储能市场潜力巨大

储能技术日新月异

全球各国当下都面临着新冠疫情和供应链短缺的双重压力[1]，储能技术正成为许多国家在推动碳中和和目标进程最关键的选择之一。全球新型储能市场也逆势而行，2021年依然保持着高速增长态势：新增装机规模和增长百分比分别为18.3GW以及185%。其中引领全球增长的依然是美、中、欧三巨头，三者合计占据了全球市场的80%。截至2022年，全球储能市场占比情况如图1。

    图1：全球储能市场占比情况

                （数据来源：中国能源研究会储能专委会、中关村储能行业技术联盟）

（一）应用场景

储能市场的核心应用场景可以分为3类，即发电侧、用户侧以及电网侧，除三大核心应用场景外，还有一类为辅助服务侧。

图2：储能三大核心应用场景

（图片来源：Choice数据）

^{新能源发电侧是其主要应用方向。目前储能主要应用于新能源并网为大电站配储，以满足电网在输配容量、电频波动控制等方面的需求，同时有效降低因电网滞后性导致的弃风弃光等问题[2]。}

其次，用户侧应用装机是其应用的次要方向，储能在用户侧主要是指与工商业、用户等分布式电源配套或作为独立储能电站应用。由于海外为市场化电价，在用户侧装机进行自发自用具备较高的经济性价值，当地的电价越高，其经济性就越显著。

再次，电网侧分应用装机的第三方向，主要指电力市场的调峰调频服务。由于新能源发电存在不稳定性、间歇性等问题，需要将储能系统接入电网，在调峰调频的指令下进行充放电调度。辅助服务侧的分应用装机占较小部分，主要为5G基站配储。

辅助服务指除前述场景外，由发电企业、电网经营企业和电力用户提供的服务，其中5G基站的产业化建设发展迅速，且5G基站功耗巨大配储具备必要性，未来基站配备用电源端的配储需求也将不断增大。

（二）储能技术

从全球储能项目构成看，比较成熟的储能技术分别为抽水蓄能和电化学储能，此外飞轮储能、氢气储能等在未来电力储能发展也有较好前景，电化学储能装机量的增长最为迅猛，成为推动储能市场发展的主要力量。

   表1：储能技术概况（部分）

储能系统产业链日趋完善

竞争格局逐渐明朗

（一）储能系统产业链基本结构

储能系统是以电池为核心的综合能源控制系统。主要包括

• 电芯、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）

^{等多个部分，其中电芯是储能系统的核心[3]。BMS、EMS以及PCS分工配合，分别执行电池的检测评估、数据采集以及控制调度等指令，与电芯共同构成能源控制系统。其中，Choice数据产业链研究平台将储能技术产业链分成上中下游三个环节。电化学储能产业链上游为电池、电池管理、能量管理系统以及储能变流器等设备供应商；中游为储能系统集成商、施工企业等；下游为终端应用客户，包括风／光／传统电站、电网公司、工业储能、家用储能等。储能产业链结构如图3。}

图3：储能产业链结构

（数据来源：Choice数据）

（二）储能产业链基本竞争格局

宁德时代等龙头企业在储能电池结构创新和材料体系上完善技术布局，建立全球竞争价格优势，加剧行业技术壁垒，有望率先受益于储能市场需求的爆发。因储能电池与动力电池同源，但对能量密度和循环次数的要求不同，所有生产动力电池的企业均可做储能电池。

从国内来看，储能产业链布局较为完善，产业链每个环节都有大量企业入局，包括不少国资背景企业。其中发展最为迅猛的是BMS、PCS两大环节，最为瞩目的宁德时代和比亚迪在这两大板块占据主要地位。国内储能企业情况概况如表2。

                                                  表2：国内储能产业链企业布局概况

储能专用电流传感器ES-600

开步睿思助力储能行业

（一）储能系统中的BMS和PCS与电流传感器

1、BMS与PCS

电池作为能源储备装置，其核心是充、放电性能中剩余容量估算及对电池的保护，而BMS需要具备精确测量该性能的能力。电池管理系统可视为电池安全卫士，主要功能就是智能化管理及维护各个电池单元，实时监控电池的剩余容量状态以避免出现电池出现过充电和过放电情况，尽可能地延长电池的使用寿命[4]。而电池管理系统平稳、安全可靠、高效运行过程中，电流传感器发挥了关键作用。

^{储能变流器（PCS）由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成，是电池管理系统的关键组成之一。其主要用来控制蓄电池的充、放电过程、进行交直流的变换以及保证在离网状态下直接为交流负荷供电。PCS可根据后台通过CAN通讯端口发出控制指令，对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节，最终确保电池运行安全[5]。而PCS控制器是否能捕捉到准确且迅速的电流以及功率指令信号，主要取决于电流传感器，因此BMS以及PCS中的电流传感器意义重大。}

