2MW-5MWh储能系统设计方案

122MW/5.11MWH储能系统设计方案 41、12MW/5.11MWH储能系统集成方案 41、1、1储能系统方案概述 4 41、1、3电池储能系统功能说明 51、22MW/5.11MWH储能系统技术参数 71、2.1单体电池设计及参数 71、2.2电池箱设计及参数 81、2.3电池柜设计及参数 81、2.4控制柜及高压电气汇流柜 91、2.5电池柜布线设计 1、3集装箱设计方案 1、3.1集装箱排布设计 1、3.2集装箱结构设计 1、3.3集装箱照明 1、3.4集装箱热管理设计 1、3.5集装箱防火系统设计 1、3.6集装箱接地及防雷设计 1、3.7集装箱安全逃生设计 1、3.8集装箱安装固定 1、3.9集装箱布线设计 1、3.10集装箱供电设计 1、3.11视频监控系统设计 1、3.12集装箱对外接口设计 1、4电池管理系统(BMS)设计方案 1、4.1电池监测电路(CSC)概述及功能 1、4.2从电池管理单元(SBMU)概述及功能 1、4.3主电池管理单元(MBMU)概述及功能 1、4.4电池管理系统功能 1、4.6电池监控系统功能与特点 1、5电池均一性控制方案 3 2.1供货范围 42MW/5.11MWh储能系统设计方案1.12MW/5.11MWh储能系统集成方案1.1.1储能系统方案概述本项目需求为2MW/5.11MWh(标称能量)储能系统，根据储能系统功率2MW、充放电倍率0.5C要求，本设计方案用了高安全性、高可靠性磷酸铁锂电芯进行系统设计。本方案共包含2套40尺集装箱储能系统，每套1MW/2.55MWh。每个集装箱单元包含2个1、279MWh电池单元，共包含12个电池柜、1个控制柜及2个汇流柜。每个电池柜由17个磷酸铁锂电池箱串联系统组成，由1套电池管理系统进行管理。每个电池箱由14个280Ah电芯通过1P14S方式进行成组，由1个SBMU电池监测单元来管理。2个子单元的高压直流总线汇流到2个高压电气汇流柜上。每个控制柜控制2个子单元，为每个电池柜提供CAN通讯汇总接口，同时也可以向电站能源管理系统上传电池数据和信息。管理及监控系统配有UPS,能在电网断电时，维持系统监控运行一定时间。本系统具有以下特点：■用磷酸铁锂电池，能量密度高，循环寿命长；■电池系统用标准化模块式设计，可灵活扩展，系统维护检修方便；■良好的散热管理系统，电池组寿命和可靠性有保障；■电池组用高效连接工艺，实现电池模块功率连接的高可靠、低阻抗及高相同性；■用高强度结构设计，保障电池系统在长途运输及极端情况下(如地震)的安全性；■CATL自主研发的电池均衡控制策略，可有效保障储能系统的可用容量和使用寿命；■自主开发的电池及系统监控软件，可实现储能系统的自动运行；■集装箱式储能系统用电柜双列布置设计，过道宽度≥750MM,便于日常维护和管理；■集装箱内设置手\自动一体化的全氟己酮气体灭火系统；■集装箱具有逃生门及逃生锁设计。1.1.2储能系统构成本项目2MW/5.11MWh储能系统由2个1MW/2.55MWh集装箱组成。5图1-11MW/2.55MWh储能单元电气图■2个子单元共计12个电池柜的直流电缆连接到高压电气柜直流输入母排上；■电池监测系统通过光纤以太网与储能电站监控系统连接；电池子单元的BMS与PCS通过CAN或RS485进行通讯。1、1、3电池储能系统功能说明本系统用CATL成熟、可靠、大批量生产的磷酸铁锂方形铝壳280Ah的电芯，额定电压3.2V,最大持续倍率为0.5C。电池堆具有如下功能：1)提供一个设计需求的储能容量，根据系统需求存储能量或放出已储存的能量；2)具有自我维护与保护的管理系统，使电池在长期使用过程中，保持平衡，并自我保护，确保电池堆的长期可靠运行；3)具有良好、快速的数据采集及与PCS、上层监控设备保持实时通讯，使整个系统运作实现自动化6控制，并可按要求存储必要的运行数据；4)模块化的设计，非常便于系统的安装、维护及系统的升级。电池储能系统具有完备的保护功能。系统保护功能主要分为三类保护；设备级保护；通讯异常保护；1)系统级保护储能系统就地监控系统具有实时数据分析功能。通过对系统各个部分的参数进行分析，监控系统可以发现诸如：设备多次保护告警、温度变化异常、电压变化趋势异常等与系统正常运行状态不符的异常与隐性故障，从而预先启动应对措施防止故障的发生或降低故障的影响。2)设备级保护系统内各个设备均具有自保护功能。如电池组都具有防雷保护、接地保护、电压短路保护等。当故障出现时各设备实时进行保护，以最快速度将故障隔离出整个系统同时向就地监控单元报告故障。全部设备均能被完全隔离出系统的电气连接，不影响其它正常设备的运行，以确保故障影响最小化。3)通讯异常保护整个电池储能系统的控制与调度是设在储能电站监控系统与就地监控系统的通讯的基础上的。所以当储能电站监控系统退出或意外中断运行时，电池储能系统将按上一次接收到的来自储能电站监控系统的控制指令继续运行一段时间，运行时间可设，设定时间到，通讯仍然没有正常则将电池储能系统停运，通讯恢复后系统与设备均能自动判断重新进入可运行状态。