1、 1 2014 年 1 月 集装箱式铅酸蓄电池成套设备 方案设计报告 技术方案 2 目录 目录 . 2 1 需求分析 . 3 2 集装箱方案设计 . 3 2.1 集装箱基本介绍 . 3 2.2 集装箱的接口特性 . 5 2.3 系 统详细设计方案 . 6 2.4 集装箱温控方案 . 14 3 电池组串成组方案 . 16 3.1 电 池组串内部及组间连接方案 . 18 3.2 系统拓扑图 . 19 4 蓄电池管理系统 (BMS). 20 4.1 BMS 系 统整 体 构架 . 20 4.2 BMS 系统 主要设备介绍 . 22 4.3 BMS 系统保护方式 . 24 4.4 BMS 系 统 通
2、信方案 . 25 3 1 需求分析 集装箱式铅酸蓄电池成套设备供货范围包括 铅酸蓄电池、附属设备、标准40尺 集装箱、备品备件、专用工具和安装附件等。 每个标准 40尺集装箱含管式胶体（ DOD80 1200次以上）或富液式（ DOD80 1400次以上）免维护铅酸蓄电池、电池架及 附件 、电池管理系统（含外电路）、电池直流汇流设备、设备间的连接电缆及电缆附件 （包括铜鼻、螺栓、螺母、弹垫、平垫等） 、动力及控制信号接口等。 根据标书要求，综合铅酸电池特性，对于储能系统进行如下设计： 每 3个标准 40 尺集装箱承载 2MWh，每个集装箱由 336 只 2V1000Ah 管式胶体铅酸电池串联而
3、成，电压 672V，电池串容量 672kWh。每 3 个集装箱并联到一台 500kWh 储能双向变流器。三个电池堆的总容量可达 2MWh，故本方案中三个集装箱为一单元，每个单元配置一套 BMS 电池管理系统 ,可监控每颗单体电池工作情况。集装箱中另含烟感探头、消防灭火器、加热器、摄像头、温湿度监测等设备，以保证铅酸电池安全稳定的工作环境，实现远程监控。 2 集装箱方案设计 2.1 集装箱基本介绍 根据项目要求 ， 同时考虑电池堆的成组方式 、 集装箱内辅助系统的设计 、安 装以及 日 常巡 视 和检 修 等各 方 面， 选用 40 英尺 标 准 集 装 箱 。 外 部尺寸 ： 12192*24
4、38*2591mm 。 本项目共需要 42个 40 英尺标准集装箱。集装箱设 计静态承重 60t，最大起吊承重 45t。 4 集装箱的主要任务是将铅酸电池 、 通讯监控等设备有机的集成到 1个标准的40尺集装箱单元中 ， 该标准单元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 、 电气联锁系统 、 机械连 锁 系统、安全逃生系 统、应急系统、消防系统等自动控制和安全保障系统。 铅酸电池安装在电池支架上 ，支架采用螺栓固定的方式安装在箱底。 BMS 柜及空调采用落地安装。动环监控柜采用壁挂式安装，内部整合了智能控制单元。动力配电箱采用壁挂式安装方式。 集装箱
5、内动力供电线及环境设备监控电线采用内走线的方式， 表面无走线槽及走线管 ；蓄电池动力输出和 BMS 监控及接口线采用线槽式走线，方便维护。 集装箱外形图如下所示。 方 安 案 1： 采用侧 维护 门型式 方 案二 ： 采用一侧 维护 门型式 5 集装箱储能项目外型图 2.2 集装箱的接口特性 2.2.1 集装箱机械接口特性 集装箱可满足满载情况下整体起吊的要求。集装箱整体采用螺栓安装固定方式，方便移动 。 螺栓固定点与整个集装箱的非功能性导电导 体 （集装箱金属外壳等 ） 可靠联通 ， 同时 ， 以铜排的 形 式向用户提供 2个符合电力标准要求的接地点。集装箱的防护等级为 IP54。 固定方式
6、如下图所示。 2.2.2 集装箱电气接口特性 集装箱内部自身设备采用双重供电模式。一种为交流供电模式，接口为380V 交流；另一种为直流独立供电模式，为集装箱环境支持设备和通讯监控设备提供可靠的电力保障。正常情况下箱体电源供应取自外部的交流电源，当外部电源供应发生故障时，自动切换至直流独立供电模式，从铅酸电池获取动力电源。 6 储能系统提供电压为 672V（胶体铅酸蓄电池， 2V1000AH， 336 只串联）的正负极直流电力输入输出接口。 箱内 BMS 采用 RS485 接口或 CAN 接口同外部 PCS 进行通信，采用以太网接口或 485 接口同后台监控进行通信，提供蓄电池状态信息、报警信
7、息、集装箱环境监测信息，并具备“四遥”功能。 动力及监控通信电缆的进出线方式均为下进下出 。动力线及监控线分开走线。动力线采用 2 根 1*300mm2 的 RVV22 的线缆； RS485 与以太网使用线缆为标准的带屏蔽层的双绞线。 2.2.3 集装箱通讯接口特性 集装箱采用统一的对外通信接口 ， 包含两个 RS485（ ModbusRTU）接口和 2 个工业以太网接口，以及一个 CAN 接口。通信接口的型式、性能和技术指标如下： 1） RS485：接口采用标准 RS485 电气规范接口 。规约采用 ModbusRTU 模式；物理层通讯口采用 RS485，采用 屏 蔽双绞线 做 通讯介质；通
