CN217642873U - 一种微电网应用的电化学储能一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微电网应用的电化学储能一体机，包括：第一储能电池柜，第二储能电池柜，第m储能电池柜，集装箱体，汇流柜，控制柜，工业空调机，专用风道，消防系统，传感器系统，监视设备，通信组网，接口系统及通道，配电及工作电源单元，安全及保护系统；本实用新型的优点在于：模块化一体机结构，配置优化、功能齐全，整体可靠度高，安装运维简单高效；接口系统完整规范，灵活通用，应用场景适应性强；风道结构简单，温度调控效果好；独立的就地监控与远程监控可靠结合，分级协调控制，便于微电网和能量管理系统的设计优化、灵活组网和功能扩展；多种安全保护设计互相配合，最大程度保护设备。

Description

一种微电网应用的电化学储能一体机

技术领域

本实用新型涉及电化学储能系统技术，具体地说是针对微电网应用场景的电化学储能一体机设计，属于微电网储能技术领域。

背景技术

微电网及储能系统应用是新型电力系统的重要特征，电化学电池储能技术也因为在技术性能和寿命等因素上的综合相对优越性而获得普遍应用，成为主流趋势，在风能、光伏发电等新能源消纳、电网辅助服务调峰调频、供电可靠性运行等方面，储能系统都发挥着不可替代的作用。电化学储能在技术安全性能方面的主要特点包括，直流电力输入输出、热安全性和温度调节控制要求高、充放电控制以及均衡管理要求高，因此为了保证新型电力系统安全可靠运行，储能系统首先要解决自身的安全技术问题和提高控制水平，必须专门配套相应的电池管理系统（BMS）及控制系统、电能双向转换系统（PCS）、能量管理系统（EMS），以及电网接口配电系统等，辅助系统必备工业空调机及风道系统、安全检测及消防报警系统和安全泄压设备，整体电池储能设备通过摄像头进行实时远程监控。

集装箱式储能系统是常见技术型式，将上述设备集成安装在集装箱中形成高度模块化的能源装备，大大提高工程施工安装效率和微电网系统运维水平。但这种把所有工艺环节都集成在一个集装箱内的方法，在有的应用场景下也带来一些问题，例如，工艺环节过度的集中集成使得该单元模块在微网系统中的配套灵活性大大下降，对不同微电网结构难以普遍适应配套，例如有些情况下并不一定需要将储能系统与能量转换模块一一对应匹配容量；能量管理系统设计部件过于零散、难于管理；占地空间大和对安装条件要求更高；此外，常见的储能单元模块的集成方式由于将不同性质和不同故障率的设备密集集中在一起，导致维护检修难度加大和单元模块整体可靠度下降。电化学储能单元集成方式的模块化结构优化，主要就是基于上述这些问题进行改进创新，从而实现能够满足各种结构微电网需要的、具备较高通用性的电化学储能一体机。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种微电网应用的电化学储能一体机，根据各个工艺环节的技术特性及其与储能系统之间的物理可分离特性，结合微电网系统需要，将部分环节移位、功能扩展并纳入微电网规划，将高度紧密的集成环节进行优化重构，并构造出相应的外部接口系统，在精简储能单元的同时，扩大储能单元模块的通用性和应用场景适应范围。

本实用新型的技术方案为：

一种微电网应用的电化学储能一体机，包括若干储能电池柜、集装箱体、汇流柜、控制柜，所述储能电池柜包括第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜；m代指3、4、5、……24；

所述集装箱体设计有接地系统，包括内部接地点、外部接地点和接地连通导体；

所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜的结构组成相同，每个所述储能电池柜包括n个电池箱、n个电池箱管理单元、一个主控箱；每个所述主控箱包括电池分管理单元SBMU以及各自的主熔断器、分流器、主继电器及预充电回路、簇电压检测、隔离开关；n大于2、小于32；

所述汇流柜包括第一断路器、第二断路器、第m断路器、第一母线、第二母线、总输出开关、防雷保护器；

所述控制柜包括电池主管理单元MBMU、上位机及显示器和键盘、光纤CAN集线器、多网口光纤收发器、UPS电源及外接蓄电池、开关电源、微断路器组、控制电器组；所述微断路器组用于构造市电和UPS电源的配电回路；所述控制电器组包括输出继电器组、启停按钮、急停按钮、指示灯等，用于输出操作控制信号、运行指示和故障公共报警提示信号。

