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              動力電池系統

              20kWh 儲能系統電池模塊

              20kWh 儲能系統電池模塊

              一、 儲能系統概述

              1. 設計內容

              20kWh儲能系統由4個28.8 V 177.7Ah的電池模組串聯而成,儲能模組加上一個主控箱組成,系統儲能總容量20.5kWh,額定電壓115.2V。

              20kWh儲能系統可以對接PCS系統進行交直流的變換,與PCS組成系統后,在無電網情況下可以直接為交流負荷供電。

              儲能系統內部包含BMS模塊,BMS負責完成單體電池電壓檢測、溫度檢測及電池在線均衡控制功能,同時對相應的電路單元進行硬件故障診斷,檢測電池系統的電流、總電壓及系統SOC估算和充電管理。

              BMS通過 RS485 接口與PCS通訊,傳輸電池組狀態信息,實現對電池的保護性充放電,確保電池運行安全。

              2.  模組配置參數

               

              儲能系統由4個1P9S儲能模組組成,每個儲能模組規格為28.8V/177.7Ah。

              模組:尺寸510*182*210.5mm,重量≤40kg


              3.   統配置參數

              系統儲能總容量20.5KWh總電壓115.2V,系統拓撲組成模式:4個電池模組,通過導線串聯后,連接到儲能架上方的主控箱,系統接線見圖一。

              電池包:尺寸1040*650*240mm,重量≤200kg(不含液體)

              控制箱:尺寸440*400*260mm,重量≤15kg

              4.  設計特點

                 20kWh儲能系統總體設計特點如下所示:

              • 采用成熟可靠、高能量密度和長使用壽命的磷酸鐵鋰電池,可實現快速充放電,滿足kW級功率輸出所需求的容量;

              • 全自動智能化電池管理技術,可自動實現單體電池的一致性均衡,確保電池的使用壽命;

              • 采用國際知名品牌的元器件和控制芯片,確保系統性能可靠;

              • 完善的交直流保護功能,確保系統的安全性;

              • 低壓穿越、頻率穿越、輸出電能質量等均滿足國家標準要求;

              • 系統的響應速度快,響應時間小于50ms;

              • 設置緊急停機操作,確保系統的安全性;

              • 系統具有無縫切換功能,時刻保持負載正常運行;

              • 模塊化設計,方便后期的容量擴展,從而進一步提高系統的可靠性和冗余度;

              • 系統結構簡單、便于運輸、安裝及維護;

              • 支持多種通訊接口,可根據客戶需求進行選擇;

              • 外型美觀、配有友好的人機操作界面。

              5. 設計實力

              西安金澤電氣技術有限公司,專注于電池電源系統的核心技術研究,運用世界領先的BMS、熱管理和新材料技術,研發大功率、高安全、高可靠,可在極限環境使用的PACK電池包, 和PACK的物聯網管理技術。產品廣泛應用于電動汽車、軍工、儲能領域。 金澤電氣具有完整的電動及儲能類電池電源系統的設計研發、項目實施、管理維護的經驗和能力,致力于為客戶提供動力、儲能系統的優秀整體解決方案。

               

              6. 產品特點:

              • 深度定制化

              根據不同的客戶需求,靈活配備方案以供優選,更前瞻性地為客戶提供兼顧功能安全與性價比的方案

              • 深度集成化

              電池模塊,BMS系統模塊集成

              • 能量密度高

              磷酸鐵鋰電池的能量密度高,可做到150Wh/kg,是行業內能量密度較高的電池,鋁殼的設計、獨特的原料配方及工藝為能量密度的提高奠定了基礎;

              • 安全性能好

              磷酸鐵鋰電池的安全性經過國家部門的檢驗,經過高溫、高壓、槍擊以及火燒水浸、短路等檢測,指標全部合格,不會因過熱引起起火和爆炸;

              • 可快速充放電

              磷酸鐵鋰電池最大充電電流為2C,放電電流為3C,脈沖電流為5C,可實現快速充放電,同時大電流下電池體溫度不超過45度。

              • 優良而穩定的放電性能

              磷酸鐵鋰電池不論在大功率放電,還是小功率放電,都具有非常平穩的放電平臺,工作電壓非常穩定。

              • 低產熱性

              磷酸鐵鋰電池的層疊式結構使電池具有較低的內阻及產熱量。

              二、系統總體設計

              1.        相關標準規范:

              GB/T 2423.1-2008 電工電子產品環境試驗第2 部分:試驗方法試驗 A:低溫

              GB/T 2423.2-2008 電工電子產品環境試驗第2 部分:試驗方法試驗 B:高溫

              GB/T 2423.3-2006 電工電子產品環境試驗第2 部分:試驗方法試驗

              Cab :恒定濕熱試驗

              GB/T 2423.8-1995 電工電子產品環境試驗第2 部分:試驗方法試驗 Ed:自由跌落

              GB/T 2423.10-2008 電工電子產品環境試驗第2 部分:試驗方法試 驗Fc:振動(正弦)

