1MWh集装箱式储能系统

1MWh集装箱式储能系统介绍天津力神电池股份有限公司TIANJINLISHNBATTERYJOINT-STOCKCO.,LTD.电池模块设计方案22集装箱设计方案331MWh1MWh储能系统集成方案储能系统集成方案11目录热管理设计方案44测试551MWh储能系统集成方案介绍优异的循环寿命：——在DOD80每天一充一放的情况下运行8年后，电池系统总容量不低于初始容量的80%高倍率充放电性能，放电倍率最高可达2C优异的一致性性能内容参数额定容量1MWh电池LP44147272120Ah电池模块12S2P系统总串并数192S16P电池簇数8簇对外接口M16螺栓工作温度范围-40℃~60℃RS485x2/CANx1/Ethernet10/100Mx2/1MWh集装箱式储能系统特点1MWh储能系统性能优势优异的一致性性能友好的调度：标准对外通信协议，实现可靠对外通信，友好调度高集成度：——以集装箱为载体，集1MWh电池系统、BMS、环境监控系统于一体高度环境适应性，可实现在高海拔、极寒、风沙地区应用稳定优异的安全性能对外通信RS485x2/CANx1/Ethernet10/100Mx2/RS232x2电压使用范围480V-700.8V充放电倍率最大2C电流采集精度≤±1%温度采集精度±1℃电压采集周期≤10ms电流采集周期≤10ms温度采集周期≤100ms历史数据存储≥30天数据集中管理；系统集中控制；系统集中对外输出；高度可靠性：AC、DC双电源供电，可实现黑启动、无市电工作，高度满足微网系统应用；模块式设计；完善热管理设计；智能一体化的集装箱设计。1MWh储能系统设计亮点1MWh集装箱式储能系统特点1MWh集装箱式储能系统配置图电池模块性能参数参数名称技术指标单位电池类型LP44147272120Ah电池成组12S2P标称电压38.4V标称容量240Ah标称容量240Ah工作电压范围30-43.8V充放电倍率0.5C外观尺寸（深*宽*高）639*526*320.8mm电池系统重量120Kg运行环境温度0-45℃存储温度范围25-35℃电池模块设计优势电池模块散热结构设计为保证系统运行时电池模组拥有良好的工作环境，电池模组的外壳采用绝缘材料，在钣金箱体上下、左右开孔设计以达到内部通风散热的效果，空气自储能模块下方进入，由箱体顶部排出，保证电池组内空气流动迅速性与均匀性。两侧散热孔以保证电池系统在工作时释放的热量顺畅散出。电池模组散热设计示意图如下图所示：电池模块防“鼓包”结构设计电池在常大气压下工作的正常鼓胀量在4mm之内，根据以往项目经验，电池鼓胀量在2mm左右，单侧1mm左右。成组设计时，电池间隙控制在8mm之内。•防“鼓包”方案电池鼓胀最大位置在电池中间部分。在电池支架的设计中添加的2道（每道3个支撑柱）控制电池鼓胀的支撑柱。支架的支撑柱与电池表面留有单侧2mm间隙，允许电池正常故障量。一旦发生鼓胀，至预留间隙量时，电池表面与支撑柱接触，以防止电池继续鼓胀。防“鼓包”设计示意图如下图所示：电池模块设计优势时，电池表面与支撑柱接触，以防止电池继续鼓胀。防“鼓包”设计示意图如下图所示：针对电池在充电时的析出氢气造成电池“鼓包”情况，我们做了大量的实验。•实验方法首先将电池安装夹板，致于负压环境下（海拔5000米大气压环境）持续30天。•实验结果最大鼓胀量电芯在0.8mm。电池模块设计优势电池组易维护性设计电池模块的设计充分考虑到项目现场位于高海拔地区，交通不便利，本方案所设计的电池组在安装、更换、维护等方面确保快捷方便。运输：模块4个立梁处安装有把手，截面为椭圆形便于搬运；安装：模块与集装箱内部机架配合，模块前端固定后端限位；更换：模块与集装箱机架使用便于拆卸及更换的结构设计；维护：模块前面板直接安装BMU，并留有维护端口，在不拆模块的情况下即可进行日常维护；连接器：模块总极端采用大电流接插式连接器。电池组安全设计安全间隙考虑：模块壳体爬电距离：模块壳体内部爬电间距大于国标要求。