高壓回路中，配置了電氣絕緣措施，監(jiān)測高壓母線回路中的電流，克服了電流測量時(shí)電流誤差過大、零點(diǎn)漂移大以及小電流的精度問題。高精度的ADC芯片用來采集模擬電壓然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，與分流器組合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流及功率的靈活控制與精確測量，使ES-600具備電流檢測精度高、超大量程電流檢測能力等優(yōu)點(diǎn)。

ES-600具體優(yōu)勢及實(shí)現(xiàn)技術(shù)原理如下：(1)測量范圍：ES-600電流傳感器的測量電流范圍為毫安級(jí)別到萬安級(jí)別，最高可達(dá)22400A；電流傳感器模塊的供電電壓范圍是+5.5V到+36V。電流傳感器可以很大程度上擴(kuò)大其在工業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用范圍，同時(shí)提高儲(chǔ)能系統(tǒng)保護(hù)的可靠性、測量的精確性以及對(duì)高壓系統(tǒng)保護(hù)的安全性。

(2)ES-600可自動(dòng)補(bǔ)償由于溫度改變而導(dǎo)致的電阻值測量誤差，電流測量精度至少可達(dá)到±0.1%。該模塊通過快速地多次采樣分流器端上的電壓及溫度，獲得短時(shí)的多組數(shù)據(jù)，在將該多組數(shù)據(jù)帶入超高精度電流數(shù)學(xué)模型中便可精確計(jì)算出當(dāng)前電流值。該數(shù)學(xué)模型已消除了由于環(huán)境溫度的變化、分流器自身發(fā)熱帶來的阻值漂移問題。

(3)電流傳感器模塊通過分流器模塊，應(yīng)用于高壓母線中電流檢測，可監(jiān)測母線中雙向電流。其ADC芯片可測量流經(jīng)分流器上的雙向電流而產(chǎn)生的正負(fù)電壓值，最終實(shí)現(xiàn)雙向直流電流的測量，且高低壓完全隔離。因此可以運(yùn)用在電池系統(tǒng)的總正端或總負(fù)端。

(4)模塊采用了隔離的CAN2.0B接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外通訊。ES-600電流傳感器改進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)品對(duì)外接口設(shè)置，在原來的模擬電壓或電流信號(hào)輸出接口的基礎(chǔ)上對(duì)接口模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅有利于擴(kuò)大儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，而且很大程度上節(jié)省硬件成本。此外，CAN2.0B的設(shè)計(jì)使ES-600同時(shí)具備尺寸小，質(zhì)量輕且抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行得更加安全，結(jié)構(gòu)更加合理。

ES-600電流傳感器的電流監(jiān)測動(dòng)態(tài)范圍很大。不管是在高壓回路的正常運(yùn)行狀態(tài)下，還是回路中出現(xiàn)電流過大的故障時(shí)，都能準(zhǔn)確反映電流的實(shí)際值，使其在測量和運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電路保護(hù)。另一方面，ES-600電流傳感器精確測量可以有效的估算電池剩余容量，從而精確的估算出電池充電容量和放電容量，為儲(chǔ)能系統(tǒng)電量精確估算提供了強(qiáng)有力的支撐，為儲(chǔ)能系統(tǒng)在削峰填谷的經(jīng)濟(jì)模式提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)[1]參見余娜：《增長速度超預(yù)期儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展》，載《中國工業(yè)報(bào)》2022年5月。[2]參見中國華能集團(tuán)公司：《電力技術(shù)監(jiān)督專責(zé)人員上崗資格考試題庫-風(fēng)電電能質(zhì)量監(jiān)督》：北京：載《中國電力出版社》2014年6月。[3]參見全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織：《大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖》,載《中國電力出版社》2020年7月。[4]參見周麗?。骸队糜陔妱?dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)。[5]參見其魯：《電動(dòng)汽車用鋰離子二次電池第4版》，科學(xué)出版社2021年版。[6]參見和劭延，吳春會(huì)，田建君：《電流傳感器技術(shù)綜述》，載《電氣傳動(dòng)》2018年1月。

審核編輯 黃宇