CN115498671A - 一种集装箱式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱式储能系统，包括：集装箱，分为电气舱、电池舱、消防间和空调外机间；电池系统，包括电池柜和电源管理系统，电池系统布置在电池舱中；变流系统，包括配电柜和逆变柜，变流系统布置在电气舱中；配电系统，包括不间断电源模块，配电系统布置在电气舱中；通风设备，包括电池舱空调外机、电池舱空调内机、电气舱空调、换气风机和应急排风机；电池舱空调外机布置在空调外机间；电池舱空调内机布置在电池舱中；换气风机和应急排风机布置在电气舱中；其中，电源管理系统包括：电池管理单元，电池簇管理单元和电池堆管理系统；电池管理单元和电池簇管理单元均采用主芯片和辅助芯片协同工作的模式，通过辅助芯片实现过热保护。

Description

一种集装箱式储能系统

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，具体涉及一种集装箱式储能系统。

背景技术

储能技术成为发展和建设智能电网的关键技术之一，其具有改善电网的低能质量，加大可再生能源的利用率。随着新一代锂电池材料的迅速发展，以及电池技术的进一步提高，使得锂电池在储能方面的应用有广泛的空间。集装箱式电池储能系统具有技术成熟、大容量、可移动、可靠性高、无污染、噪音低、适应性强、可扩充、便于安装等优点，所以集装箱储能系统作为电力系统的储能电源，是未来储能的发展方向。

现有的集装箱式储能柜在恶劣环境中，例如高温干燥地区，长期运行时在消防问题上仍存在不足。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种集装箱式储能系统，以解决现有技术中户外集装箱式储能柜在恶劣环境中运行时在消防方面仍存在不足的问题。

本发明实施例提供了一种集装箱式储能系统，包括：

集装箱，分为电气舱、电池舱、消防间和空调外机间；

电池系统，包括电池柜和电源管理系统，电池系统布置在电池舱中；

变流系统，包括配电柜和逆变柜，变流系统布置在电气舱中；

配电系统，包括不间断电源模块，配电系统布置在电气舱中；

通风设备，包括电池舱空调外机、电池舱空调内机、电气舱空调、换气风机和应急排风机；电池舱空调外机布置在空调外机间；电池舱空调内机布置在电池舱中；换气风机和应急排风机布置在电气舱中；

其中，电源管理系统包括：

电池管理单元，用于对单体电芯的温度和电压进行监测；

电池簇管理单元，用于对电池簇的总电压、总电流进行监测，从而对电池簇的充电过程和放电过程进行安全管理；

电池堆管理系统，用于对电池簇接入汇流排时进行充放电管理；电池堆管理系统还用于对电池簇的使用方式进行接收控制；

电池管理单元和电池簇管理单元均采用主芯片和辅助芯片协同工作的模式，通过辅助芯片实现过热保护。

可选地，电池系统由8个电池柜并联组成；每个电池柜由16个电池包串联并配1个高压箱组成；每个电池包由2个电池模组串联组成；每个电池模组由2并6串电芯组成。

可选地，还包括：

消防系统、可燃气体探测系统、紧急切断系统和人员安全系统。

可选地，还包括：

防爆可燃气体探测器、防爆温度传感器、防爆烟雾传感器、第一消防喷头、防爆应急灯、第一防爆限位开关和第二防爆限位开关，设置在电池舱中；其中，第一防爆限位开关设置在电池舱与电气舱之间的舱壁上；第二防爆限位开关设置在与第一防爆限位开关相对的电池舱的舱壁上。