就地监控系统内部的通讯同样重要，所以系统内部全部设备均有通讯异常保护功能。当就地监控单元与电池管理系统，或变流器就地控制器通讯异常时，通讯异常设备，立刻停止运行。就地监控单元发现通讯异常后立刻将此设备从系统中隔离开来。同时将故障状态上报储能电站监控系统，通讯恢复后系统与设备均能自动判断重新进入可运行状态。电池储能系统的监控功能主要包括以下部分：■电池管理系统对电池数据采集，运行控制和故障报警的功能■就地监控单元对电池管理系统、变流器就地控制器采集数据的接收，存储，数据处理和分■就地监控单元向电池管理系统、变流器就地控制器的控制命令下发功能；■就地监控单元向储能电站监控系统的数据上传功能；■就地监控单元接受储能电站监控系统控制指令功能；7■实时显示当前运行数据和运行状态的功能，包括电池组，双向变流器的运行参数和运行状态及运行模式。并能够通过声光报警方式提示设备出现故障。还可以通过就地监控单元或储能电站监控系统查询历史数据，分析故障原因。1.22MW/5.11MWh储能系统技术参数储能系统最终配置容量为：储能单元(集装箱):1MW/2.55MWh;1.2.1单体电池设计及参数本设计方案用CATL成熟的由全自动生产线生产的标准的280Ah磷酸铁锂(LFP)方形铝壳电芯，单表1-1280Ah电芯参数表No.规格1标称容量280Ah2标称电压3工作电压范围2.8V～3.6V4工作温度范围充电：0℃~55℃5存储温度-30℃~60℃6电芯重量5.4±0.37电芯尺寸(W*D*H)173.9*71、65*207.3MM8图1-3电芯外观示意图1.2.2电池箱设计及参数电箱的设计是进行电池串联设计，根据电箱的尺寸和所选的电芯，电箱以14个电芯进行串联，串联后电箱为1P14S,电压为44.8V,具体参数如下所示：表1-2电箱参数表No.单体电池280Ah,LFP1电池串并联2标称电压44.8V3电压范围39.2V~50.4V4标称能量5工作温度-20℃~55℃6重量约95kg7尺寸(W×D×H)516*695*234MM图1-4电池箱的构成图1.2.3电池柜设计及参数电柜内部主要安装电池箱、主控箱配套电线电缆，主控箱包括电池管理系统、高低压电器保护件等。电柜的设计用分组分层设计，机柜外观用免维护技术。本项目电柜主要安装17个电箱、1个主控箱，电池柜具备完整的安装连接材料，并能完成电池输出端的接线。标准电池柜参数如下表：表1-3电柜参数表No.规格1标称电压2标称容量9No.规格3电压范围666.4~856.8V4标称能量213.25kWh5电池箱6主控箱7重量约2T8尺寸(W*D*H)1200*725*2300MM1个主控箱图1-5电池柜构成示意图(具体以实物为准)每个1MW/2.55MWh集装箱设计配备1个控制柜及2个高压电气汇流柜，其主要功能如下：(1)高压电气汇流柜为2个1、279MWh子单元提供高压直流总线并联汇流，并配置防雷保护器件及各汇流支路断路器短路保护；(2)高压电气汇流柜为12个电池柜共计2个子单元和总控柜内的电池监控系统提供系统紧急退出(3)控制柜提供12个电池柜共计2个子单元CAN总线汇总，集成一套单元系统电池管理系统，并通过电池监控系统把各电池柜信息转换成以太网协议发送给储能电站监控系统，并可独立完成电池系(4)控制柜提供与PCS的通讯接口；(5)控制柜中的电池监控系统具备网络对时的功能；(6)待机状态下，通过储能电站监控系统对储能单元下发命令，能够完成系统调度功能。控制柜外观示意图如下：图1-6控制柜及汇流柜示意图(具体以实物为准)1)电池柜内元器件安装及走线整齐可靠、布置合理，电器间绝缘符合相关标准。2)电池柜内内直流回路分布合理、清晰，进出线用魏德米勒及其它知名品牌接线端子，接线端子之间具有有隔离保护；主控箱内端子排的设计合理，检修、调试方便；3)电池柜设计有隔离开关，确保检修时能逐级断开系统；4)直流正负导线用不同色标；5)高低压及信号线分开不同线槽，进出线用下进下出的引线及连接线方式；6)强电、弱电的二次回路的导线分开敷设，每个接线端子只接一根导线。电流端子和电压端子明7)柜内元件位置编号、元件编号与图纸相同，并且全部可操作部件均有标识标明功能。内部接线根据接线图套圈和编号，全部面板上安装的设备用平面识别标志和功能标志标出。1.3集装箱设计方案本项目储能系统用集成化设计，将储能电池柜、电池管理系统集成到安装在一个40尺集装箱内，放置电池柜、汇流柜、控制柜、自动消防系统、空调系统等设备。集装箱拥有自己独立的供电系统、温度控制系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、消防系统、安全逃生系统、应急系统等自动控制和安全保障系统。集装箱尺寸按标准40尺高柜集装箱设计，便于堆码。No.