所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜直线排列互相邻接，形成电池柜组，所述电池柜组布置在所述集装箱内一侧，散热排风面面向集装箱的空间，每个所述储能电池柜均由两个对称子柜对接集成，每个所述储能电池柜均设有两个边侧垂直通风道和一个中部垂直通风道；工业空调机布置在所述电池柜组的一端直线并排布置，所述工业空调机的排风口与专用风道的垂直段入口连接，将空调机出风口与电池柜进风口连接起来，所述专用风道的水平段安装在所述电池柜组的上方和所述集装箱的顶部之间，所述专用风道的水平段下方设有风道送风口，与电池柜进风口对接，并与所述电池柜组的各垂直通风口一一对应对接，每个风道送风口与电池柜进风口对接处设有开度调节板，所述专用风道的垂直段和水平段的角部对接由圆弧形导流板连接；所述电池柜组的另一端邻接布置汇流柜；控制柜、消防柜、消防主机、配电箱依次间隔排列布置在所述集装箱内所述电池柜组的对面一侧；所述控制柜与所述汇流柜之间的地面开设有内部电缆夹层通道及活动盖板，附近配有人孔；所述集装箱地面下方设有外部接口电缆通道，用以连通地下电缆隧道；所述消防柜、第一烟感探测器、第二烟感探测器、第一温感探测器、第二温感探测器、可燃气体探测器以及报警提示装置等通过火警布线槽连接到所述消防主机，消防主机、消防柜、各个烟感温感燃气探测器、报警提示装置构成的消防系统的工作电源通过配电布线槽提供；所述工业空调机的电源、摄像头的电源模块、第一防爆照明、第二防爆照明以及照明开关和插座、安全门的门禁系统等通过所述配电布线槽与所述配电箱连接；所述摄像头通过控制布线槽与所述控制柜通信连接；安全泄压口安装在所述集装箱的一侧壁面；双开门设置在所述集装箱的一个端面。

所述电化学储能一体机的电气总连接：所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜分别经电池柜输出电缆连接所述汇流柜；所述汇流柜经总输出电缆通过所述外部接口电缆通道连接微电网直流母线系统，所述汇流柜的保护报警信号通过所述外部接口电缆通道连接微电网能量管理系统EMS；所述控制柜为所述电池柜组提供辅助电源和风机电源，所述控制柜通过控制器局域网络CAN通信与所述电池柜组连接组成电池管理系统；所述控制柜通过所述外部接口电缆通道与所述微电网能量管理系统和功率转换系统连接，并获取市电辅助电源，同时为附近其他设备提供入网接口；所述控制柜为内部所述摄像头提供入网接口，并为所述配电箱提供进线电源。

所述储能电池柜的内部连接：每个所述储能电池柜的n个所述电池箱串联输出连接到所述主控箱，并由所述主控箱输出电池柜电缆；每个所述储能电池柜的每个所述电池箱对应一个所述电池箱管理单元，每个所述电池箱管理单元CMU采样检测对应所述电池箱的温度、电压，并提供均衡管理；每个所述主控箱的主熔断器、分流器、主继电器和隔离开关串接构成主回路，通过电池柜输出电缆外接所述汇流柜；每个所述电池分管理单元采集对应所述主控箱的主回路电压电流，并控制所述主继电器和预充电回路；每个所述储能电池柜的每个所述电池箱管理单元CMU与相对应所述电池分管理单元SBMU依次通过第二现场总线网络CANBUS-2x总线通信连接；每个所述储能电池柜的所述电池分管理单元SBMU依次通过第一现场总线网络CANBUS-1总线通信连接，并与所述控制柜的主电池管理单元MBMU通信连接；每个所述储能电池柜的工作辅助电源和风机电源来自所述控制柜的UPS电源；

所述汇流箱的电气连接：所述的第一断路器、第二断路器、第m断路器的一端连接第一母线，另一端分别外接电池柜输出电缆；所述总输出开关的一端连接所述第一母线，另一端连接第二母线，所述防雷保护器的一端接地、另一端连接所述第二母线，所述第二母线经电池系统总输出电缆输出，并通过所述外部接口电缆通；所述汇流柜的保护报警信号经电缆输出通过所述外部接口电缆通道；

所述控制柜的电气连接：所述电池主管理单元MBMU经第一现场总线网络CANBUS-1总线与所述上位机通信连接，并与电池系统通讯连接；所述电池主管理单元MBMU与光纤CAN集线器通信连接，所述光纤CAN集线器输出光纤通过所述外部接口电缆通道；所述上位机与多网口光纤收发器通信连接，所述多网口光纤收发器输出多路网线或光纤通过所述外部接口电缆通道、以及连接内部的所述摄像头；外部市电通过所述外部接口电缆通道为所述控制柜和配电箱提供交流电源；所述UPS电源外接蓄电池、并外接市电电源后输出不停电电源，为所述控制柜的各装置提供交流工作电源、为储能电池柜组提供辅助电源和风机电源，并通过开关电源输出直流工作电源供所述控制柜的直流装置使用；

所述集装箱的底部、在所述控制柜和所述汇流柜之间，设有电缆夹层和外部接口电缆通道，所述活动盖板和人孔用于方便电缆夹层内部通道和外部接口通道的施工操作和运行维护。

一种微电网应用的电化学储能一体机的功能说明如下：

1、储能系统状态监测功能

实时监控储能系统运行参数，包括每个电池单体电压值、系统总电压值、电池组充放电电流、电池箱模组温度、电池系统绝缘电阻值、系统内有级别告警和无级别告警；同时具备就地监控和远程监控的功能，通过外部接口电缆通道接入微电网，可纳入云监控平台；