2、电流传感器

电流传感器是一种检测装置，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，在电量测量和监测方面发挥了重要作用，是实现储能系统智能化、自动化的关键设备。电流传感器基于以下几种物理学原理进行电流测量。包括基于欧姆定律的分流器（shunt）、基于安培环路定律的电流传感器以及工业领域应用的霍尔（hall）电流传感器、磁通门（fluxgate）电流传感器等5种测量技术，还有一些利用磁场和其他物理学原理或效应的结合其他间接测量技术的电流传感器等等[6]。

目前我国市场上电流传感器相关产品较多，但普遍存在各种问题，其中最为典型的就是测量范围和测量精度的问题。首先，传统的电流传感器由于其测量范围有限，导致其在实现储能系统的应用场景也存在一定的局限性，只能在有限的测量范围内发出正确、有效的操作指令。而且，传统的电流传感器在保护出口短路的过程中，可能会出现在一侧电流下达到饱和的情况，而难以在很大的动态范围内实现电路的保护。

具体而言，传统的电流传感器的动态波动测量能力较弱，当蓄电池工作时电流波动大时，会同时出现毫安级别的充电电流和几百安培级别的放电电流，因此，需要解决好电流大幅度变化问题、电流极小的零点失调问题以及小电流测量精度问题，同时也要考虑电路的使用和维护等问题。

（二）开步储能专用ES-600电流传感器

随着新能源电动汽车与工业储能的发展，基于分流器的电流传感器已经得到了越来越多整车厂、电池厂以及储能集成商的认可，其中，深圳市开步电子有限公司（以下简称为“开步电子”）研发设计的高精度电流传感器系列产品更是得到了上述行业的普遍好评。高精度电流传感器对储能电站及直流充电桩的精确估算电能也起到了关键性的作用。

ES-600电流传感器是开步电子为储能系统专门研发的一款储能专用的高精度电流检测模块，模块包含高精度的ADC以及低温飘的分流器。ES-600中的高精度分流器的工作原理遵循欧姆定律，具有成本低、应用方便且精度高的优点；在此基础上，开步电子对其测量精度作出了改良设计，使其精度能够满足较高精度要求的电流测量应用。电流传感器串联在高压回路中，配置了电气绝缘措施，监测高压母线回路中的电流，克服了电流测量时电流误差过大、零点漂移大以及小电流的精度问题。高精度的ADC芯片用来采集模拟电压然后进行模数转化，与分流器组合进而实现电流及功率的灵活控制与精确测量，使ES-600具备电流检测精度高、超大量程电流检测能力等优点。

ES-600具体优势及实现技术原理如下：

(1)测量范围：ES-600电流传感器的测量电流范围为毫安级别到万安级别，最高可达22400A；电流传感器模块的供电电压范围是+5.5V到+36V。电流传感器可以很大程度上扩大其在工业实践中的应用范围，同时提高储能系统保护的可靠性、测量的精确性以及对高压系统保护的安全性。

(2)ES-600可自动补偿由于温度改变而导致的电阻值测量误差，电流测量精度至少可达到±0.1%。该模块通过快速地多次采样分流器端上的电压及温度，获得短时的多组数据，在将该多组数据带入超高精度电流数学模型中便可精确计算出当前电流值。该数学模型已消除了由于环境温度的变化、分流器自身发热带来的阻值漂移问题。

(3)电流传感器模块通过分流器模块，应用于高压母线中电流检测，可监测母线中双向电流。其ADC芯片可测量流经分流器上的双向电流而产生的正负电压值，最终实现双向直流电流的测量，且高低压完全隔离。因此可以运用在电池系统的总正端或总负端。

(4)模块采用了隔离的CAN2.0B接口实现对外通讯。ES-600电流传感器改进了传统产品对外接口设置，在原来的模拟电压或电流信号输出接口的基础上对接口模块进行了优化设计，不仅有利于扩大储能系统的应用和推广，而且很大程度上节省硬件成本。此外，CAN2.0B的设计使ES-600同时具备尺寸小，质量轻且抗干扰能力强等优点，使得电力系统运行得更加安全，结构更加合理。

ES-600电流传感器的电流监测动态范围很大。不管是在高压回路的正常运行状态下，还是回路中出现电流过大的故障时，都能准确反映电流的实际值，使其在测量和运行中实现储能系统的电路保护。另一方面，ES-600电流传感器精确测量可以有效的估算电池剩余容量，从而精确的估算出电池充电容量和放电容量，为储能系统电量精确估算提供了强有力的支撑，为储能系统在削峰填谷的经济模式提供技术保障。

参考文献

[1] 参见余娜：《增长速度超预期储能产业实现跨越式发展》，载《中国工业报》2022年5月。

[2] 参见中国华能集团公司：《电力技术监督专责人员上岗资格考试题库-风电电能质量监督》：北京：载《中国电力出版社》2014年6月。

[3] 参见全球能源互联网发展合作组织：《大规模储能技术发展路线图》,载《中国电力出版社》2020年7月。

[4] 参见周丽琛：《用于电动汽车电池管理系统的远程监控系统研究，哈尔滨工业大学。

[5] 参见其鲁：《电动汽车用锂离子二次电池第4版》，科学出版社2021年版。

[6] 参见和劭延，吴春会，田建君：《电流传感器技术综述》，载《电气传动》2018年1月。

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