规格1标称能量2.55MWh2放电深度97%(0.5C,25℃)3可用能量2.47MWh4尺寸12192L*2438W*2896H5重量约35t2MW/5.11MWh系统由2套1MW/2.55MWh储能系统组成，单个1MW/2.55MWh集成安装在1个40尺集装箱中，共包含12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜、消防系统、空调系统等。集装箱布置如下图所示：图1-740尺集装箱排布示意图考虑到电池储能系统装置的施工、调试、维护和检修，在集装箱设计时集装箱内电柜双列布置，中间过道宽度≥750MM,以便于电池系统的日常维护和管理；热管理用工业空调及独立风道设计。集装箱结构设计主要包括外形、钢结构的选用、壳体防护、集装箱进出线等设计，具体设计如下所示：2)集装箱具备良好的防腐、防火、防水、防尘(防风沙)、防震、防紫外线、防盗等功能，保障集装箱不会因腐蚀、防火、防水、防尘和紫外线等因素出现故障。3)具有防火功能：保障集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部使用阻燃材料；4)集装箱整体防护等级IP56,集装箱门板与外界连通的部位用密封条防护，防止在户外遭遇风沙或降雨天气时灰尘或雨水进入集装箱内部。保障箱体顶部不积水、不渗水、不箱体底部不渗水；5)具有防尘(防风沙)功能：保障在集装箱的进、出风口和设备的进风口加装可方便更换的标准通风过滤网，同时，在遭遇大风扬沙电气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部；6)具有防震设计：保障运输和地震条件下集装箱及其内部设备的机械强度满足要求，不出现变形、功能异常、震动后不运行等故；7)具有防紫外线功能：保障集装箱内外材料的性质不会因为紫外线的照射发生劣化、不会吸收紫外线的热量等；8)集装箱逃生设计用了标识、逃生锁、应急灯、自动灭火气体释放声光报警等措施。9)具有防盗功能：保障集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，保障在偷盗者试图打开集装箱时产生威胁性报警信号，同时，通过远程通讯方式向站控层监控系统报警，该报警功能应可以由用户屏蔽。10)具有门禁功能，门禁系统可以通过环网交换机接入上层服务器。集装箱的照明系统由一般照明和应急照明二部分构成：1)一般照明选用具有节能效果的LED灯具。2)应急照明选用具有应急出口标识的灯具。当系统出现故障导致交流供电中断时，应急照明灯点亮。本项目集装箱内壁用50MM厚的金属面岩棉夹芯板作为隔热层，夹芯板岩棉防火等级为A级，耐火极限不小于1h,使系统具备储热保暖、隔热、阻燃功能。考虑到储能系统实地运行环境，为确保电池长期可靠运行，集装箱配置采暖系统和制冷系统，并进行制冷、采暖风道设计，保障箱内温度均匀。为满足集装箱内温度保持在一定范围内以满足电池对温度适应性的要求，既要补充集装箱在夜间低温环境下的热量损失，还须平衡在极端高温环境下集装箱内热量累积。依据外界环境温度、集装箱热损耗、电池充放电产热综合考虑，集装箱选用两台空调保障集装箱内温度维持在20±5℃内，空调供电AC380V。空调选用嵌入式工业空调，安装在集装箱端部，依据集装箱内环境温度切换制冷/加热模式。空调以嵌入式安装在集装箱端墙板上，冷风/热风从空调内循环出风口通过集装箱风道平均分配到集装箱内，提高集装箱内部温度相同性。空调技术术参数表参数型号MC200HCNC1A尺寸、质量&安装方式外形尺寸(宽×深×高)mm800×650×2100质量安装方式应用环境环境保护&性能工作环境范围℃噪声等级dB(A)IP防护等级制冷剂R410AYes制冷/加热能力制冷量@L27(50%YL35加热量(选配)8消耗功率制冷输入功率@L27(50%)L35风量内循环风量m3/h6600电源制式电源范围V.Hz380-415±10%,3N~,50额定工作电压-控制器V,Hz380-415,3N~,50额定工作电压-制冷/加热系统V,Hz380-415,3N~,50最大电流A空气断路器C32图1-8嵌入式工业空调为同时应对高低温两种极端气候条件，同时减小集装箱内部环境温度差。集装箱内空调具备制冷和加热的功能，将空调制冷或加热的风接入集装箱风道，由风道统一将冷风/热风引导至集装箱内各电柜上方，再由电箱的风扇将冷/热空气抽入电柜内为电芯降温/加热。集装箱空气循环如下图所示。冷风冷风空调系统热管理设计热风图1-9集装箱热管理设计示意图1.3.5集装箱防火系统设计集装箱防火设计从以下几个方面展开：1)集装箱内选用手动、自动一体化气体灭火系统，灭火介质用80L全氟己酮；2)对电池系统的运行温度实时监测，一旦出现温度严重异常，将提示报警甚至停止运行；3)设备和电池箱体、柜体及线缆等设备的材质选用阻燃材料；4)集装箱内壁选用防火等级为A级的金属岩棉夹芯板，厚度：50MM,耐火极限不小于1h;5)整个系统采取消防联动设计，当消防控制器发出报警信号时，储能系统、通风散热等系统都会停止运行，以确保消防灭火系统能够正常灭火。