2、储能电池状态分析功能

通过线路采样和运行数据分析，精确计算储能系统电池任意当前时刻的荷电状态即SOC值的水平，为系统操作指令提供依据；

3、分层管理功能

电池管理系统分三个层级，由电池箱管理单元、电池分管理单元、电池系统主管理单元MBMU构成。由CMUx完成对应电池箱的内部单体电芯信息的数据采集，并将数据上传给主控箱的电池分管理单元，同时根据SBMUx下发的指令完成电池箱内单体电芯间的均衡。主控箱SBMUx进行对应电池柜的管理，接收电池柜内部CMUx上传的详细数据，采样电池柜的电压和接受电流传感器上传电流数据，进行SOC计算和修正，负责电池柜预充电和充放电管理，并将相关数据上传给控制柜的电池系统主管理单元MBMU，由MBMU完成整个储能电池系统的运行管理，接收SBMUx上传的数据并进行分析和处理，并将电池系统数据通过外部接口电缆通道传送给微电网功率转换系统PCS及能量管理系统EMS。MBMU通过CAN总线与PCS实现通信，通过Modbus TCP网络与EMS系统通信。

4、总控制功能

由控制柜汇总电池柜组的CAN总线数据，集成一套单元系统电池管理系统BMS，并通过上位机监控系统把电池柜信息转换成以太网协议发送给微电网监控系统，并独立完成电池系统的远程监控；提供与PCS、EMS通信接口；提供系统及各电池柜电源和工作状态指示灯的汇总信号；通过电池管理系统对每个电池柜主控箱进行控制，包括主回路主继电器的控制以及预充电回路的投退；

5、模块化组网及能量管理功能

电化学储能一体机以模块化结构型式通过规范的外部接口系统和电缆通道接入微电网，通过通信系统由微电网能量管理系统EMS采集储能系统数据，并根据负载要求和电池状态进行充放电控制，同时对电池系统提供被动均衡管理；

6、故障诊断处理功能

根据数据检测采样和数据处理，实时分析运行参数，根据故障定义判断故障等级，采取相应保护报警和控制措施；储能电池系统带有自动温度保护控制，按照设置上下限提供报警和控制；

7、外部接口功能

电化学储能一体机的外部连接分为直流主动力、市电辅助动力、控制和通信，通过专门设置的外部接口电缆通道统一布置输出，实现一体机模块化通用外部接口，接口包括汇流柜总输出电缆、控制及保护报警信号电缆、市电辅助电源、微电网PCS功率转换系统通信、微电网EMS能量管理系统通信；此外，为微电网系统其他附近的设备提供入网接口，通过多网口光纤收发器实现电化学储能一体机控制柜的功能扩展。活动盖板和人孔便于电缆夹层内部通道和外部接口通道的施工操作和运行维护。

8、辅助系统功能

为了保障电化学储能系统安全可靠工作，配套工业空调机和专用风道系统，与电池柜内部风道结构对接形成闭环调节系统，空调机根据设置参数自动进行制冷/加热操作切换和温度调节控制；风道系统导流板和电池柜风道对接口处的开度可调板用于改善流场和均匀分布，提高各电池柜温度控制一致性；

七氟丙烷消防系统执行消防主机指令，发生火灾或电化学反应异常时，通过烟感探测器、温感探测器、可燃气体探测器进行火情判断和电化学异常反应判断，由消防主机发出联动控制命令，驱动消防主柜、声光报警、警铃、气体释放警报器和放气勿入标志等的变化；集装箱体上设置了安全泄压口，当事故情况内部气体压力超过一定限值时，安全泄压口自动打开释放箱体压力，保护设备。

根据集装箱设备布局和安装布局，在集装箱内部地面设置有分布式连通接地点，箱体外部设置有外部接地点，所有内外部接地点可靠连通，通过外部接地点就地与接地网连接，以及箱体内地面铺设绝缘胶垫等预防性措施，实现电气安全性。

另外，微电网系统包括市电系统、第一交流母线、第二交流母线、快速切换开关、柴油发电机组、不间断负荷、功率转换系统、直流母线、直流负载、光伏发电系统、电化学储能一体机、微电网能量管理系统；

快速切换开两侧分别连接第一交流母线和第二交流母线，并对两侧母线电压采样、连接功率转换系统的状态控制信号，市电系统和柴油发电机组连接第二交流母线，功率转换系统的交流侧连接第一交流母线，并为不间断负载供电，直流母线连接功率转换系统直流侧、光伏发电系统、电化学储能一体机，微电网能量管理系统通信连接柴油发电机组、电化学储能一体机、光伏发电系统、功率转换系统。

上述连接方案的功能说明如下：

电化学储能一体机作为一个整体模块接入微电网，通过直流动力电缆和通信电缆/光缆与系统连接。微电网有并网运行和离网运行两种模式，市电系统和柴油发电机组互锁切换，任意时刻只有一个上线运行。第二母线带常规交流负载，第一母线带有不间断供电要求的交流负载，直流母线带智慧灯杆等直流负载。

并网运行模式：市电，光伏发电，电化学储能，直流负载，不间断负载和常用负载进行自发自用；微电网与市电电网之间有防逆功保护，多余的光伏电能储存到电化学储能系统，如电池被充满，则限发或停发光伏；电化学储能在夜间电费低谷时段充电直到充满；此外，控制系统可对电化学储能系统电池进行满充满放的SOC校准。

离网运行模式：快速切换开关STS将第一交流母线与第二交流母线的连接断开，切断与电网连接，PCS转为离网运行模式；由光伏发电系统和电化学储能系统共同支撑直流负荷和不间断负荷工作，直到电池SOC降低到30%以下。