              GB/T 17626 -2006 電磁兼容試驗和測量技術

              GB 14048.1-2006 低壓開關設備和控制設備第1 部分:總則

              GB 7947-2006 人機界面標志標識的基本和安全規則導體的顏色或數字標識

              GB 8702-88 電磁輻射防護規定

              UL1642-2005 鋰電芯安全規范標準

              GB/T 31486-2015 電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法

              GB/T 31467.2-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第2部分:高能量應用測試規程

              GB/T 31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分:安全性要求與測試方法

              2. 模組設計參數

              模組技術參數表

              項目

              規格

              備注

              尺寸(mm*mm*mm)

              L*W*H:   510*182*210.5mm

              標稱容量(Ah)

              177.7

              標稱電壓(V)

              28.8

              充電截止電壓(V)

              32.85

              放電截止電壓(V)

              22.5

              標準充電電流(A)

              90

              標準放電電流(A)

              180

              最大連續充電電流(A)

              180

              最大連續放電電流(A)

              180

              電芯數量

              9(1P*9S)

              表-1模組技術參數 

              3. 系統設計參數

              系統技術參數表

              項目

              規格

              備注

              額定功率

              20.5kW

               不含PCS

              儲能容量

              20.5kWh

              額定電壓

              115.2V

              輸出直流電壓范圍

              90V~131.4V

              工作環境溫度

              充電:0~+45℃

               工作相對濕度

              20%~80%

              放電:-20~+60℃

              存儲溫度范圍

              1個月

              -55℃~60℃

              3個月

              0~45

              長期存儲

              ≤25℃

              系統重量

              柜體尺寸

              (mm*mm*mm)

              表-2系統技術參數 

              4. 電池管理系統介紹及主要技術參數

              1)  BMU技術指標

              3  BMU技術指標

              參數

              指標

              型號

              RS-EP12XIMU

              工作電壓范圍

              12/24V  8V ~36V

              工作電流

              60mA

              靜態電流

              0

              防護等級

              IP52

              安裝位置

              安裝在電池箱體內部

              電池監控串數

              6-60

              驅動繼電器電流(4路,高低電平輸出,高阻態)

              峰值電流:<3A  額定電流:1A

              CC,CC2,CP信號檢測

              遵循國標,支持CP信號喚醒

              I/O信號檢測

              兩路,輸入最高電壓<24V

              CAN接口

              3

              485接口

              1

              單體電池電壓采樣精度

              ≤5mV

              單箱電池電壓采樣周期

              ≤30ms

              總電壓測量范圍

              0~500V(兩路)

              總電壓檢測精度

              ≤±0.5% FS

              溫度傳感器布局

              每6節電池1個NTC

              溫度檢測精度

              ≤±1℃

              電流傳感器

              霍爾傳感器

              電流檢測范圍

              -500~500A

              電流檢測精度

              ±0.5% (>30A

              ≤±1A (≤30A)

              均衡操作

              被動均衡70mA

              SOC估算精度

              誤差<5%

              運行溫度范圍

              -40~85℃

              存儲濕度范圍

              0~95%

              BMU常用功能描述:

              • 單電池箱總控,電池組總電壓、總電流、絕緣等檢測;

              • 高壓繼電器控制功能,可實現高低邊控制,必要是可以輸出<10kHz的PWM信號;

              • 通過CAN1與整車等實現數據交換;通過內CAN燒錄程序,監控數據,支持UDS診斷協議;

              • 估算系統SOC、SOH、系統實際容量、峰值功率等;

              • 采集電池箱體內每一串電池的電壓數據;

              • 可根據客戶需要方便組成12,24,36,48,60串的采集數量;

              • 采集電池箱體內各個典型溫度場分布點的溫度值;

              • 實現溫度場控制,箱體內風機散熱控制,加熱器加熱等;

              • 實現單體電池間的平衡控制;

              • I/O功能,檢測激活信號并進行相應的控制;

              • 記錄歷史數據,記錄故障數據,并診斷系統故障狀態;

              2)  BCU技術指標

              表4  BCU 技術指標

              參數

              指標

              型號

              ARS-BAMS-FS100

              工作電壓范圍

              12/24V  8V ~36V

              工作電流

              ≤60mA

              靜態電流

              0

              防護等級

              IP52

              安裝位置

              安裝在系統控制柜頂部電氣集成柜內

              驅動繼電器電流(4路,高低電平輸出,高阻態)