本项目消防系统由火灾报警控制器/气体灭火控制盘、复合型探测器(包括可燃气体探测、烟雾探测、温度探测等)、声光报警器、警铃、放气指示灯、手动紧急启/停按钮、业务箱灭火装置(含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器)、业务箱配套件(喷头、高压软管)、供电箱灭火装置(含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器)组成。消防系统功能1)灭火系统设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式。2)灭火系统能自动检测火灾，自动报警，自动启动灭火系统，操作与该系统连锁动作的相关设备，施放灭火剂。3)灭火系统设有自动、手动操作转换开关，能将自动操作转换为手动操作。该转换开关和系统手动控制应设在每个防护区便于操作的地方，手动操作应能在至少一处完成系统启动的全部操作。4)灭火系统设有独立的应急手动操作机构，以备其他操作方式失灵时，作为应急释放气体灭火剂之用，应急手动操作机构用机械式，并能在一个地点完成释放灭火剂的全部操作。5)系统有自检系统，定期自动巡查，监视故障及故障报警。6)电池预制舱设置一个消防控制主机。消防控制主机应支持多种通讯方式，可上传站内探测器工作及预警状态，也可与站内BMS、EMS、PCS等设备交互通讯，为储能系统联动提供依据；复合式探测器发出预警信号给到BMS,BMS将信号发送至变流器控制回路，当发生故障时，能够识别并告知用户，同时控制PCS停止运行。集装箱的螺栓固定点与整个集装箱的非功能性导电导体可靠联通，同时，集装箱以铜排的形式提供至少2箱体接地点和两个设备接地点，向用户提供的接地点须与整个集装箱的非功能性导电导体形成可靠的等电位连接。接地系统中的有效截面积不小于250MM2。接地电阻≤4Q,连集装箱内部有接地铜排，电池柜、直流柜等的地线接至内部接地铜排上，由铜排引出至外部接地设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在不同的2点连接至主地网上，接地系统中导体的有效截面积在后续图纸确认时确认。图1-10集装箱接地铜排位置示意图集装箱安全逃生设计主要以安全通道、安全标识、逃生锁、自动灭火气体释放声光报警和应急照明、逃生门等多个方面来考虑。1)安全通道设计：在集装箱设计时集装箱内部电柜用双列布置，中间过道宽度大于750MM,在紧急情况发生时便于逃跑；2)安全标识设计：集装箱内有明确的安全逃生通道标示。一旦发生危险，工作人员可根据安全标示迅速逃离现场，逃生通道安全标示如下图所示。图1-11逃生通道安全标示3)逃生门及逃生锁设计，紧急情况下在消防通道安全出口能安全逃生的锁。同时具有安防的功能。如下图所示为逃生门和逃生锁示意图。图1-12逃生门和逃生锁(参考)4)自动灭火气体释放声光报警器设计：图1-13自动灭火气体释放声光报警(参考)5)应急照明设计：集装箱逃生门顶部设有安全出口标识及应急照明灯，发生紧急情况和系统断电时，该照明灯自动点亮，方便工作人员逃生。安全出口标识和应急照明灯如下图所示：图1-14安全出口标识和应急照明灯1.3.8集装箱安装固定集装箱按现场条件选择安装固定方式。集装箱底部须要有足够强度的混凝土基础，集装箱安装时，集装箱四个角件处及底侧梁需要有足够的支撑。集装箱固定有焊接与螺栓连接两种方式，焊接是将集装箱底部四个角件直接与预埋钢板焊接固定。固图1-15集装箱焊接固定示意图螺栓连接是将集装箱底部四个角件与预埋支座各用一套T形螺栓组连接，固定方式如下图：图1-16集装箱螺栓固定示意图1.3.9集装箱布线设计1)集装箱内电池柜安装及柜间走线整齐可靠、布置合理，绝缘设计符合相关标准。2)集装箱中电柜动力线缆缆走线同二次控制电线，通讯线分开摆放，美观有序，防止干扰。3)集装箱电柜动力电缆从电池柜底部出线通过集装箱内底部线槽连接至汇流柜的直流断路器。如下图所示。图1-17集装箱内动力线和信号线布置示意图1.3.10集装箱供电设计集装箱供电设备用壁挂式安装的动力配电箱，主要给集装箱内电池柜、空调、消防系统照明、备用插座等设备供电，集装箱内设备供电需外部引入AC380V交流电。如下图所示为集装箱内配电示意：图1-18集装箱内配电示意图1.3.11视频监控系统设计视频频监控系统主要负责对主要电气设备、安装地点进行全天候的常规视频监控，同时能与其它子系统进行报警联动，满足运行管理对安全、巡视的要求。本方案通过在集装箱内安装高清监控摄像机，监控方案系统图如下所示：核心交换机显示接入交换机光纤收发器接入交换机前端子系统光纤图1-19监控方案系统示意图图本方案在箱体中配置2台高清摄像机，利用箱内电源保障设备24小时，时时在线，同多口光纤收发器，将摄像机的网络信号转化光信号，以便远距离传输。