电化学储能系统的切换操作：离网模式下，当电化学储能SOC下降到30%时启动柴油发电机组，柴发机组建立交流母线电压，PCS切换回并网模式，柴发机组除支撑不间断负荷之外，多余的电能经过PCS，同光伏一起给储能系统充电，SOC上升到90%后，停止柴发机组，转由PCS、储能和光伏支撑交流系统，如此反复，直至电网恢复。

市电电网的恢复：检测确认市电恢复时，先停止柴发机组发电，PCS切换回离网模式，之后连接市电，待PCS与电网同步后，切换回并网模式。

本实用新型的有益效果为：

（1）集装箱式电化学储能一体机结构优化精简，模块化配置合理，功能和接口齐全，占地空间小、安装简单高效；

（2）接口系统完整规范，通用性强，使用灵活，应用场景适应性强，与各种微电网配置应用方便；

（3）便于微电网和能量管理系统灵活设计和优化，并配置转换装置采用光纤通信，减少系统设计制约因素，提高通信性能和可靠性；

（4）简化了运行维护和故障检修，一体机模块整体可靠度提高；

（5）电池柜组和工业空调机采用单侧直线式排列方式，简化了风道结构，同时改善了温湿度调控效果，非常适用于固定安装式集装箱储能系统；

（6）独立的就地监控与通信接口远程监控可靠结合，分级协调，实现微电网控制系统的完整性和灵活扩展性；

（7）多种安全保护设计互相配合，最大程度保护设备。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电化学储能一体机组成布置图；

图2为本实用新型实施例的电化学储能一体机立面风道图；

图3为本实用新型实施例的电化学储能一体机拓扑总图；

图4为本实用新型实施例的储能电池柜电气连接图；

图5为本实用新型实施例的汇流柜电气连接图；

图6为本实用新型实施例的控制柜拓扑简图；

图7为本实用新型实施例的一种微电网应用。

具体实施方式

以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种微电网应用的电化学储能一体机，包括若干储能电池柜，所述储能电池柜包括第一储能电池柜1、第二储能电池柜2、第m储能电池柜m（m代指3、4、5、。。。24）、集装箱10、汇流柜11、控制柜12、工业空调机13及其出风口13.1和回风口13.2、专用风道14及其转角圆弧导流板14.1和电池柜组垂直风道14.2、消防柜15及消防主机16、第一烟感探测器17、第二烟感探测器18、第一温感探测器19、第二温感探测器20、可燃气体探测器21、火警布线槽22、配电箱23、第一防爆照明24、第二防爆照明25、配电布线槽26、控制布线槽27、摄像头28、安全泄压口29、活动盖板30、人孔（图中未标出）、安全门31、双开门32、外部接口电缆通道33；

所述集装箱体10设计有接地系统，包括内部接地点、外部接地点和接地连通导体。

如图4所示，所述的第一储能电池柜1、第二储能电池柜2、第m储能电池柜m的结构组成相同，所述储能电池柜包括n（n大于2、小于32）个电池箱（1-1、1-2、1-n；2-1、2-2、2-n；m-1、m-2、m-n）、n个电池箱管理单元（1-CMU1、1-CMU2、1-CMUn； 2-CMU1、2-CMU2、2-CMUn；m-CMU1、m-CMU2、m-CMUn）、主控箱（第一主控箱、第二主控箱、第m主控箱）；每个所述主控箱包括电池分管理单元SBMU（SBMU1、SBMU2、SBMUm）以及各自的主熔断器、分流器（对直流电流检测采样）、主继电器及预充电回路、簇电压检测、隔离开关。

如图5所示，所述汇流柜11包括第一断路器Q1、第二断路器Q2、第m断路器Qm、第一母线BUS1、第二母线BUS2、总输出开关G0、防雷保护器FL。

如图6所示，所述控制柜12包括电池主管理单元MBMU、上位机及显示器和键盘、光纤CAN集线器、多网口光纤收发器、UPS电源及外接蓄电池、开关电源、微断路器组（图中未画出）、控制电器组（图中未画出）；所述微断路器组用于构造市电和UPS电源的配电回路；所述控制电器组包括输出继电器组、启停按钮、急停按钮、指示灯等（图中未画出），用于输出操作控制信号、运行指示和故障公共报警提示信号。