铜排间隙：电池包连接铜排间距大于35mm，防止短路及爬电现象。紧固件安全间隙：紧固件与电联接材料间距大于国标要求。电池间隙：考虑到高海拔作业，模块材料经降容计算后，由支架保证电池间隙大于安全距离，有效避免短路、爬电等现象。集装箱设计亮点强有力的实践经验支持完善的温度控制系统自动灭火系统视频监控系统逃生门设计门禁报警系统结构紧凑，布局合理集装箱防护等级为IP54，承重36吨，集装箱内部所有紧固件均采用不锈钢材质。集装箱喷涂均一颜色，色号为RAL7035。底板载荷底板承受下列静载荷，无塑性变形或损坏：集中载荷：10kN/0.25m2；（500mm*500mm面积上）顶板载荷顶板承受下列静载荷，无塑性变形或损坏：集装箱性能优势集中载荷：3kN/0.18m2;（600mm*300mm面积上）防水性：箱体顶部不积水、不渗水、不漏水，箱体侧面不进雨，箱体底部不渗水。出厂前进行淋雨试验，试验内容：处于工作状态，门、翻板、窗、孔口关闭，降雨强度为5mm/min～7mm/min，试验时间为1h，舱内和舱壁及各孔口内部不应有渗水或漏水。防火性：集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部为阻燃材料。防尘（防风沙）：集装箱的进、出风口和设备的进风口加装有可方便更换的标准通风过滤网，同时，在遭遇大风扬沙电气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部。保温性：集装箱侧墙、顶部、门、底部均采用80mm岩棉，保证在集装箱内外温差为60℃（青海极限温度范围-34.4℃~24.9℃）的环境情况下，传热系数应不大于0.06W/(m2·℃)。防腐性：集装箱整体结构框架均采用优质钢材加工而成，所有钢制零、部件均进行抛丸喷砂预处理，喷涂富锌底漆。底漆有效厚度不小于30μm，中层底漆有效厚度不小于40μm，外层面漆有效厚度不小于40μm，涂层有效厚度不小于110μm。钢板的涂层中均加入紫外线吸收剂。在实际使用环境条件下，集装箱的外观、机械强度、腐蚀程度等在25年内满足实际使用的要求。集装箱性能优势25防震：集装箱屋顶的钢板有效厚度2.0mm，外壁钢板的有效厚底1.6mm，内壁钢板的有效厚底0.8mm，均采用宝钢、武钢等国内知名钢厂生产的高品质钢板产品。集装箱出厂前会进行吊装、承重、跑车试验，可以保证运输和地震条件下集装箱及其内部设备的机械强度满足要求，不出现变形、功能异常、震动后不运行等故障。防紫外线：全部钢板的涂层中均已加入紫外线吸收剂。集装箱内外材料的性质不会因为紫外线的照射发生劣化、不会吸收紫外线的热量等。动力配电系统：动力配电箱具有防雷模块、漏电保护、过流、过压、欠压等功能。监控系统：提供监控及门禁报警功能，在总的通讯监控室可以实时观察设备室（集装箱）内的设备情况，当有人强行试图打开设备室（集装箱）门时门禁产生威胁性报警信号，同时，通过以太网远程通信方式向监控后台报警，该报警功能应可以由用户屏蔽。自动灭火及应急照明系统：1.灭火材料选用七氟丙烷2.灭火系统的灭火控制分为两种：一、自动部分：烟雾报警器感知火警，并自动灭火；二、手动部分。集装箱辅助系统介绍分。3.集装箱内应配置烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器、应急灯等必不可少的安全设备，烟雾传感器和温度传感器必须和系统的控制开关形成电气连锁，一旦检测到故障，集装箱必须通过声光报警和远程通信的方式通知用户，同时，切掉正在运行的锂电池成套设备；接地防雷系统：装箱内动力配电盒内安装有防感应雷引起的雷电浪涌和其他原因引起的过电压的防雷模块。集装箱设置两个100*4mm铜排接地点，位于集装箱的对角线位置。集装箱内直流汇流设备及其安装底座、动力配电柜等与通讯监控设备及其安装底座有直接电气通路的非功能性导电导体通过内部接地网统一连接到接地点铜排。集装箱配应急逃生门。