半球型网络摄像机性能参数图1-20摄像机外观示意图半球型网络摄像机功能●最高分辨率可达2M(1920×1080)@25fps;●支持3D数字降噪，支持120dB宽动态；●支持ONVIF(PROFILES,PROFILEG),ISAPI,支持GB28181,E家平台接入，支持萤石云平台●支持IK10防暴等级；●支持1对音频输入(Linein)/输出接口(-S);●支持2对报警输入/输出接口(-S);●初始设备开机修订密码，保障密码安全；●支持用户登录锁定机制，及密码复杂度提示；●适用于道路、仓库、地下停车场、酒吧、管道、园区等光线较暗或无光照环境且要求高清画质的场所，适合逆光环境。1.3.12集装箱对外接口设计集装箱中预留连接至PCS的动力连接口，此接口在汇流柜端子处。如下图所示：图1-21汇流柜对外动力连接口集装箱对外设计统一的通讯接口与外部通讯，对外通讯接口包含RS485和CAN通讯接口，详见下表所序号通讯设备通讯接口通讯规约备注1电池监控系统对外监控MODBUS2BMS对PCS/EMSCANRS485LANCAN2.0BModbus1.4电池管理系统(BMS)设计方案本设计方案用CATL自行开发并生产的与电芯特性相匹配的电池管理系统，主芯片用高性能产品，用汽车级芯片。包含储能电池监控和电池管理系统两大部分，每套系统包含电池监测电路(CSC)、从电池管理单高压线路控制单元、储能柜预充电(并联)线路、高压检测单元、热管理单元、电流检测单元、急停系统、及电池监控系统(PC)等。本管理系统用于检测电池柜内单体电池电压、温度及单柜总电流，计算电池柜电池SOC,存储相关电池柜制造信息、版本信息及必要的运行历史数据，电池管理系统各单元通过CAN总线进行实时通讯，各级传送电池柜电池运行状态及报警信息给上一级管理系统，同时各级实时接收上级管理系统所下发的操作指令。管理系统可自动进行高压及热管理，统筹整个电池柜电池自动平衡功能，必要时，根据计算对SOC自动进行校准。电池管理系统框图如下所示。csc集牛SBMUSBNU的(AN总线能CAN量csccsc集寺卡图1-22电池管理系统框图1.4.1电池监测电路(CSC)概述及功能电池监测电路(CellsupervisionCircuit,以下简称CSC)是电池管理系统(BatteryManagementSystem,以下简称BMS)中的关键部件，主要用来检测电池模组(BatteryModule)中电池的单体电压及温度，对单体电池电压状态和温度状态异常进行报警，并将相关的电压信息、温度信息和报警信息发送到从电池管理单元(SBMU)。当电池模组中各电池的电压出现不相同时，CSC能够通过内部的均衡电路对单体电池进行放电均衡，以保持整个电池组的电压相同，提高电池组的输出能量和循环使用寿命。CSC主要的功能如下：①完成电池模组14通道的电压检测。通过高精度16位ADC进行模数转换，将电池电压数据发送到CSC的管理系统。②对电池模组4通道的温度检测。温度检测需要通过外接NTC电阻完成，单次完成4通道的温度检测。③唤醒功能。具有外部唤醒功能。④级联功能。带专用的级连端口，能够方便的进行系统级连。⑤通讯功能。用了标准的CAN2.0协议进行通讯，通讯速度为500kbps。⑥地址自动编码功能。可通过自动编码电路进行。CAN通讯接口有高等级隔离和防护电路，具有抗共模干扰、ESD防护、抗雷击等水平。1.4.2从电池管理单元(SBMU)概述及功能SBMU(SlaveBatteryManagementUnit)作为电柜的电池管理单元，统筹管理整个电柜的运行。负责单体电柜系统，并实时监控。(1)CAN通讯功能，SBMU具有三路CAN:CCAN:SBMU通过CCAN能够与柜内每个CSC进行通讯，从CSC获得单体电芯的电压和温度，并获得SCAN:SBMU通过SCAN能够与CSU进行通讯，从CSU中获得电柜的总电流。MCAN:SBMU通过MCAN将采集的电流、电压、温度、SOC等信息上送至MBMU,同时接收MBMU的命令。SBMU能够根据单体电芯的电压、电柜总电压、温度和时间等参数进行SOC计算。(3)烟雾检测SBMU能够尽快检测电柜的烟雾情况，防止险情发生。(4)电柜温度检测对分布在电柜上的不同温度点进行实时检测，防止险情发生。(5)输入电源电压电流检测24V系统的SBMU输入电源来自CSC,其电源的大小直接影响到SBMU的功能。SBMU能够检测12V输入电源的电压和电流，防止电源性能波动影响SBMU工作。(6)可设ID配置SBMU具有硬件可设ID配置，能够根据系统的不同架构，进行有效合理的ID配置。(7)电流采样用外部的霍尔传感器来检测电柜的总电流。(8)电柜的wakeup信号检测SBMU实时检测电柜的wakeup信号，确保电柜的wakeup信号的有效性。(9)辅助触点检测带有三路高压继电器的辅助触点检测电路，以判断高压触点是否吸合。(10)风机控制根据CSC的温度及热循环控制策略，控制电柜的风机有效运行以达到降温。(11)智能高边驱动用智能高边来控制外部的继电器驱动，可以检测线圈的电流以判断线圈是否有短路。