所述的第一储能电池柜1、第二储能电池柜2、第m储能电池柜m直线排列互相邻接，形成电池柜组，所述电池柜组布置在所述集装箱10内一侧，散热排风面面向集装箱10的空间，每个所述储能电池柜1、2或m均由两个对称子柜对接集成，每个所述储能电池柜1、2或m均设有两个边侧垂直通风道和一个中部垂直通风道；工业空调机13为一体式空调机，布置在所述电池柜组的一端直线并排布置，所述工业空调机13的排风口与专用风道14（用于将空调机出风口与电池柜进风口连接起来的一段密封风道）的垂直段入口连接，所述专用风道14的水平段安装在所述电池柜组的上方和所述集装箱10的顶部之间，所述专用风道14的水平段下方设有风道送风口（与电池柜进风口对接），并与所述电池柜组的各垂直通风口一一对应对接，每个风道送风口与电池柜进风口对接处设有开度调节板，所述专用风道14的垂直段和水平段的角部对接由圆弧形导流板14.1连接；所述电池柜组的另一端邻接布置有汇流柜11；控制柜12、消防柜15、消防主机16、配电箱23依次间隔排列布置在所述集装箱10内所述电池柜组的对面一侧；所述控制柜12与所述汇流柜11之间的地面开设有内部电缆夹层通道及活动盖板30，附近配有人孔；所述集装箱10地面下方设有外部接口电缆通道33，用以连通地下电缆隧道；所述消防柜15、第一烟感探测器17、第二烟感探测器18、第一温感探测器19、第二温感探测器20、可燃气体探测器21以及报警提示装置等通过火警布线槽22连接到所述消防主机16，消防系统（消防主机、消防柜、各个烟感温感燃气探测器、报警提示装置的合称，主要指消防主机和消防柜）工作电源通过配电布线槽26提供；所述工业空调机13的电源、摄像头28的电源模块、第一防爆照明24、第二防爆照明25以及照明开关和插座、安全门31的门禁系统等通过所述配电布线槽26与所述配电箱23连接；所述摄像头28通过控制布线槽27与所述控制柜12通信连接；安全泄压口29安装在所述集装箱10的一侧壁面；双开门32设置在所述集装箱10的一个端面。

所述电化学储能一体机的电气总连接：所述的第一储能电池柜1、第二储能电池柜2、第m储能电池柜m分别经电池柜输出电缆连接所述汇流柜11；所述汇流柜11经总输出电缆通过所述外部接口电缆通道33连接微电网直流母线系统（外部系统，为“用户微电网系统中直流供电母线，由直流母线、直流断路器和直流配电柜组成”），所述汇流柜11的保护报警信号通过所述外部接口电缆通道33连接微电网能量管理系统EMS（外部系统，为“用户微电网系统中的能量管理柜，由数据采集器、中央处理单元、通信协议转换模块、通信交换机和柜体组成”）；所述控制柜12为所述电池柜组（1、2、m）提供辅助电源和风机电源，所述控制柜12通过CAN通信与所述电池柜组（1、2、m）连接组成电池管理系统（BMS）；所述控制柜12通过所述外部接口电缆通道33与所述微电网能量管理系统（EMS）和功率转换系统（双向变流器PCS）（指部署在外部系统微电网里的电能转换装置，是市场上成熟的模块化整体产品，实现交流电力与直流电力的互相转换）连接，并获取市电辅助电源，同时为附近其他设备提供入网接口；所述控制柜12为内部所述摄像头28提供入网接口，并为所述配电箱23提供进线电源。

所述储能电池柜（1、2、m）的内部连接：每个所述储能电池柜（1、2、m）的n个所述电池箱（1-1，1-2，1-n；或2-1，2-2，2-n；或m-1，m-2，m-n）串联输出连接到所述主控箱（第一主控箱、第二主控箱、第m主控箱），并由所述主控箱输出电池柜电缆；每个所述储能电池柜（1、2、m）的每个所述电池箱（1-1、1-2、1-n；2-1、2-2、2-n；或m-1、m-2、m-n）对应一个所述电池箱管理单元（1-CMU1、1-CMU2、1-CMUn；2-CMU1、2-CMU2、2-CMUn；m-CMU1、m-CMU2、m-CMUn），每个所述电池箱管理单元CMU采样检测对应所述电池箱的温度、电压，并提供均衡管理；每个所述主控箱（第一主控箱、第二主控箱、第m主控箱）的主熔断器、分流器、主继电器和隔离开关串接构成主回路，通过电池柜输出电缆外接所述汇流柜11；每个所述电池分管理单元（SBMU1、SBMU2、SBMUm）采集对应所述主控箱的主回路电压电流，并控制所述主继电器和预充电回路；每个所述储能电池柜（1、2、m）的每个所述电池箱管理单元CMU与相对应所述电池分管理单元SBMU依次通过CANBUS-2x（现场总线网络，为了与CANBUS-1区别、或互相区别，分别定名为CANBUS-21、22、2m）总线通信连接；每个所述储能电池柜（1、2、m）的所述电池分管理单元SBMU依次通过CANBUS-1（用于区别于其他CAN总线网络）总线通信连接，并与所述控制柜12的主电池管理单元MBMU通信连接；每个所述储能电池柜（1、2、m）的工作辅助电源和风机电源来自所述控制柜12的UPS电源。

所述汇流箱11的电气连接：所述的第一断路器Q1、第二断路器Q2、第m断路器Qm的一端连接第一母线BUS1，另一端分别外接电池柜输出电缆；所述总输出开关G0的一端连接所述第一母线BUS1，另一端连接第二母线BUS2，所述防雷保护器FL的一端接地、另一端连接所述第二母线BUS2，所述第二母线BUS2经电池系统总输出电缆输出，并通过所述外部接口电缆通33；所述汇流柜11的保护报警信号经电缆输出通过所述外部接口电缆通道33。

