CN209913535U - 一种储能系统集装箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能系统集装箱，包括箱体，箱体内设置有电池仓、电气仓；电气仓位于电池仓的右侧；电气仓包括直流汇流柜、直流变换器柜；直流汇流柜的右侧设置有EMS柜；直流汇流柜的前侧设置有直流变换器柜；电池仓包括多个电池簇架、中控柜、电池管理系统；电池簇架的左侧设置有消防柜；电池簇架的左端均设置有中控柜；电池簇架的顶部均设置有散热风道；散热风道均为阶梯形；散热风道上均匹配开设有空调冷风出风口；散热风道均与空调系统相连接；空调系统设置于箱体的左端。本实用新型不仅风道连接紧凑，使冷空气全部经过电池表面，保证各风道出风口流量保持均匀，而且家用空调需求量小，同时电池冷却效率高，具有广泛的适用性。

Description

一种储能系统集装箱

技术领域

本实用新型涉及一种集装箱，尤其涉及一种储能系统集装箱。

背景技术

储能是智能电网、可再生能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键技术，随着大规模储能市场应用的爆发和微电网大规模发展，移动储能集装箱越来越成为现代电力系统中不可或缺的重要组成部分。

储能系统是解决可再生能源大规模接入和弃风、弃光问题的关键部分；是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必要组成部分；也是解决常规电力削峰填谷，提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑部分。

目前，市场上的储能集装箱还存在以下问题：现有储能集装箱使用家用空调作为电池制冷空调，空调在过道顶部吹出冷空气，电池簇顶部风扇通过电池架背部风道把电池架内热空气吹出，冷空气经电池簇风道流经电池表面，其家用空调数量需求多，结构复杂，风道连接不紧凑，冷空气在循环过程中没有全部流过电池表面致使散热效率低下。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种储能系统集装箱。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种储能系统集装箱，包括箱体，箱体内设置有电池仓、电气仓；电气仓位于电池仓的右侧；电气仓包括直流汇流柜、直流变换器柜；直流汇流柜的右侧设置有EMS柜；直流汇流柜的前侧设置有直流变换器柜；

电池仓包括多个电池簇架、中控柜、电池管理系统；多个电池簇架分为两组；两组电池簇架对称设置于电池仓的前侧、后侧；两组电池簇架的中部匹配设置有电池管理系统；电池簇架内均设置有电池簇；电池簇内均设置有多个电池模组；电池模组的顶面、底面、左侧面、右侧面上均开设有网孔；

电池簇架的左侧设置有消防柜；电池簇架的左端均设置有中控柜；电池簇架的顶部均设置有散热风道；散热风道均为阶梯形；散热风道上均匹配开设有空调冷风出风口；散热风道均与空调系统相连接；空调系统设置于箱体的左端。

电池簇架上均横向设置有两道控制电池鼓胀的支撑柱。

电池模组均由四个电池包串联组成。

电池管理系统包括电池模组监测装置、电池管理单元、直流监控单元、电池堆管理单元、监控上位机。

中控柜均包括通讯管理单元、交流配电单眼、直流汇流单元。

消防柜为七氟丙烷柜式自动灭火柜；消防柜内设置有报警器。

本实用新型不仅结构简单、风道连接紧凑，使冷空气全部经过电池表面，保证各风道出风口流量保持均匀，而且家用空调需求量小，同时电池冷却效率高，电池使用寿命长，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构平面布置图。

图2为箱体内电池簇架的立体结构图。

图3为电池簇架的结构示意图。

图4为电池模组的结构示意图。

图5为散热风道的结构示意图。

图中：1、直流汇流柜；2、直流变换器柜；3、EMS柜；4、中控柜；5、电池簇架；6、消防柜；7、空调系统；8、电池管理系统；9、散热风道；10、空调冷风出风口；11、支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～5所示的一种储能系统集装箱，包括箱体，箱体内设置有电池仓、电气仓；电气仓位于电池仓的右侧；电气仓包括直流汇流柜1、直流变换器柜2；直流汇流柜1的右侧设置有EMS柜3；直流汇流柜1的前侧设置有直流变换器柜2；直流汇流柜1的作用是将各电池簇并联汇流，并输出至储能双向变流器，配合系统监控装置对其输出电压、电流以及绝缘情况等进行监测，并且借助于其中的开关电源满足系统内关键器件的供电，通过以太网通讯将数据或状态信息上传到电池堆管理单元，并接收电池堆或者监控系统的命令控制直流汇流柜总开关的分合。EMS柜3(能量管理系统)用于完善能源信息采集、储存、管理和能源的有效利用。集装箱箱体内配置照明灯和应急照明灯，一旦系统断电，应急照明灯将立即投入使用，单盏应急照明灯的有效照明时间不小于2小时。