1.4.3主电池管理单元(MBMU)概述及功能MBMU(MasterBetteryManagementUnit)模块在BMS中作为重要的电池管理单元，负责整个电池系统的信息收集、SOC计算及与各单元模块之间的信息交换，是整个储能系统安全、可靠运行的保障。①与各电柜SBMU间通讯。通过MCAN网完成监测电池系统的总电流和充、放电信息，来计算SOC;同时挂接PC机(用于多柜汇流模式监测)或触摸屏(用于单柜模式监测)③信号管理功能。MBMU监测一路湿度及三路环境温度，当温度超过设定值后开启SSR风机冷却，控制整个电柜的温度，同时监测PCS端的各种开关状态。④通过LDP模块监控主控柜及各柜间的通讯状态。当有严重事件发生时，控制LDP模块实施高危报警指示灯功能。MBMU板由UPS供电，当供电输入电压低到设定值或电流超阀值时可切断板子供电。⑥控制各电柜唤醒电路的输入开关通断。⑦通过高压、绝缘模块监控系统的高压及绝缘情况，有异常时可申请或自行切断高压。⑧外扩非易失性存储器。⑨可以用来备份重要数据。每个电池单列柜含一套完整的电池管理系统，由1个SBMU和17个CSC及其它外围检测电路和实施元器件组成。具有检测功能、电池单体均衡管理功能、高压管理功能、统计存储功能、充放电管理功能、热管理和通讯功能。1)实时检测每个电池单体电压和温度。(由CSC完成)2)检测电池组充放电电流，用独立采样通道及控制，能跟踪电流的快速变化(由SBMU完成)3)隔离检测负载端高压(HV+对HV-电压),提供高压管理信息。(由SBMU完成)4)检测高压系统漏电电流，判定系统绝缘状况。(由SBMU完成)CSC在SBMU协同控制下，能根据单体电压和电池组应用情况(是在大电流充放电状态还是在静态),决定是否启动放电均衡。CSC实时检测单体电压，根据均衡策略，当判定某一电池单体SOC不均衡，需要放电时，对电池进行放电，到目标值后，均衡自动停止。能根据充放电流的检测和内部定时系统，统计并存储如下信息：DisCAP:累计放电容量(表征循环圈数);Ichmax:历史最大充电电流；Idhmax:历史最大放电电流；Tmax:电池单体历史最高温度；Tmin:电池单体历史最低温度；Vmax:电池单体历史最高电压；Vmin:电池单体历史最低电压；TalTime:系统累计运行时间；全部系统运行的详细数据及各种状态，将存储于电池单元系统就地监控电脑中，记录周期不高于10S,记录不少于1年的历史数据。在系统正常运行中，根据当前电池温度、SOC及SOH,决定当前最大允许充放电电流值，再通过CAN通讯功能，实时将此信息给PCS,使PCS控制策略和电池组状态紧密结合。在系统因为其它故障可能极限运行时，能尽快报警，告知PCS和监控系统。极端严重时，申请高压断开，退出充放电工作状态。在电池柜内部电池出现不能尽快恢复的严重故障时(例如：单体电压异常高或异常低、温度异常高或异常低、关键传感器信号故障、SBMU和CSC间通讯故障造成监控盲区、工作电源异常),可以申请高压管理系统退出并联电路，停止充放电，防止产生危害扩大。实时检测开关内外两侧高压状况及绝缘状态，并根据高压检测状态、系统通讯指令、电池模块状态，控制高压继电器和高压预并联电路，实施本电池柜的高压端口对系统切入和切出。在电池柜切入系统时，能自动控制预并联电路，通过电路中的预充电大功率电阻进行预先充放电，使高压开关内外侧的电压接近时才闭合高压主继电器触点。防止对负载和高压继电器触点造成大电流冲击，也不会对高压直流总线上其他电池柜大电流冲击。本系统电池柜设计，在电柜输入、输出总正，总负极上均串联高压继电器，继电器受管理系统控制，可通过上位机发送指令进行闭合与断开动作，同时当工作电源停止供电时，继电器处于断开状态，确保电池柜在运输、安装及维护过程的安全，继电器也直接受控于急停开关，在紧急情况下，急停开关可立刻断开继电器，以保护电池组与系统的安全。当管理系统检测到电池超出正常工作条件范围，在向系统报警及请求停机均无响应的情况下，也可自行断开继电器以保护电池系统安全。检测绝缘不良时，尽快切断高压输出，并发出警报。提供应急按钮，在紧急情况时，可尽快断开高压提供人工操作的高压断路器，在系统不停机情况下，可以人工分立某个电池柜，进行维护、维修工提供高压熔断器，在外部突然短路时，可以保护高压开关、继电器、电池及高压回路连接线。预并联线路由另一个高压继电器控制，由管理系统根据检测到的内外参数，决定闭合或断开预并联线路，以确保系统运作的安全可靠。低温、漏电、通讯异常、电池管理系统异常等状态时，MBMU将上报给就地监控系统与PCS控制系统并通过就地监控系统往上层监控系统上报，报警信息分3级：1级报警：提醒注意，电池系统运行接近限制值；2级报警：电池系统运行超过限制值，提请PCS及监控单元采取必要行动如限制功率或停止继续充放等；3级报警：电池系统运行超过极限值，提请立刻停止使用或退出系统，在等待一定时间内如PCS或上级监控单元没有处理反应，管理系统将强行将电池系统退出运行(此功能可设置)。