【电池储能系统设计综述3900字】

电池储能系统设计综述目录TOC\o"1-2"\h\u271263.1电池组设计 1110003.11负载分析 1285973.12方案一：磷酸铁锂电池组设计 2173813.2×200×198×10−3=122.76KWℎ 2294523.13案二：铅炭电池组设计 227041140.4×3=421.2KWℎ 392743.2电池管理系统 3230613.3储能变流器设计 414093.31储能变流器的选型 4252093.32储能变流器的原理及结构 669863.33双向BUCK/BOOST变换器 6310653.33双向AC/DC变换器 73.1电池组设计3.11负载分析写字楼的主要负载有电脑、照明灯、空调、电梯；写字楼里面的电器在用电高峰期时段使用电池储能系统存储的电能，在用电谷期的时候，写字楼就使用市电供应的电能。写字楼有6层楼高，每层楼大概有50台电脑，电脑的额定功率是300W，但是有一些电脑没有使用，只有200台电脑在用电高峰期工作3个小时，电脑使用的电能大约为180KWh，负荷为60KW；每层楼有100个照明灯，照明的的功率为30W,在用电高峰期的3个小时大概有400个灯在使用，使用的电能大约为36KWh，负荷为12KW；载重800公斤的电梯，速度为1米/秒，额定功率为8KW，两部电梯在用电高峰期期间连续运行3个小时，大概使用电能48KWh，负荷为16KW。空调的额定功率为2000W,每层大概有2台空调，整栋楼共有12台空调，大概有5台空调在高峰期使用3个小时，使用电能30KWh,负荷为10KW。综合上面的情况，写字楼在用电高峰期时大概使用电能294KWh，负载负荷大概为98KW。3.12方案一：磷酸铁锂电池组设计考虑到电池的重量和大小，就选择了磷酸铁锂电池3.2V/200Ah，它重4kg，它的尺寸（长*宽*高，毫米）为69X180X220，电池的额定电压为3.2V，额定容量为200Ah；电池在充电时，充电的电压不能超过3.65V,额定充电电流66A,截止电流为6.6A，充电的时候温度范围为0°C~45°C，最大充电电流1C（200A）；放电时，电池放电到2.5V时截止放电，额定放电电流66A，最大的放电电流是1C（200A），放电时的温度-20°C~55°C。放电深度为80%，充放电循环次数5000次。储能系统实际要放电的电能为294KWh的电能，电池的理论容量应为：294÷0.8根据电池需要充电的容量367.5KWh，选用磷酸铁锂电池3.2V/200Ah电池，需要594节电池198串3并起来使用，根据串并联电压规律，电池组的电压为：198×3.2=电池串存储的理论存储的容量为：3.2×200×198×3个串电池并联起来的总容量为：122.76×3所以铅炭电池的电池组是594节电池，198串3并；电池组理论存储电能368.28KWh，实际放电量为294KWh。3.13案二：铅炭电池组设计考虑到电池的重量、电池的大小，还有为了与磷酸铁锂电池组设计形成对比，所以选择了容量相近的铅炭电池2V/300Ah，电池重量是5kg，电池的尺寸（长*宽*高，毫米）为181X90X346，电池的额定电压为2V，额定容量为300Ah；电池的浮充电压2.25V，均充电压为2.35V,充电的时候温度范围为0°C~45°C，最大充电电流1240A，最大的放电电流是1240A，放电时的温度-15°C~45°C；电池在25°C温度下，30天自放电小于电池能量的3%。电池放电深度是0.7，电池充放电循环使用次数是3600次。储能系统实际要放电的电能为294KWh的电能，所以电池的理论容量应为：294÷0.7根据电池需要充电的容量420KWh，需要702节2V/300Ah的铅炭电池234串3并使用，利用并联串联电压规律，电池组的电压为：234×2=电池串存储的理论存储的容量为2×300×234×3个串电池并联起来的总容量为：140.4×3=所以铅炭电池的电池组702节2V/300Ah电池234串3并；电池组理论存储电能421.2KWh，实际放电量为294KWh。3.2电池管理系统选择精瑞翔的JRX8160的电池储能系统，此系统可以管理监测磷酸铁锂电池、铅酸电池等电池，适用范围广；还有系统的电压规格合适电池组设计的电压值，可监测的电池数量也合适电池组的设计，最重要的是它的性价比比较高，电池管理系统主要参数如表1：表1电池管理系统参数项目技术参数型号规格监测电池数量JRX8160468V2V电池：监测1组234节634V3.2V电池：监测1组198节组端电压测量范围：0~600V，精度：±0.2%±0.5V单体电压测量范围：0~9.9V，精度：±0.3%±3mV单体电阻测量范围：0.01mΩ~1Ω，精度：±0.2%±20μΩ充放电电流测量范围：0~9，精度：±1%充放电电量测量范围：0Ah~300Ah，精度：±5%温度测量范围：-40°C~+120°C，精度：±0.5°C工作电源AC220V工作环境工作温度：-20°C~+45°C，相对湿度:5%~80%功能有：对电池的工作电压、电流、温度进行检测以及控制，对组端电压进行检测，具体检测范围如表1所示；系统通过检测到的数据，然后根据情况而对其进行适当的控制改变；主要是为了防止电池电压太高（太低）、电池温度太高（太低）、电流超过额定值等问题，而造成系统损坏，出现故障，更是对人造成身体伤害。