所述控制柜12的电气连接：所述电池主管理单元MBMU经CANBUS-1（区别其他CAN总线网络）总线与所述上位机通信连接，并与电池系统通讯连接；所述电池主管理单元MBMU与光纤CAN集线器通信连接，所述光纤CAN集线器输出光纤通过所述外部接口电缆通道33；所述上位机与多网口光纤收发器通信连接，所述多网口光纤收发器输出多路网线或光纤通过所述外部接口电缆通道33、以及连接内部的所述摄像头28；外部市电通过所述外部接口电缆通道33为所述控制柜12和配电箱23提供交流电源；所述UPS电源外接蓄电池、并外接市电电源后输出不停电电源，为所述控制柜12的各装置提供交流工作电源、为储能电池柜组（1、2、m）提供辅助电源和风机电源，并通过开关电源输出直流工作电源供所述控制柜12的直流装置使用。

所述集装箱10的底部、在所述控制柜12和所述汇流柜11之间，设有电缆夹层和外部接口电缆通道33，所述活动盖板30和人孔用于方便电缆夹层内部通道和外部接口通道的施工操作和运行维护。

一种微电网应用的电化学储能一体机的功能说明如下：

1、储能系统状态监测功能

实时监控储能系统运行参数，包括每个电池单体电压值、系统总电压值、电池组充放电电流、电池箱模组温度、电池系统绝缘电阻值、系统内有级别告警和无级别告警；同时具备就地监控和远程监控的功能，通过外部接口电缆通道33接入微电网，可纳入云监控平台；

2、储能电池状态分析功能

通过线路采样和运行数据分析，精确计算储能系统电池任意当前时刻的荷电状态即SOC值的水平，为系统操作指令提供依据；

3、分层管理功能

电池管理系统（BMS）分三个层级，由电池箱管理单元（1-CMU1，1-CMU2，1-CMUn；或2-CMU1，2-CMU2，2-CMUn；或m-CMU1，m-CMU2，m-CMUn）、电池分管理单元（SBMU1；或SBMU2；或SBMUm）（电池柜管理）、电池系统主管理单元MBMU（储能系统管理）构成。由CMUx完成对应电池箱（1-1，1-2，1-n；或2-1，2-2，2-n；或m-1，m-2，m-n）的内部单体电芯信息的数据采集，并将数据上传给主控箱（第一主控箱；或第二主控箱；或第m主控箱）的电池分管理单元（SBMU1；或SBMU2；或SBMUm），同时根据SBMUx下发的指令完成电池箱内单体电芯间的均衡。主控箱SBMUx进行对应电池柜（1、2、m）的管理，接收电池柜内部CMUx上传的详细数据，采样电池柜的电压和接受电流传感器上传电流数据，进行SOC计算和修正，负责电池柜预充电和充放电管理，并将相关数据上传给控制柜的电池系统主管理单元MBMU，由MBMU完成整个储能电池系统的运行管理，接收SBMUx上传的数据并进行分析和处理，并将电池系统数据通过外部接口电缆通道33传送给微电网功率转换系统PCS及能量管理系统EMS。MBMU通过CAN总线与PCS实现通信，通过Modbus TCP网络与EMS系统通信。

4、总控制功能

由控制柜12汇总电池柜组（1、2、m）的CAN总线数据，集成一套单元系统电池管理系统BMS，并通过上位机监控系统把电池柜信息转换成以太网协议发送给微电网监控系统，并独立完成电池系统的远程监控；提供与PCS、EMS通信接口；提供系统及各电池柜电源和工作状态指示灯的汇总信号；通过电池管理系统对每个电池柜主控箱进行控制，包括主回路主继电器的控制以及预充电回路的投退；

5、模块化组网及能量管理功能

电化学储能一体机以模块化结构型式通过规范的外部接口系统和电缆通道接入微电网，通过通信系统由微电网能量管理系统EMS采集储能系统数据，并根据负载要求和电池状态进行充放电控制，同时对电池系统提供被动均衡管理；

6、故障诊断处理功能

根据数据检测采样和数据处理，实时分析运行参数，根据故障定义判断故障等级，采取相应保护报警和控制措施；储能电池系统带有自动温度保护控制，按照设置上下限提供报警和控制；

7、外部接口功能

电化学储能一体机的外部连接分为直流主动力、市电辅助动力、控制和通信，通过专门设置的外部接口电缆通道33统一布置输出，实现一体机模块化通用外部接口，接口包括汇流柜总输出电缆、控制及保护报警信号电缆、市电辅助电源、微电网PCS功率转换系统通信、微电网EMS能量管理系统通信；此外，为微电网系统其他附近的设备提供入网接口，通过多网口光纤收发器实现电化学储能一体机控制柜的功能扩展。活动盖板30和人孔便于电缆夹层内部通道和外部接口通道33的施工操作和运行维护。

8、辅助系统功能

为了保障电化学储能系统安全可靠工作，配套工业空调机13和专用风道系统14，与电池柜内部风道结构14.2对接形成闭环调节系统，空调机13根据设置参数自动进行制冷/加热操作切换和温度调节控制；风道系统14导流板和电池柜风道对接口处的开度可调板用于改善流场和均匀分布，提高各电池柜温度控制一致性；