可选地，还包括：

烟雾传感器、温度传感器和第二消防喷头，设置在电气舱中。

可选地，空调外机间为敞开式空间，与外部空气直接接触。

可选地，还包括：

防火风闸，设置在换气风机管道中对应配电柜和辅助柜之间的位置；

第一防火门，设置在电池舱与电气舱相接的舱壁处；

第二防火门，设置在电池舱空调内机所在舱壁处；

第三防火门，设置在电池舱与电气舱相对的舱壁处。

可选地，还包括：

当防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于设置的爆炸下限20%时发出报警，并关闭通风设备和照明设备，使储能系统紧急停机，交流主回路、电池系统的主回路断开，打开电动百叶窗，启动应急排风机，将可燃气体排出集装箱；

当防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于其爆炸下限40%时发出报警，关闭应急排风机和通风口，切断电源管理系统的电源，触发火警；

若发生火灾，且换气风机管道内温度上升到70℃±3℃以上时，防火风闸自动关闭，以达到区域隔离，避免火势沿风道蔓延至其它区域；

在启动应急排风机后，若通过风感器监测到换气风机未运行，则发出报警信号给上级监控系统。

可选地，辅助柜包括PCS柜、变压器模块和配电系统，其中：

PCS柜包括控制单元、电压采样卡、光纤通讯卡、智能操作键盘及键盘座、交流上电缓冲组件、功率模块、LCL滤波组件、触摸屏、直流熔断器、直流接触器、直流上电缓冲组件和交流断路器；

变压器模块包括变压器和预充磁变压器；

配电系统包括：断路器、PAC模块、交换机、DC24V UPS、开关电源和熔断器。

本发明实施例的有益效果：

储能系统包含电池系统、变流系统、配电系统，安全防护系统、温控系统、通风、照明等辅助设备组成，所有设备布置于集装箱。硬件方面上通过设置半自动的消防设备、软件上通过设置主芯片和辅助芯片过热保护的工作模式，提高户外集装箱式储能柜在消防方面的可靠性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的系统框图；

图2示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的主回路拓扑图；

图3示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的设备布局图之一；

图4示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的设备布局图之二；

图5示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的设备布局图之三；

图6示出了本发明实施例中一种集装箱式储能系统的电池系统框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种集装箱式储能系统，如图1~图5所示，包括：集装箱分为电气舱1、电池舱2、消防间3和空调外机间4。电池系统，包括电池柜201~208和电源管理系统，电池系统布置在电池舱2中。变流系统，包括配电柜101和逆变柜102，变流系统布置在电气舱中。配电系统，包括不间断电源模块，配电系统布置在电气舱中。通风设备，包括电池舱空调外机401、电池舱空调内机402、换气风机104和应急排风机105；电池舱空调外机布置在空调外机间；电池舱空调内机布置在电池舱中；换气风机104和应急排风机105布置在电气舱中。其中，电源管理系统包括：电池管理单元，用于对单体电芯的温度和电压进行监测。电池簇管理单元，用于对电池簇的总电压、总电流进行监测，从而对电池簇的充电过程和放电过程进行安全管理。电池堆管理系统，用于对电池簇接入汇流排时进行充放电管理；电池堆管理系统还用于对电池簇的使用方式进行接收控制。电池管理单元和电池簇管理单元均采用主芯片和辅助芯片协同工作的模式，通过辅助芯片实现过热保护。

在本实施例中，通过将电池系统的BMS系统分成三级管理，底层电池管理单元用于监测单体电芯的温度和电压，采用主芯片和辅助芯片实现过热保护功能。中间层电池簇管理单元BCU监测整簇电池的总电压、总电流有效地对电池簇充、放电过程进行安全管理，监测电池簇的工作状态和绝缘电阻，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理。向下收集电池管理单元BMU信息，实现电池单体过欠压保护、电池单体过热保护、电池簇过流保护、电池簇过欠压保护、通信故障保护等，并向上层电池堆管理系统BAS提供信息。最高层为电池堆管理系统BAS对整个储能电池堆的电池进行集中管理，保证电池安全、可靠、稳定的运行。通过收集到的数据可以实现电池系统的过欠压保护、过流保护、热管理故障保护、绝缘电阻低保护、低电量保护、通信故障保护等；对电池组的使用方式进行接收控制，如启动、停止信号、急停控制、报警输出等；对电池组以外的系统进行综合通讯，统一汇总传输所有电池簇的信息。当BMU主芯片发生故障，BMU辅助芯片正常运行时，由辅助芯片向电池簇管理单元上传温度信息。当BCU辅助芯片通过串口监测到BCU主芯片发生故障时，由BCU辅助芯片控制断开主继电器。