集装箱箱体内部所有紧固件均采用不锈钢材质，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。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，具有防火性。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天气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部，具有防尘(防风沙)的作用。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。钢板的涂层中均加入紫外线吸收剂，具有防腐性、防震、防紫外线等功能。集装箱的螺栓固定点与整个集装箱内的非功能性导电导体可靠联通，同时，集装箱内提供接地铜排，满足电力标准要求。集装箱顶部配置连接可靠的高质量防雷系统，防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至接地铜排上，接地系统中导体的有效截面积不小于250mm²。

直流变换器柜2内设置有单极式双向变流器(PCS)，PCS根据“充电”“放电”要求，可分别工作在整流和逆变模式，电池类型选用磷酸铁锂，经过2个中控柜4连接到PCS。储能双向变流器采用四象限变流技术，实现交流系统和直流系统的能量双向流动；设备支持对储能电池进行充放电管理；交流侧采用电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软启动和光伏能量最大功率跟踪等功能。

电池仓包括多个电池簇架5、中控柜4、电池管理系统8；多个电池簇架5分为两组；两组电池簇架对称设置于电池仓的前侧、后侧；两组电池簇架的中部匹配设置有电池管理系统8；电池管理系统8包括电池模组监测装置(BMU)、电池管理单元(BCMS)、直流监控单元(DMU)、电池堆管理单元(BAMS)、监控上位机。电池管理系统(BMS)是用于检测、评估及保护电池运行状态的电子设备集合。主要功能：监测并传递锂离子电池、电池组及电池系统单元的运行状态信息，如电池电压、电流、温度以及保护量等；评估计算电池的荷电状态、寿命健康状态及电池累计处理能量等；保护电池安全等。可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度监测等，采用诸如电压均衡控制、超温保护等智能化技术，可以管理多组电池，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等。本集装箱式储能系统最大容量配置为600MWh，可满足客户对更大容量的使用需求。本设计电池系统在工作过程中的最大工作电流约为0.25C充放，根据国轩单体27Ah电芯在绝热状态下的发热量测试，单个电芯0.25C放电时的发热功率为0.46W。整个集装箱共有2*7*20*6*16＝26880只电芯，0.25C充放电的发热功率约为12.4kW的发热量。

电池簇架5内均设置有电池簇；电池簇内均设置有多个电池模组；电池模组的顶面、底面、左侧面、右侧面上均开设有网孔；电池模组均由四个电池包串联组成。电池包为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池具有比能量高、循环寿命长、成本低、性价比高、可大电流充放电、耐高温、高能量密度、无记忆、安全无污染等特点。为保证系统运行时电池模组拥有良好的工作环境，电池模组的外壳均采用绝缘材料，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，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。

电池簇架5上均横向设置有两道控制电池鼓胀的支撑柱11。电池鼓胀最大位置在电池中间部分。在电池簇架5的设计中添加两道控制电池鼓胀的支撑柱11。电池簇架5的支撑柱11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11接触，以防止电池继续鼓胀。

电池簇架5的左侧设置有消防柜6；消防柜6为七氟丙烷柜式自动灭火柜；消防柜6内设置有报警器。电池簇架5的左端均设置有中控柜4；中控柜4均包括通讯管理单元、交流配电单眼、直流汇流单元。通讯管理单元：收集电池管理单元及电池簇管理单元的数据信息及状态信号，根据数据信息对各个电池簇的电池模组进行管理。通过控制器局域网络(CAN)和PCS进行通讯，并通过以太网将数据传送到监控后台，接受来自监控后台的命令。交流配电单元：为箱体内交流用电设备提供交流电源和为控制信号提供直流电源。直流汇流单元：将电池簇架5各个电池簇的直流电汇集，并通过输出总开关到PCS，为PCS提供直流电源。DMU检测汇流后的直流总电压、电流、充放电电量，通过CAN通讯将数据或状态信息上传到电池堆管理单元，并接收电池堆或者监控后台的命令控制直流汇流总开关的分合。中控柜4主要作用是为集装箱内交流用电设备提供交流电源以及通过柜内UPS(不间断电源)为电池堆电池管理系统部分提供不间断电源，同时它可以整合集装箱内自耗电情况、各部分开关门状态、箱内温湿度情况以及消防状态信息，并将这些信息上报至电池管理系统。