1)散热及热均匀管理SBMU根据电箱中CSC检测上报的电池温度决定是否启动电池散热系统。如果电池超温或电池相互间温差较大时，启动电池柜散热风机，使温度降低或各区域温度趋于平衡。2)预热及低温运行管理锂离子电池，在低温状态下如果不加管理地进行充电，由于其内部阻抗大幅增加(主要是由电解液的离子导电率大幅下降引起),其内部将出现锂金属析出，从而导致电池性能下降、容量不可逆永久损失，由于锂金属是非常活泼的金属，大量的锂金属在电池内部析出，还会大大降低电池的安全性能，因此，对电池的低温运行管理非常总要与必要。储能电站，常处于环境相对恶劣与偏僻的地点，因此有机会电池堆在安装、调试及使用过程中，由于各种原因，其处于低温下工作，电池堆的热管理功能须充分考虑此方面的需求。本系统在低温热管理设计部分，主要从如下几个方面进行优化运行环境，保障电池的可靠与安全运行。①系统在结构设计上用电池箱加电池柜双重结构与风扇抽风方式，防止开架式结构，导致电池热交换不可控的弊端。使电芯与环境的热交换基本可控(BMS管理风扇是否启动)待温度升高到可正常工作范围后，电池堆可正常进行充放电运作③电芯低温下不能充电是一个笼统的概念，为防止锂析出，可以通过优化的方案来实现，即根据不同的温度情况，通过控制充电电流、充电电压(SOC水平)来实现，BMS可通过检测到的温度数据及电芯状态，来要求PCS及监控中心限制电流电压，保护电池，BMS内控制策略是关键，CATL具有系统控制柜对外提供3路完全独立的通讯接口：1、其中一路为负责总控柜内MBMU与PCS之间的通讯，通讯内容包括：a)蓄电池充放电控制相关信息、告警信息等；b)PCS发送给电池系统；2.另外一路负责总控柜内MBMU与储能电站监控系统间之间的通讯，通讯内容包括：c)储能电站监控系统下达给蓄电池运行参数保护定值、报警定值设置信息等；d)储能电站监控系统远方控制电池系统启停等控制命令；e)将电池系统的参数及故障模式传至远方控制室；2.此外，系统总控柜还对内提供一路CAN接口，实现总控柜内MBMU与各电柜之间的信息交换。1、绝缘在线监测的目的在用锂电池组用作为电力系统储能系统时，输出直流高压高达900V。其输出正极、负极对电池柜外壳之间的绝缘状况直接影响整个系统的安全性。在电池储能系统结构设计时，充分考虑爬电距离和绝缘防护。在生产过程中，用绝缘测试仪做好绝缘强度检测，防止电柜生产中绝缘工艺不符合要求。当电池储能系统安装到电力设施现场时，需要铺设高压电缆将同一直流系统内多个高压直流储能电池柜连接到同一高压母线上，虽然每个电柜具有独立切断水平，但工作时，切断开关闭合，同一直流系统内的高压正负极全部连接在一起。在应用过程中，由于环境的影响(如温度、湿度、灰尘、振动、磨损等)和绝缘材料(绝缘接线柱、导线绝缘层等)的老化，甚至安装不当等因素影响，高压直流系统正负极对电柜外壳或其它过线支撑外壳(统称壳地)的绝缘阻抗可能发生变化，原来出厂绝缘电阻合格的电柜组成的直流系统可能产生绝缘电阻下降到不可接受的程度，这时需要尽快发现并采取措施。因此监控系统在线监测高压直流系统的正负极对壳地的绝缘电阻。根据IEC60479-1规定“如果人或其它物体构成动力蓄电池(或高电压电路)与地之间的外部电路，最坏的情况下不会超过2mA,这是人体没有任何感觉的阀值”得出，动力蓄电池绝缘电阻最小不能低于1002/V(计算电流时考虑人体串联电阻),最好能达到500Q/V以上的(即使另一端通过物体或人体短路也不会有危害性漏电流)。2、测量原理及方法高压直流母线电压检测电路电压检测电路高压蓄电池图1-23测量原理及方法如图所示，高压直流母线的正极(HV_P)和负极(HV_N)对壳地的等效绝缘电阻用RP和RN表示，在正常正负两端均无绝缘故障或存在相近等级的绝缘故障的情况下，RP与RN值接近，只需测出任意一端的绝缘电阻值RP或RN,此时，两端对壳地的电压值VP和VN也相近，即VP≈VN≈1/2V。如果一端绝缘有故障而另一极无绝缘故障，例如负极故障而正极无故障，则出现RP>>RN,蓄电池的绝缘状况由较小的值RN决定，此时，只需要需要测出RN的值。因此，分以下步骤进行测量：步骤1:断开图中的测量开关K1和K2,分别测得两极对壳地的初始电压值，分别记为VP1和VN1。步骤2:比较VP1和VN1的大小并产生区分两种情况的标志(是接近，还是差别很大),闭合值较大一侧的检测开关，例如VP1>VN1,则闭合K1,利用引入的标准电阻RSTD来测量计算RN的值。步骤3:再次测量并入标准电阻RSTD的一极对壳地的电压值，这里假设是在正极，测得的电压记为VP2。步骤4:计算相对较小的一极绝缘电阻值，按下式计算，这里假设的是负极，则：RN=(VP1-VP2)/VP2*RSTD*(1+VN1/VP1)。步骤5:判定电池系统绝缘电阻，按步骤1和步骤4的结果，分两种情况：情况1:VP1≈VN1(即差值不超过20%)且RN>1002/V(阻值够大，不存在对称性绝缘故障，如果此条件不满足，归入情况2判定),则认为两端绝缘情况较好，均无故障发生，系统绝缘值取两极之和即上例中的RN的两倍，即用2RN来判定是否绝缘故障。