电池管理系统中有许多的模块，各个模块之间可以进行通讯，模块之间还可以相互传送数据，模块将数据储存起来，可以对储能系统的重要参数和电池的重要参数进行计算与分析，配合储能变流器管理电池；电池组工作时，电池的温度会发生变化，电池管理系统可以根据电池组工作的温度数据，对其温度进行外在的处理，如加热功能和散热功能，令电池储能系统和电池在一个比较稳定的温度下工作。随着电池的充放电次数增多，各个电池容量会出现偏差，引起单体电池储存电能量比电池组储存电能量多，电池管理系统将发生动作，用主动或被动的均衡方式，促使各个电池的容量改变，趋于一致。3.3储能变流器设计3.31储能变流器的选型从上面负载分析可知，负载负荷为98KW,在实际使用时负荷会少一点，负载负荷也会大一点，所以选了稍微高于98KW的100KW的储能变流器；电池组电压在400V—650V之间，储能变流器也要满足这个要求；而且考虑到经济跟其性价比，综合要求选择了德明电源公司的100KW的双向储能变流器；储能变流器支持离网/并网运行，还支持有关部门的调配，让系统并网充放电；本变流器充放电模式比较多，有恒功率、恒流、恒压等充放电模式，这些模式可以根据情况选择设置；电池组的电压范围在220V~800V，储能系统的功率因素大于0.99，转换效率大于95%，它在离网/并网切换时，是无缝切换，响应非常速度快，还有在市电出现故障时，储能系统独立运行，为负载供电。系统可以满足磷酸铁锂电池、铅炭电池等电池的接入，适用范围广；还有系统可以跟电池管理系统协同对电池的充放电管理；储能变流器电源自带保护功能，包括欠压、过流、过载、过热保护等保护功能。储能变流器的详细参数如下表2：表2储能变流器参数交流侧参数工作模式连续线路三相四线式额定输出功率100KW输出过载功率110KW直流参数直流电压范围DC220V-800V电压精度±1%温流精度±1%直流纹波电流＜5%IPP并网充放电模式额定电网电压380Vac电网电压范围±20%电网额定功率50Hz电网频率范围±10%额定功率＜3%（标准电压）功率因数≥0.99（额定功率）系统参数最大转换效率95％以上保护功能极性反接、短路、过热、过载等工作温度-10℃~+50℃相对湿度0~95%，不结露冷却方式强制风冷噪音≤60dB3.32储能变流器的原理及结构储能变流器也叫做pcs，它在储能电池系统中起主导作用，它联结电池管理系统，控制电池的充放电。储能变流器由双向AC/DC和双向BUST/BOOST变换器构成。图2储能变流器并网电路图如图2所示，图2是并网主电路图，三相电经过滤波器消除掉谐波，然后再进入双向AC/DC变换器变流，再进入双向BUST/SOOST变换器升压，传送能量给电池充电。反之电池放电，电能经过储能变流器降压、变流汇入电网或者给电器提供电能。3.33双向BUCK/BOOST变换器双向DC/DC是直流变直流电路，电路主要由开关管、电容、电感、二极管组成，通过变换电路中元器件的位置，可以改变电路的效果；BUST/SOOST是DC/DC电路中的一种，BUST/SOOST是升压电路和降压电路的组合，在电路中，当它的占空比大于零，小于二分之一时电路为降压电路；当它的占空比大于二分之一，小于一时为升压电路，它既能升压又能降压，所以在储能变流器中得到很好的发展。图3双向BUCK/BOOST变换器电路图3中，Ud表示电池组；双向BUCK/BOOST变换器组成：有电感L，两个开关器件T1/D1和T2/D2，两个续流二极管D1和D2，电容C组成；Ua表示高压侧的电压。当电路工作在降压模式的时候，开关管T2不工作，二极管D2工作，双向DC/DC变换器将逆变电路侧的直流量提供给电池组，电池组对其进行存储，电池处于充电模式。当电路工作在升压模式的时候，开关管T1不工作，二极管D1工作，开关管T2工作，双向BUCK/BOOST变换器将电池组侧的直流量提供给逆变电路侧，电池组对其进行存储，电池处于充电模式。3.33双向AC/DC变换器双向AC/DC变换器可以把交流电变直流电，又可以把直流电逆变成交流电。电路主要使用PWM调制技术进行调制，PWM调制技术可以根据系统控制的不同，可以快速的对电能的方向进行改变，采用PWM控制技术控制的双向AC/DC电路，能够四象限运行。图4双向AC/DC电路双向AC/DC变换器主要由6个开关管IGBT组成和一个大电容组成，IGBT管是属于全控型开关器件，它能够被电路信号所控制，通过控制电路信号，可以控制开关管IGBT的导通，也可以控制其关断，而且开关管反应速率很快，受外界干扰量影响较小。由于电路中的开关管IGBT关断上电后，它的瞬间电压会比稳态时段的关断电压高很多，如果电压超过开关管上标注的耐压，开关管就会炸裂，加上电容，电容在开关管工作瞬间，存储能量，起到稳压的作用，当开关管开通的时候，能量就转移消失。变换器的四种运行模式：变换器在纯电感模式下，电网侧的电动势超前于电网侧的电流90°，交流电变换成直流电，此时的整流工作并不是理想的工作模式，变换器会从能量传送中吸收电感感性无功功率，呈电感性无功功率。变换器在纯电阻模式下，变换器也是把交流电变换成直流电，电网侧的电动势其电路相位一样，工作在理想的整流模式下，变换器在能量传送的时候，吸收容性无功功率，在使用中，变换器可以作为无功补偿器使用。变换器在正电容模式下时，电网侧的电动势落后于电网