热管理方案设计依据1MWh储能系统所在地是常年低温的情况，因此热管理方案的设计集中在低温启动环节，集装箱保温与制热工作是重点。集装箱内部增加空调冷热系统，用于调节控制系统在低温环境中，系统顺利运行。在集装箱密闭空间内，空调加热是十分困难的，加热的空气会向上移动，形成严重的冷热分层，热源全部集中在集装箱的顶部（在封闭的空间，在热源以上的空间，每升高1米，温度升高1-2℃。）这意味着严重的能耗，让开支白白浪费，更意味着地面永远达不到所希望的温度。在集装箱内部空间通过空调的风道设计，合理利用热源与冷源，从而消除冷热分层，降低能耗，并且有效提高地面温度。风道介绍：空调、电池紧贴墙面，空调从顶部送风，设置风道，由近及远，高度逐渐降低（为加大风压），在电池架间隔处开孔，将冷风由上往下引入电池表面。该方案特点：冷量充足，加热量较大。集装箱内部温控策略在冬季与春季，即外部环境温度为-20℃～-3℃与-14℃～2℃情况下，在系统启动前，开启空调制热功能（将整个集装箱室温调整均匀，在10℃情况下），空调待机。在夏季与秋季，即外部环境温度为0℃～13℃与-2℃～11℃情况下，通过自然散热与空调强制制集装箱系统在各个情况下，使用的热管理的策略为：冷方式，降低整个系统的温度。系统启动后，整个系统的温度升温在10-20℃之间，即集装箱内部温度高于外部环境温度，通过热传导即可调节集装箱内部温度。其他情况，如系统频繁进行充放电，造成集装箱内部温度骤升，通过自然散热方式无法迅速降低温度。造成系统内部热量积累，故需要开启空调制冷进行快速降温。热管理方案理论计算集装箱空间为：12192*2438*2591假设房间里充满空气，体积为：77m³外界环境温度以极限温度-30℃来计算，在低于0℃的情况下，系统不能启动，即系统处于待机状态。以下为系统从待机状态到启动状态下，需要的加热量与加热时间。若外界环境温度高于-30℃但低于0℃，加热时间与加热量也会相应减少。1.系统从待机到启动的加热量计算（即集装箱在室外-30℃升温至0℃需要的加热量计算过程）集装箱所有电池的本身从-30℃升到0℃需要的热量:电池舱室向外传导的热量电池舱室从-30℃升到0℃的情况下，（室外-30℃，保温层80mm,导热系数0.04W/(m·℃)Q=KTA/d其中，K=0.04W/(m·℃)T为温度变化（室内外温度变化）A为室内向外散热面积D为保温棉厚度所以，Q1=0.05*30*133/0.08=2650W=2.65KWQ2=C*M*△T=2060J/kg.℃*（192*90）*30=1067904KJ舱室内空气从-30℃到0℃，需要的热量:空气质量为：77×1.29=99.33kgQ3=C*M*△T=1.4J/kg.℃*99.33kg*30=4.17186KJ集装箱内电池框架及电池箱体从-30℃到0℃，需要的热量:Q4=C*M*△T=448J/kg.℃*4000kg*30=53760KJ集装箱内部温度从-30℃加热到0℃，经过12h需要的加热器的功率如下：Q5=(Q2+Q3+Q4)/T+Q1=(1067904+4.17186+53760)/12*3600+2.65=27KW集装箱内部温度从-30℃加热到0℃，经过24h需要的加热器的功率如下：Q5=(Q2+Q3+Q4)/T+Q1=(1067904+4.17186+53760)/24*3600+2.65=14.8KW在实际系统应用中，考虑到在使用中开门漏热或其他意外情况，可能会造成加热时间加长的情况出现。热管理方案理论计算2.系统从待机到启动的加热时间3.电池发热量及温差单独电池模块：12S2P电池模块的热损耗：（以130AH电池为单位,1C充放电，)Pdiss1=(1/98%-1)*P=200W其中，一个模块的功率P=U*I=12*3.2*2*130*1=9984w整个集装箱发热功率大约在10KW左右。以一个集装箱为单位计算在环境温度为20℃的情况下，电池方面的温升：一个小时产生的热量：Q1=10000*3600=36000KJ；集装箱内部所有电池的本身温升△T需要的热量：