A Système de stockage d'énergie par batterie(BESS) se compose principalement de batteries (pour le stockage d'énergie), de systèmes de conversion de puissance (convertisseurs PCS ou DC/DC), d'un contrôleur local, d'une unité de distribution d'énergie, d'un boîtier préfabriqué et d'autres équipements auxiliaires tels que des systèmes de protection contre la température et l'incendie. Sous la gestion unifiée du contrôleur local, le BESS fonctionne de manière indépendante ou reçoit des instructions d'un système de gestion de l'énergie (EMS) externe pour effectuer la planification de l'énergie et le contrôle de la puissance, garantissant ainsi un fonctionnement sûr et efficace. L'architecture BESS est illustrée dans la figure.
Une batterie est un appareil qui stocke de l’énergie grâce à des réactions chimiques. Il convertit l'énergie chimique en énergie électrique par le biais de réactions d'oxydo--réduction d'électrode entre les matériaux actifs à l'intérieur du boîtier de la batterie et produit de l'électricité vers un circuit externe sous forme de tension/courant. Par rapport aux batteries primaires non-rechargeables, les batteries secondaires utilisées dans le stockage d'énergie peuvent être chargées et déchargées à plusieurs reprises. Il s'agit principalement des batteries au plomb-acide, des batteries au lithium-ion, des batteries au vanadium et des batteries au sodium-soufre. Étant donné que le processus de charge et de décharge d'une batterie est essentiellement une réaction électrochimique, il s'accompagne souvent de phénomènes tels que la génération de chaleur, la cristallisation et le dégagement de gaz, qui affectent la durée de vie, l'efficacité et la sécurité de la batterie. De plus, pour augmenter la capacité et le niveau de tension des systèmes de stockage d'énergie, les batteries BESS se composent de plusieurs cellules de batterie connectées en parallèle ou en série-. Par conséquent, du point de vue de la sécurité, en particulier pour les batteries lithium-ion, qui présentent un risque d'explosion en cas de surcharge sévère ou de conditions de température extrêmement élevées-, un système de gestion de batterie (BMS) devient un composant très important du BESS. Le BMS surveille, protège, équilibre l'énergie et fournit des alarmes de panne pour les cellules et les groupes de batteries, améliorant ainsi l'efficacité globale et la durée de vie de la batterie de stockage d'énergie.
Un PCS (Power Conversion System) est la conversion de puissance et l’interface électrique entre la batterie et le réseau électrique ou la charge électrique. Bien que le coût du PCS ait continuellement diminué avec le développement et l'application de dispositifs électroniques de puissance, il détermine en grande partie la qualité de la puissance de sortie et les caractéristiques de l'ensemble du système de stockage d'énergie. En conjonction avec le BMS (Battery Management System), il affecte également la durée de vie et la sécurité de la batterie.
Le contrôleur local, grâce à la communication, à la détection des capteurs et à la surveillance des nœuds, prend connaissance de l'état de l'ensemble du système de stockage d'énergie, du contrôle logique, du fonctionnement coordonné des équipements principaux et auxiliaires et de la gestion des pannes, améliorant ainsi l'efficacité et la disponibilité du BESS. Les fonctions du contrôleur local sont assez flexibles et sa portée peut s'étendre en fonction du projet. Par exemple, dans un système de micro-réseau simple et à petite échelle-, le contrôleur local peut également étendre son contrôle aux équipements photovoltaïques, aux groupes électrogènes diesel et aux commutateurs de distribution CA. Dans une centrale électrique plus grande contenant plusieurs systèmes de stockage d'énergie, plusieurs contrôleurs locaux peuvent fonctionner en cascade pour effectuer des tâches plus complexes. Le contrôleur local de -niveau supérieur gère la coordination du démarrage-l'arrêt et la distribution d'énergie entre les systèmes de stockage d'énergie, tandis que les contrôleurs locaux de niveau-inférieur gèrent principalement le travail de contrôle pertinent au sein de leurs systèmes de stockage d'énergie respectifs.
Les modules préfabriqués, servant de support et de plate-forme aux systèmes de stockage d'énergie, assurent l'adaptabilité du système de stockage d'énergie à divers environnements complexes, possédant des fonctions telles que l'étanchéité, l'isolation thermique, la résistance au feu, la résistance aux vibrations et le blindage électromagnétique. En termes de forme structurelle, le choix dépend souvent des conditions naturelles et des coûts de main-d'œuvre du site du projet, avec des options comprenant des bâtiments fixes, des conteneurs ou des armoires extérieures. Les bâtiments fixes ont une période de construction plus longue et des coûts plus élevés ; tandis que les conteneurs et les armoires extérieures présentent certains avantages en termes de coûts de fabrication et de transport. Par conséquent, dans la plupart des projets actuels, les systèmes de stockage d'énergie de petite et moyenne taille (moins de 1 MWh), qui nécessitent une apparence plus esthétique, utilisent souvent des armoires extérieures ;
Tandis que les grands systèmes, qui nécessitent des niveaux de protection et une résistance structurelle plus élevés, utilisent principalement des conteneurs. En prenant les conteneurs comme exemple, comme le montre la figure, le corps du conteneur doit être conçu avec une résistance suffisante sur la base d'une analyse des contraintes de charge dynamiques et statiques, et le conteneur peut être modifié avec des poutres de renforcement supplémentaires si nécessaire. Dans le même temps, des composants auxiliaires tels que des panneaux d'évacuation et des verrous d'évacuation doivent être installés sur le conteneur conformément aux normes en vigueur.
Les autres équipements auxiliaires comprennent les jeux de barres de batterie et les armoires de protection (BCP), les armoires de commande et de distribution et les armoires de surveillance locales (en option). Dans certains projets de micro-réseaux, des équipements personnalisés tels qu'un appareillage de commutation peuvent également être installés au niveau de l'interface AC et gérés par un contrôleur local, devenant ainsi partie intégrante du BESS.