在具体实施例中，空调外机间为敞开式空间，与外部空气直接接触。

在本实施例中，储能系统包含电池系统、变流系统、配电系统，安全防护系统、温控系统、通风、照明等辅助设备组成，所有设备布置于集装箱。硬件方面上通过设置半自动的消防设备、软件上通过设置主芯片和辅助芯片过热保护的工作模式，提高户外集装箱式储能柜在消防方面的可靠性。

作为可选的实施方式，如图6所示，电池系统由8个电池柜并联组成；每个电池柜由16个电池包串联并配1个高压箱组成；每个电池包由2个电池模组串联组成；每个电池模组由2并6串电芯组成。

如图5所示，防爆可燃气体探测器、防爆温度传感器、防爆烟雾传感器、第一消防喷头、防爆应急灯、第一防爆限位开关和第二防爆限位开关，设置在电池舱中；其中，第一防爆限位开关设置在电池舱与电气舱之间的舱壁上；第二防爆限位开关设置在与第一防爆限位开关相对的电池舱的舱壁上。储能系统的设备布置于集装箱，主要包含配电柜、PCS柜、变压器柜、电池柜。另外还包括空调、风机、电动百叶窗、防爆呼叫按钮盒501、火警控制器、感烟感温探测器、七氟丙烷气体瓶组、照明灯、应急灯、可燃气体探测器、报警器、急停按钮等设备。

在具体实施例中，电气舱中设置有烟雾传感器、温度传感器和第二消防喷头。

作为可选的实施方式作为可选的实施方式，还包括：

防火风闸301，设置在换气风机管道中对应配电柜101和辅助柜103之间的位置；

第一防火门302，设置在电池舱与电气舱相接的舱壁处；

第二防火门303，设置在电池舱空调内机所在舱壁处；

第三防火门304，设置在电池舱与电气舱相对的舱壁处。

作为可选的实施方式，还包括：

当防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于设置的爆炸下限20%时发出报警，并关闭通风设备和照明设备，使储能系统紧急停机，交流主回路、电池系统的主回路断开，打开电动百叶窗，启动应急排风机，将可燃气体排出集装箱；

当防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于其爆炸下限40%时发出报警，关闭应急排风机和通风口，切断电源管理系统的电源，触发火警；