8、讯 口 链路波特率可选用 2400、 4800、 9600 和 19200， 缺 省 选用 9600； 链路传输模式为 1主多从半双工 。 BMS做主机， PCS做从 机 。 2） 以太网：接口采用 RJ-45 端口， 10/100Base-T。通信规约文本采 用 标准 MODBUSTCP/IP 协议； BMS 为服务器， SCADA 监 控后台为客 户端，服务端口号为 502； BMS 启动后需 要 在 502 建立服务 侦 听 ， 监控后台根据需要 BMS 建立连接或断开连接。 3） CAN：预留 CAN接口，采用带屏蔽层的双绞线，可同 PCS及后台监控系统通信。 2.3 系统详细设计方案
9、 2.3.1 接地方案 集装箱提供螺栓安装固定方式 。螺栓固定点可与整个集装箱的 非 功能性导电导 体 （正常 情 况下 不 带电的集装 箱 金属外壳等）可靠联通 ， 同时 ， 集装箱以铜排的形式向用户提供 2个符合最严格电力标准要求的接地点 ，向用户提供的7 接地 点 必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 ， 接地点位于集装箱的对角线位置 。 非功能性导电导体接地点参考如下图所示。接地系统中导体的有效截面积不小于 250mm。接地电阻小于 2。 集装箱内部有接地铜排， BMS 柜，动环监控柜等的地线接至内部接地铜排上，箱内接地铜排通过 250mm导线接至外部铜排上，外部铜排
10、接至接地扁钢。 接地铜排示意图如下。 接地扁钢尺寸： 40*5*3000mm。 2.3.2 防雷系统 在电源线路上安装有智能防浪涌保护模块，并带有辅助报警开关，一旦发生雷击可通过监控平台发出对外报警信号 。 监控系统实时监测防雷器信号 ，一旦发生报警，系统自动切换到相应的监控界面，同时产生报警事件及有相应的 处理提示 。防雷模块具备差模和共模保护能力。 通信线路防雷： BMS 同后台监控设备及 PCS 通信线路使用专用通信线防雷器，防雷器安装在 BMS 柜中。 防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至集装箱给用户提供的不少于 2 个的接地铜排上。 8 2.3.3 集装箱设备供电系统 集装箱供电采用
11、动力配电箱，电源供应为外部 380V 交流供电，每个集装箱的用电负荷容量为 20kW。正常工作时所有的供电均由外部交流电提供，当出现故障时，将自动切换到独立供电系统。动力配电箱主要为空调、排氢扇、声光报警器、插座供电，动环境监控模块， BMS 提供交流电。 动力配电箱供电示意图如下图。 动力配电箱空调供电排氢扇供电备用插座供电动环监控模块B M S应急灯动力配电箱布置图如下所示。 9 2.3.4 照明系统设计 照明灯使用 LED 防爆灯，供电电源采用直流 24V，由动环监控模块供给。照明灯与门禁系统联动，当打开门时，照明灯自动 亮，门关闭时，照明灯自动断灭。此外，有独立的照明控制开关来控制灯的
12、亮灭，管理人员可在现场用手动开关进行控制。当系统出现故障导致交流供电中断时，独立供电系统将提供电源供应使得照明灯亮起。照明系统具有防爆功能 ， 为集装箱内部的监控提供一个良好的照明环境。 2.3.5 温湿检测系统设计 集装箱内部环境温湿度对设备正常运行有重要影响。因此在集装箱的两头位置，分别安装一个温湿度报警器，实时监测集装箱内的温度和湿度值，一旦发现温度和湿度超过设定的数值将启动空调进行温湿度的控制，当温湿度超过设定的最高报警值时，且时间超过 10 分钟，则 启动报警器。定向后台监控传送过温及10 湿度过高报警信息。 集装箱默认温度一级控制数值为 30摄氏度，二级报警值为 45摄氏度。 集装
13、箱默认湿度一级控制数值为 80%，二级报警值为 95%。 通过在集装箱重要部位安装温湿度报警器对环境温湿度实现监 测 ，既可在温湿度报警器表面实时看到当前的温度和湿度数值 ，亦 可 通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行温湿度的远程实时监测。 温湿度报警器供电由动环监控模块的输出提供。 2.3.6 报警系统设计 系统具有报警系统，可以对火灾及雷击进行报警。在集装箱的顶部两端分别安装一个声光报警灯，安装方式为螺栓固定安装。能够为外界提供比较明显的信息，从而起到预警作用。同时通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行远程报警监测。 声光报警器供电由动环监控模块提供，电压为直流 24V。 2
14、.3.7 消防系统 消防系统由烟感探测器、温湿度报警器、声光报警器、手动干粉灭火器组成。该系统带有温度传感器，在温度达到报警值，或者检测到烟雾时，系统可以实现自动声光报警，提示进行手动灭火。 2.3.8 隔热阻燃系统 本集装箱设计采用高品质隔热阻燃系 统，全天候应对使用现场的 各种情况 。隔热阻燃材料采用岩棉，既能够保持集装箱的温度，又具有优良的阻燃性能。 2.3.9 电气连锁系统 集装箱内配置烟雾传感器 、 温湿度报警器等安全设备 ， 烟雾传感器和温湿度报警器和系统的控制开关形成电气连锁 ， 一旦检测到故障 ， 集装 箱 通过声光报警和远程通信的方式通知用户 ， 同时 ， 切掉正在运行 的 电池成套设备。防止电