              峰值電流:<2A  額定電流:0.5A

              CC,CC2,CP信號檢測

              遵循國標,支持CP信號喚醒

              I/O信號檢測

              4路,輸入最高電壓<24V

              溫度檢測

              2路   10K  NTC

              CAN接口

              4路一路隔離

              485接口

              2路一路隔離

              總電壓測量范圍

              0~1000V(兩路)

              總電壓檢測精度

              ≤±0.5%FS

              電流傳感器

              霍爾傳感器

              電流檢測范圍

              -500~500A

              電流檢測精度

              ±0.5%

              均衡操作

              被動均衡70mA

              SOC估算精度

              誤差<5%

              運行溫度范圍

              -40~85℃

              存儲濕度范圍

              0~95%

                  BCU系列具備了一體化的數據采集及智能控制管理功能,擁有豐富的通訊接口,完全滿足目前大多數交通及儲能領域的電氣需求;兼容 UDS 協議,用戶可以方便的通過 CAN 總線進行數據讀取、軟件升級及診斷功能,也可以單獨作為主機模塊使用。BCU常用功能描述:

              • 電池組總電壓、總電流、絕緣等檢測;

              • 高壓繼電器控制功能,可實現高低邊控制,必要時可以輸出<10kHzPWM信號;

              • 通過內 CAN燒錄程序,監控數據,支持UDS診斷協議;

              • 通過整車CAN1等實現數據交換;

              • 估算系統SOC、SOH、系統實際容量、峰值功率等;

              • 收集電池箱體內每一串電池的電壓數據;

              • 可根據客戶需要方便組成 4-240串的采集數量;

              • 采集電池箱體內各個典型溫度場分布點的溫度值;

              • 實現溫度場控制,箱體內風機散熱控制,加熱器加熱等;

              • 實現單體電池間的平衡控制;

              • I/O 功能,檢測激活信號并進行相應的控制;

              • 記錄歷史數據,記錄故障數據,并診斷系統故障狀態;

               

              三、方案對比

              項目

              競爭對手

              本次方案

              BMS

              /

              全球領先的動力電池管理系統四大核心技術:被動均衡、無線傳輸、功能安全、容量管理;

              低溫放電

              /

              低溫特性好,-20下,充電態鋰電池組以0.5C恒流放電至終止電壓,其放電容量不低于額定容量的80%;

              能量密度

              /

              高能量密度,單體電芯能量密度達到150wh/kg,系統比能量達到125wh/kg;

              循環壽命

              /

              循環壽命長,1C/1C充放2000次循環剩余容量超過80%;

              充放電倍率

              標準充電0.25C,標準放電:0.5C

              高倍率,標準充電:0.5C,標準放電:1C

              安全性

              /

              多角度結構仿真分析、熱力仿真分析、BMS安全性設計、充分的安全驗證

              可靠性

              /

              關鍵物料充分測試、設計方案反復驗證、具備充分數據支撐。

              儲存極限溫度

              -30℃~60℃(艙內存儲)。

              -55℃~60℃(艙內存儲)。

               

              四、 注意事項

              1.電池組(電池)不得短路

                  

              2. 禁止電池組(電池)過充、過放電  

               電池組一旦嚴重過充、過放電,就會造成電池組的損壞。充電時應嚴格控制充電電壓,不得超過允許的最高充電電壓,如果充電電壓高于允許的充電電壓,電池組就會損壞;放電時亦應嚴格控制允許的最低放電電壓,如果放電電壓低于允許的放電電壓,電池組就會受到嚴重的損傷。當電池組中某個電池出現電壓為0V時,意味著此電池已損壞。如果電池組中有電壓為0V的電池而繼續放電時,有可能會發生噴霧等情況,造成電池組損壞。

              3.  嚴格控制電池的充、放電溫度  

               電池內部的最佳充、放電溫度為0℃~45℃。因此,在高溫環境下使用時應注意強制通風散熱;在低溫環境下使用時,電池放電電流會偏小,電壓下降快,會影響電池功率的輸出,這時可采用小功率連續放電約三分鐘后,電池內部溫度上升后,電池的工作效率便會提升。

              4.嚴格保持電池組中單體電池的一致性

               電池組在出廠時已嚴格按照電池的一致性誤差要求挑選組合,在使用中不得隨意變動,絕對禁止將不同型號、不同規格電池混合使用。

              5. 久置電池,須恢復、激活,方可繼續投入使用

              久置不用或少用的電池,在重新使用時,須先對電池進行恢復和激活后才能使用。激活步驟如下:

              恒流0.1C放電至2.8V;

              擱置20分鐘;

              恒流0.1C充電至3.65V;

              擱置20分鐘;

              恒流0.1C放電至2.8V;

              擱置20分鐘;

              恒流0.1C回充至額定容量的40%。

              根據客戶的實際需要及存放不同的條件,可重復①~⑤工序3~5次方可激活電池內部的活性物質;然后再繼續投入使用。

               
               
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