电池簇架5的顶部均设置有散热风道9；散热风道9均为阶梯形；散热风道9上均匹配开设有空调冷风出风口10；散热风道9均与空调系统7相连接；空调系统、电池模组紧贴墙面，空调从顶部送风，设置散热风道9，由近及远，高度逐渐降低(为加大风压)，在电池簇架5间隔出开孔，将冷风由上往下引入电池表面。本设计的集装箱风道采用两排并联风道设计，在风道的每个电池簇架5的上方位置均设置空调冷风出风口10，引导冷风向下流动，迫使冷风进入电池箱体内冷却电池。其中两个并排风道均采用变截面处理，保证各风道出风口流量保持均匀。

空调系统7设置于箱体的左端。空调工作方式取决于BMS系统检测电池温度，根据电池温度大小制冷或制热并调节内部电池仓温度；每个电池簇中间设置一个解裂盒，解裂盒设置熔断器，保证在运输过程中电池组处于解裂状态。每个电池簇控制盒设置一个DMU和一个BCMS，DMU检测电池簇的总电压，总电流，充放电容量，BCMS管理整个电池簇并控制该电池簇输出的直流开关的断开和闭合，通过以太网通讯把电池参数及开关状态上传到BAMS(BCMS)，接受来自BAMS(BCMS)控制指令。分断盒设置一个带电动操作的直流断路器，实现该电池簇的过充、过放、过压、过流及短路保护，接受来自上位机的命令断开或闭合该电池簇。当箱体外空气温度较高时，空调系统吸入箱体过道内的热风并对其进行冷却，并将冷却的风输入散热风道9；当箱体外空气温度较低时，空调系统从箱体外抽入冷风，将冷风输入散热风道9，并将过道内的热风排出箱体。根据发热量选用英维克公司生产的空调，额定制冷功率为12.5kW，峰值制冷功率为14.0kW，符合0.25C峰值充放电的散热量。

本实用新型采用两排并联风道设计，在风道的每个电池簇架的上方位置均设置空调冷风出风口，引导冷风向下流动，迫使冷风进入电池箱体内冷却电池，同时两个并排风道均采用变截面处理，保证各风道出风口流量保持均匀，可广泛适用于各储能系统集装箱。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种储能系统集装箱，包括箱体，其特征在于：所述箱体内设置有电池仓、电气仓；所述电气仓位于电池仓的右侧；电气仓包括直流汇流柜(1)、直流变换器柜(2)；所述直流汇流柜(1)的右侧设置有EMS柜(3)；直流汇流柜(1)的前侧设置有直流变换器柜(2)；

所述电池仓包括多个电池簇架(5)、中控柜(4)、电池管理系统(8)；所述多个电池簇架(5)分为两组；两组电池簇架对称设置于电池仓的前侧、后侧；两组电池簇架的中部匹配设置有电池管理系统(8)；电池簇架(5)内均设置有电池簇；所述电池簇内均设置有多个电池模组；所述电池模组的顶面、底面、左侧面、右侧面上均开设有网孔；

所述电池簇架(5)的左侧设置有消防柜(6)；电池簇架(5)的左端均设置有中控柜(4)；电池簇架(5)的顶部均设置有散热风道(9)；所述散热风道(9)均为阶梯形；散热风道(9)上均匹配开设有空调冷风出风口(10)；散热风道(9)均与空调系统(7)相连接；所述空调系统(7)设置于箱体的左端。

2.根据权利要求1所述的储能系统集装箱，其特征在于：所述电池簇架(5)上均横向设置有两道控制电池鼓胀的支撑柱(11)。

3.根据权利要求2所述的储能系统集装箱，其特征在于：所述电池模组均由四个电池包串联组成。

4.根据权利要求3所述的储能系统集装箱，其特征在于：所述电池管理系统(8)包括电池模组监测装置、电池管理单元、直流监控单元、电池堆管理单元、监控上位机。

5.根据权利要求4所述的储能系统集装箱，其特征在于：所述中控柜(4)均包括通讯管理单元、交流配电单眼、直流汇流单元。

6.根据权利要求5所述的储能系统集装箱，其特征在于：所述消防柜(6)为七氟丙烷柜式自动灭火柜；消防柜(6)内设置有报警器。

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