七氟丙烷消防系统（市场成熟产品，这里是指“消防柜”）执行消防主机指令，发生火灾或电化学反应异常时，通过烟感探测器17、18、温感探测器19、20、可燃气体探测器21进行火情判断和电化学异常反应判断，由消防主机15发出联动控制命令，驱动消防主柜15、声光报警、警铃、气体释放警报器和放气勿入标志等的变化；集装箱体10上设置了安全泄压口29，当事故情况内部气体压力超过一定限值时，安全泄压口29自动打开释放箱体压力，保护设备。

根据集装箱设备布局和安装布局，在集装箱内部地面设置有分布式连通接地点，箱体外部设置有外部接地点，所有内外部接地点可靠连通，通过外部接地点就地与接地网连接，以及箱体内地面铺设绝缘胶垫等预防性措施，实现电气安全性。

实施例2

如图7所示，是本实用新型的一种微电网场景应用。微电网系统包括市电系统201、第一交流母线200、第二交流母线200-1、快速切换开关STS203、柴油发电机组202、不间断负荷205、功率转换系统PCS150、直流母线100、直流负载103、光伏发电系统101、电化学储能一体机102、微电网能量管理系统EMS99。

具体连接关系如下：

快速切换开关STS203两侧分别连接第一交流母线200和第二交流母线200-1，并对两侧母线电压采样、连接功率转换系统PCS150的状态控制信号，市电系统201和柴油发电机组202连接第二交流母线200-1，功率转换系统PCS150的交流侧连接第一交流母线200，并为不间断负载205供电，直流母线100连接功率转换系统PCS150直流侧、光伏发电系统101、电化学储能一体机102，微电网能量管理系统EMS99通信连接柴油发电机组202、电化学储能一体机102、光伏发电系统101、功率转换系统150。

上述连接方案的功能说明如下：

电化学储能一体机作为一个整体模块接入微电网，通过直流动力电缆和通信电缆/光缆与系统连接。微电网有并网运行和离网运行两种模式，市电系统和柴油发电机组互锁切换，任意时刻只有一个上线运行。第二母线200-1带常规交流负载，第一母线200带有不间断供电要求的交流负载，直流母线100带智慧灯杆等直流负载。

并网运行模式：市电，光伏发电，电化学储能，直流负载（直流灯杆等），不间断负载和常用负载进行自发自用；微电网与市电电网之间有防逆功保护，多余的光伏电能储存到电化学储能系统，如电池被充满，则限发或停发光伏；电化学储能在夜间电费低谷时段充电直到充满；此外，控制系统可对电化学储能系统电池进行满充满放的SOC校准。

离网运行模式：快速切换开关STS将第一交流母线与第二交流母线的连接断开，切断与电网连接，PCS转为离网运行模式；由光伏发电系统和电化学储能系统共同支撑直流负荷和不间断负荷工作，直到电池SOC降低到30%以下。

电化学储能系统的切换操作：离网模式下，当电化学储能SOC下降到30%时启动柴油发电机组，柴发机组建立交流母线电压，PCS切换回并网模式，柴发机组除支撑不间断负荷之外，多余的电能经过PCS，同光伏一起给储能系统充电，SOC上升到90%后，停止柴发机组，转由PCS、储能和光伏支撑交流系统，如此反复，直至电网恢复。

市电电网的恢复：检测确认市电恢复时，先停止柴发机组发电，PCS切换回离网模式，之后连接市电，待PCS与电网同步后，切换回并网模式。

Claims (8)

1.一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：包括若干储能电池柜、集装箱体、汇流柜、控制柜，所述储能电池柜包括第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜；m为≥3、≤24的正整数；

所述集装箱体设计有接地系统，包括内部接地点、外部接地点和接地连通导体；

所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜的结构组成相同，所述储能电池柜包括n个电池箱、n个电池箱管理单元、m个主控箱；每个所述主控箱包括电池分管理单元SBMU以及各自的主熔断器、分流器、主继电器及预充电回路、簇电压检测、隔离开关；n为大于2、小于32的正整数；

所述汇流柜包括第一断路器、第二断路器、第m断路器、第一母线、第二母线、总输出开关、防雷保护器；

所述控制柜包括电池主管理单元MBMU、上位机及显示器和键盘、光纤CAN集线器、多网口光纤收发器、UPS电源及外接蓄电池、开关电源、微断路器组、控制电器组；所述微断路器组用于构造市电和UPS电源的配电回路；所述控制电器组包括输出继电器组、启停按钮、急停按钮、指示灯，用于输出操作控制信号、运行指示和故障公共报警提示信号。