若发生火灾，且换气风机管道内温度上升到70℃±3℃以上时，防火风闸自动关闭，以达到区域隔离，避免火势沿风道蔓延至其它区域；

在启动应急排风机后，若通过风感器监测到换气风机未运行，则发出报警信号给上级监控系统。

在具体实施例中，若出现复合火警情况：

当出现两种及以上火警类型或可燃气体浓度高（40%LEL）火警时，这时会自动释放灭火气体。

a)检查交流主电源、电池主回路是否切断，空调、风机及通风口是否关闭，若未切断进行如下紧急操作：

(1)按下外部的紧急切断按钮，检查是否已切断。

(2)若还是无法切断，断开外部供电电源开关。

b)检查是否施放灭火气体已启动，若未启动进行如下紧急操作：

(1)按下火警控制器面板上相应火情区域的紧急启动按钮，施放灭火气体。

(2)若还是无法启动灭火，打开灭火瓶组启动气体的瓶头阀,立即进行灭火气体释放。

单一火警情况：

a)电池热失控

检查可燃气体浓度是否快速升高或电池温度是否极高，若是按下火警控制器面板上电池舱区域的紧急启动按钮，再按上面a)和b)进行检查和操作。

b)电池舱烟感火警或温感火警

检查电池舱温度或电池温度是否极高，若是按下火警控制器面板上电池舱区域的紧急启动按钮，再按上面a)和b)进行检查和操作。

c)电气舱烟感火警或温感火警

检查电气舱温度是否极高，若是按下火警控制器面板上电气舱区域的紧急启动按钮，再按上面a)和b)进行检查和操作。

作为可选的实施方式，辅助柜包括PCS柜、变压器模块和配电系统，其中：

PCS柜包括控制单元、电压采样卡、光纤通讯卡、智能操作键盘及键盘座、交流上电缓冲组件、功率模块、LCL滤波组件、触摸屏、直流熔断器、直流接触器、直流上电缓冲组件和交流断路器；

变压器模块包括变压器和预充磁变压器；

配电系统包括：断路器、PAC模块、交换机、DC24V UPS、开关电源和熔断器。

在本实施例中，PCS柜的功能包括：

基本功能：实现电池与电网间的交直流转换，完成两者之间的能量双向流动。既可以放电（并网或离网）也可以给电池充电，在放电状态下，电池组中的直流电能通过PCS进行能量变换，将直流电能变换为交流电能回馈电网；在充电状态，PCS通过能量变换，将交流电能变换为直流电能，给电池充电。通过储能PCS的控制策略设计，可以实现对电池组的充/放电管理、网侧有功调频和无功调压、孤岛运行/孤岛保护等功能。

控制功能：可在本地柜体上及远程PMS控制充/放电模式切换、启动、停机、急停、复位、并网；可实现交流侧预充磁、直流侧预充电、禁止/允许孤岛模式、输出频率增减、输出电压升降功能。

保护功能：输入欠压、缺相、输出过压、IGBT 过热、过温保护、短路限流保护等。

变压器模块：放电时通过主变压器进行升压放电；充电时先对主变压器预充磁，再通过主变压器降压充电，主变压器兼起隔离作用。

配电系统：

配电保护能：通过断路器控制主回路通断和提供过流保护，为集装箱内空调、风机、UPS、PCS柜、消防系统、探测器、照明等提供电源和过流保护。

集装箱内部设备管理：集中收集集装箱内部设备的信息，协调控制集装箱内各设备工作，并对可能出现的故障进行报警和应急保护处理。

后备供电：UPS为消防系统、BMS系统、PCS、探测器、PAC模块、交换机、触摸屏等提供后备电源。

防雷保护：集装箱内交流输入端接防雷保护电路，包含一个断路器和一个电涌保护器，当输入线路发生雷击时，电涌保护器吸收雷击能量传入大地。

在具体实施例中，集装箱式储能系统还包括紧急切断系统的功能设计：

集装箱门旁外壁设1个IP56紧急切断按钮，并可延伸至驾驶室和主配电板设紧急切断按钮，切断按钮设保护盖防止误操作，动作时发出声光报警；集装箱内配电柜面板上设1个紧急切断按钮，设保护盖防止误操作；当发生火灾时，消防系统输出消防联动触点触发紧急切断。当可燃气体探测器探测到电池舱内可燃气体浓度大于其爆炸下限（体积分数）的40%时触发紧急切断。

紧急切断动作时，切断空调、风机、照明、BMS系统电源，储能系统紧急停机，交流主回路、电池的主回路断开。

紧急切断功能由独立硬件电路执行，并与控制、显示和报警系统相独立。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种集装箱式储能系统，其特征在于，包括：

集装箱，分为电气舱、电池舱、消防间和空调外机间；

电池系统，包括电池柜和电源管理系统，所述电池系统布置在所述电池舱中；

变流系统，包括配电柜和逆变柜，所述变流系统布置在所述电气舱中；

配电系统，包括不间断电源模块，所述配电系统布置在所述电气舱中；

通风设备，包括电池舱空调外机、电池舱空调内机、电气舱空调、换气风机和应急排风机；所述电池舱空调外机布置在所述空调外机间；所述电池舱空调内机布置在所述电池舱中；所述换气风机和所述应急排风机布置在所述电气舱中；