情况2:VP1>>VN1(如果VP1<<VN1类似推算),认为N极绝缘存在故障，系统绝缘故障按此较小值计算，即系统绝缘电阻为RN(这里举例假设VPI>>VN1,如果VP1<<VN1,则系统绝缘电阻为闭合图中K2测量的RP值)。3、实施方案和注意事项在图所示检测电路中，因为要并入标准电阻来辅助测量，在测量时，会改变系统本身绝缘电阻值(当然RSTD要足够大，才不会有危害),所以在同一组高压母线上，最好只有一套监测电路，才不会互相影响。对于蓄电池储能系统中存在多个电柜并联的情况(每个电柜含有高压切断开关和高压预并联电路),在进行在线绝缘检测时，是在总控台的并联高压母线上进行，而不是在每个电柜分别进行的，以防止检测时互相影响，也防止测量时因多组检测电路的并联电阻影响系统母线本身的绝缘电阻值。当母线出现绝缘电阻故障时，高压直流系统各电池柜有序轮流退出母线，以确认绝缘电阻问题出现在哪个区域。1)为了保障测量精度，测量电路的输入阻抗要足够大，最好能达到10MQ以上的，对信号处理的前置电路需要特殊处理。2)选择合适的标准电阻值RSTD。既满足测量精度，又防止测量电路破坏系统绝缘电阻，对于1000V系统，可选择500KQ左右的电阻值。1.4.4.10自诊断功能电池管理系统具备自诊断功能，对电池管理系统与外界通讯中断，电池管理系统内部通讯异常，模拟量采集异常等故障进行自诊断，并能够上报到电池监控系统。①在机组处于停机状态下拔掉堆电池管理器与主电池管理器的通讯线；②系统自动报出通讯故障。整套管理控制系统需要独立外电源给予供电保持平稳运行，为确保系统可靠长期运行，系统内控制柜用独立配220V交流市电，同时在控制柜内配不间断备用电源(UPS),用于给各电池柜的电池管理系统提供工作电源，确保万一任何单一单元出现供电问题，不会影响到其他单元的正常管理与监控，确保系统的稳定与安全。在市电掉电等不正常情况下，系统内UPS可确保管理及控制系统继续安全运行，并留出足够世间给管理人员进行后续处理。本系统配备一台监控主机。用于显示与存储各个电池柜电池的具体运行状态，包括每个电池柜的充放电电流、电压、SOC、单体电池电压、温度及相关预警信息，并可根据需要存储数据。同时还实现了与电站监控主机的数据交换的功能。1)监控数据全直流系统全部电池单体电压(2字节)、每个电池模块最大、最小电压值(4字节)、温度4个字节、均衡信息2个字节及最高最低温度值(2字节),每台电池柜的充放电流(2字节)及SOC(1字节)及其状态(5字节)。则每个储能单元3台单列电池柜电池的数据总量为：3*14*16*2+3*14*4+3*14*(4+2)+3*14*(2+2)+3*(2+2+1+5)=1766字节2)数据刷新快：在子系统内部用内外双路CAN,全部CAN工作在500K/S,电池柜内17个CSC和SBMU间内部CAN、电池柜之间SBMU外部CAN,全部编排好验收屏蔽码，使相邻平行单元对外发送数据互不影响，可以把CAN总线效率提高。在0.5秒之内，能够把整个子系统数据刷新一遍。3)数据稳定CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork)的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的，CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN总线由于传输速度快，可靠性高等特点，为电站自动化系统广泛用。CAN网络数据发送到监控从机后，以高稳定性的工控机打包从以太口发出。B基递系统意控主机监控信息回路+、转发详细信息.总控箱电脑LaRB牛B基递系统意控主机监控信息回路+、转发详细信息.总控箱电脑LaRB牛≈控制参考信息回路PCSCAN₂(总控BMS提取概要信息)变流器控制系统≈牛(各电池柜高压输出并联)总控电脑提取、存储电池柜1十电池柜2牛R旨实时性+准确性优先图1-24电池系统监控CAN、LAN双信息回路示意图4)电池储能系统能够自动化运行，运行状态可视化程度高。电池储能系统各部分均用自动化控制技术，能够按设定程序在无人工干预状态下自动运行。各部分的状态检测及报警信息会自动记录，并通过通讯接口尽快传送到监控室。本系统配备一个控制柜，控制柜内配一台电池堆运行监控电脑，可显示各个电池柜组成的系统的电池具体运行状态，包括每个电池柜的充放电电流、电压、SOC及相关预警信息，并可根据需要存储数据。同时在每一个电池柜上安装电池柜工作指示灯指示电池柜的工作状态。储能系统直流回路各个部件在CSC和SBMU协同下，能尽快发现故障或异常运行情况，能自动保护电可与PCS控制器进行通讯，实现可视化人机交互，并实时显示变流器的各项运行参数。电池堆监控单元系统显示内容截屏示意图如下所示：CAR,85SMonhorSyutemV1.7.3)宁德时代翼磷酸