2.根据权利要求1所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜直线排列互相邻接，形成电池柜组，所述电池柜组布置在所述集装箱内一侧，散热排风面面向集装箱的空间，每个所述储能电池柜均由两个对称子柜对接集成，每个所述储能电池柜均设有两个边侧垂直通风道和一个中部垂直通风道；工业空调机布置在所述电池柜组的一端直线并排布置，所述工业空调机的排风口与专用风道的垂直段入口连接，将空调机出风口与电池柜进风口连接起来，所述专用风道的水平段安装在所述电池柜组的上方和所述集装箱的顶部之间，所述专用风道的水平段下方设有风道送风口，与电池柜进风口对接，并与所述电池柜组的各垂直通风口一一对应对接，每个风道送风口与电池柜进风口对接处设有开度调节板，所述专用风道的垂直段和水平段的角部对接由圆弧形导流板连接；所述电池柜组的另一端邻接布置汇流柜；控制柜、消防柜、消防主机、配电箱依次间隔排列布置在所述集装箱内所述电池柜组的对面一侧；所述控制柜与所述汇流柜之间的地面开设有内部电缆夹层通道及活动盖板，附近配有人孔；所述集装箱地面下方设有外部接口电缆通道，用以连通地下电缆隧道；所述消防柜、第一烟感探测器、第二烟感探测器、第一温感探测器、第二温感探测器、可燃气体探测器以及报警提示装置通过火警布线槽连接到所述消防主机，消防主机、消防柜、各个烟感温感燃气探测器、报警提示装置构成的消防系统的工作电源通过配电布线槽提供；所述工业空调机的电源、摄像头的电源模块、第一防爆照明、第二防爆照明以及照明开关和插座、安全门的门禁系统通过所述配电布线槽与所述配电箱连接；所述摄像头通过控制布线槽与所述控制柜通信连接；安全泄压口安装在所述集装箱的一侧壁面；双开门设置在所述集装箱的一个端面。

3.根据权利要求2所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：所述电化学储能一体机的电气总连接：所述的第一储能电池柜、第二储能电池柜、第m储能电池柜分别经电池柜输出电缆连接所述汇流柜；所述汇流柜经总输出电缆通过所述外部接口电缆通道连接微电网直流母线系统，所述汇流柜的保护报警信号通过所述外部接口电缆通道连接微电网能量管理系统EMS；所述控制柜为所述电池柜组提供辅助电源和风机电源，所述控制柜通过CAN通信与所述电池柜组连接组成电池管理系统；所述控制柜通过所述外部接口电缆通道与所述微电网能量管理系统和功率转换系统连接，并获取市电辅助电源，同时为附近设备提供入网接口；所述控制柜为内部所述摄像头提供入网接口，并为所述配电箱提供进线电源。

4.根据权利要求3所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：每个所述储能电池柜的n个所述电池箱串联输出连接到所述主控箱，并由所述主控箱输出电池柜电缆；每个所述储能电池柜的每个所述电池箱对应一个所述电池箱管理单元，每个所述电池箱管理单元CMU采样检测对应所述电池箱的温度、电压，并提供均衡管理；每个所述主控箱的主熔断器、分流器、主继电器和隔离开关串接构成主回路，通过电池柜输出电缆外接所述汇流柜；每个所述电池分管理单元采集对应所述主控箱的主回路电压电流，并控制所述主继电器和预充电回路；每个所述储能电池柜的每个所述电池箱管理单元CMU与相对应所述电池分管理单元SBMU依次通过第二现场总线网络总线通信连接；每个所述储能电池柜的所述电池分管理单元SBMU依次通过第一现场总线网络总线通信连接，并与所述控制柜的主电池管理单元MBMU通信连接；每个所述储能电池柜的工作辅助电源和风机电源来自所述控制柜的UPS电源。

5.根据权利要求4所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：所述的第一断路器、第二断路器、第m断路器的一端连接第一母线，另一端分别外接电池柜输出电缆；所述总输出开关的一端连接所述第一母线，另一端连接第二母线，所述防雷保护器的一端接地、另一端连接所述第二母线，所述第二母线经电池系统总输出电缆输出，并通过所述外部接口电缆通；所述汇流柜的保护报警信号经电缆输出通过所述外部接口电缆通道。

6.根据权利要求5所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：所述电池主管理单元MBMU经第一现场总线网络总线与所述上位机通信连接，并与电池系统通讯连接；所述电池主管理单元MBMU与光纤CAN集线器通信连接，所述光纤CAN集线器输出光纤通过所述外部接口电缆通道；所述上位机与多网口光纤收发器通信连接，所述多网口光纤收发器输出多路网线或光纤通过所述外部接口电缆通道、以及连接内部的所述摄像头；外部市电通过所述外部接口电缆通道为所述控制柜和配电箱提供交流电源；所述UPS电源外接蓄电池、并外接市电电源后输出不停电电源，为所述控制柜的各装置提供交流工作电源、为储能电池柜组提供辅助电源和风机电源，并通过开关电源输出直流工作电源供所述控制柜的直流装置使用。

7.根据权利要求6所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：所述集装箱的底部、在所述控制柜和所述汇流柜之间，设有电缆夹层和外部接口电缆通道，所述活动盖板和人孔用于方便电缆夹层内部通道和外部接口通道的施工操作和运行维护。

8.根据权利要求2所述的一种微电网应用的电化学储能一体机，其特征在于：微电网系统包括市电系统、第一交流母线、第二交流母线、快速切换开关、柴油发电机组、不间断负荷、功率转换系统、直流母线、直流负载、光伏发电系统、电化学储能一体机、微电网能量管理系统；快速切换开两侧分别连接第一交流母线和第二交流母线，并对两侧母线电压采样、连接功率转换系统的状态控制信号，市电系统和柴油发电机组连接第二交流母线，功率转换系统的交流侧连接第一交流母线，并为不间断负载供电，直流母线连接功率转换系统直流侧、光伏发电系统、电化学储能一体机，微电网能量管理系统通信连接柴油发电机组、电化学储能一体机、光伏发电系统、功率转换系统。

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