其中，所述电源管理系统包括：

电池管理单元，用于对单体电芯的温度和电压进行监测；

电池簇管理单元，用于对电池簇的总电压、总电流进行监测，从而对电池簇的充电过程和放电过程进行安全管理；

电池堆管理系统，用于对电池簇接入汇流排时进行充放电管理；电池堆管理系统还用于对电池簇的使用方式进行接收控制；

所述电池管理单元和所述电池簇管理单元均采用主芯片和辅助芯片协同工作的模式，通过所述辅助芯片实现过热保护。

2.根据权利要求1所述的集装箱式储能系统，其特征在于，所述电池系统由8个电池柜并联组成；每个所述电池柜由16个电池包串联并配1个高压箱组成；每个所述电池包由2个电池模组串联组成；每个所述电池模组由2并6串电芯组成。

3.根据权利要求1所述的集装箱式储能系统，其特征在于，还包括：

消防系统、可燃气体探测系统、紧急切断系统和人员安全系统。

4.根据权利要求3所述的集装箱式储能系统，其特征在于，还包括：

防爆可燃气体探测器、防爆温度传感器、防爆烟雾传感器、第一消防喷头、防爆应急灯、第一防爆限位开关和第二防爆限位开关，设置在所述电池舱中；其中，所述第一防爆限位开关设置在所述电池舱与所述电气舱之间的舱壁上；所述第二防爆限位开关设置在与所述第一防爆限位开关相对的所述电池舱的舱壁上。

5.根据权利要求3所述的集装箱式储能系统，其特征在于，还包括：

烟雾传感器、温度传感器和第二消防喷头，设置在所述电气舱中。

6.根据权利要求1所述的集装箱式储能系统，其特征在于，所述空调外机间为敞开式空间，与外部空气直接接触。

7.根据权利要求4所述的集装箱式储能系统，其特征在于，还包括：

防火风闸，设置在所述换气风机管道中对应所述配电柜和辅助柜之间的位置；

第一防火门，设置在所述电池舱与所述电气舱相接的舱壁处；

第二防火门，设置在所述电池舱空调内机所在舱壁处；

第三防火门，设置在所述电池舱与所述电气舱相对的舱壁处。

8.根据权利要求7所述的集装箱式储能系统，其特征在于，还包括：

当所述防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于设置的爆炸下限20%时发出报警，并关闭所述通风设备和照明设备，使储能系统紧急停机，交流主回路、所述电池系统的主回路断开，打开电动百叶窗，启动所述应急排风机，将可燃气体排出所述集装箱；

当所述防爆可燃气体探测器探测到可燃气体浓度大于其爆炸下限40%时发出报警，关闭所述应急排风机和通风口，切断所述电源管理系统的电源，触发火警；

若发生火灾，且所述换气风机管道内温度上升到70℃±3℃以上时，所述防火风闸自动关闭，以达到区域隔离，避免火势沿风道蔓延至其它区域；

在启动所述应急排风机后，若通过风感器监测到所述换气风机未运行，则发出报警信号给上级监控系统。

9.根据权利要求7所述的集装箱式储能系统，其特征在于，所述辅助柜包括PCS柜、变压器模块和配电系统，其中：

所述PCS柜包括控制单元、电压采样卡、光纤通讯卡、智能操作键盘及键盘座、交流上电缓冲组件、功率模块、LCL滤波组件、触摸屏、直流熔断器、直流接触器、直流上电缓冲组件和交流断路器；

所述变压器模块包括变压器和预充磁变压器；

所述配电系统包括：断路器、PAC模块、交换机、DC24V UPS、开关电源和熔断器。

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