技术方案集装箱式铅酸蓄电池成套设备方案设计报告2014年1月目录目录21 需求分析32 集装箱方案设计32.1 集装箱基本介绍32.2 集装箱的接口特性52.3 系统详细设计方案72.4 集装箱温控方案143 电池组串成组方案163.1 电池组串内部及组间连接方案183.2 系统拓扑图194 蓄电池管理系统(BMS)204.1 BMS系统整体构架204.2 BMS系统主要设备介绍224.3 BMS系统保护方式244.4 BMS系统通信方案251 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*2438*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。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。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。2.3.3 集装箱设备供电系统集装箱供电采用动力配电箱，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。动力配电箱布置图如下所示。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。2.3.7 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。防止电气事故的发生。2.3.10 机械连锁系统 集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，可保证在偷盗者试图打开集装箱时产生威胁性报警信号，同时，通过远程通信方式向后台报警，该报警功能也可由用户手动屏蔽。2.3.11 安全逃生 集装箱内有明确的安全逃生通道标示。一旦发生危险，人员可以根据安全标示迅速逃离现场，并且可手动控制报警系统通知用户和手动切掉正在运行的成套电池设备。逃生通道标志使用圆形夜光方向牌贴于地上。逃生通道标志如下图所示。 逃生示意图如下图所示。2.3.12 应急系统当蓄电池完全失去电力情况下并且门打开的情况下，应急灯将亮起。应急灯由动环监控模块控制，当动环监控模块完全失去电力时，应急灯亮起。2.3.13 独立供电系统动力配电箱使用1路单独的直流供电电源向动环监控设备、BMS和照明灯独立供电。此系统可以保证当外部供电故障时，保证动环监控模块和BMS继续工作，向集中监控系统上传信息；同时照明灯正常工作，保证箱内照明需求。2.3.14 湿度控制系统集装箱为一个封闭的空间，如果内外温差较大，会在集装箱内部产生凝露，影响电气的安全性，温湿度传感器监控箱内湿度，当湿度超过80%，空调将启动除湿功能，使箱内湿度降至40%的安全范围内。2.3.15 排氢系统集装箱内铅酸电池会泄露少量的氢气，因此需要及时排出氢气。排氢扇、氢气传感器和动环监控模块共同组成了排氢系统。氢气传感器动态检测氢气浓度，把氢气浓度信号传输给动环监控模块，如果氢气浓度超标，动环监控模块发送控制信号，启动排氢扇，进行排氢。排氢门窗自动控制，排氢路线如下图绿色线所示。2.3.16 动环监控系统设计总体方案集装箱监控系统采用一体化监控模块监控环境因素与安全状况，包括温度、湿度、消防、防盗等。当检测到该状态量超过设定的安全阈值，系统将通过RS485 方式上报给BMS，然后BMS在上报给SCADA。 监控系统总体方案框图如下。功能描述1)一体化监控模块实时采集温度、湿度、烟感传感器，达到预定阈值将同时产生声光告警，启动集装箱警报系统，同时把告警状态上报给BMS；2)一体化监控模块实时监测内部电源220V状态，一旦220V掉