6.6KWh电池方案设计

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6.6KW UPS用电池系统设计方案











1、目的和对象
该方案是针对锂电池系统及成组的方案及实施部分进行规划及设计。本方案所设计的电池系统用于电动汽车直流充电一体机的充电测试。
2、需求描述
2.1 需求
2.1.1需求类型
■产品购买    □整改升级    □个性开发    □技术咨询
2.1.2需求概述
本项目需要设计一套为储能UPS提供供电能源或用于电动汽车充电测试的电池系统。
电芯类型为磷酸铁锂，单体额定电压3.2V，总电压为336V，单体电芯容量为16.5Ah，电池组容量为6.6KWh。电池组总串数105串，外形方便移动，自然散热。
3、系统设计
随着锂离子电池性能和安全性的提高，以及成本的降低，由于其具有能量密度高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长的特点，逐步受到业界的关注和重视。目前大规模储能电池阵列一般采用锂离子电池。
3.1 总体设计
    本方案设计的电池系统由三大部分组成：锂电池组，BMS系统，高压控制箱（分UPS高压控制箱和车用充电测试高压控制箱）。
本方案基于336V锂电池组进行设计，内部采用方型锂离子电池，型号为：FLP-22Fe(22Ah)，电芯类型为：磷酸铁锂，单体额定电压3.2V，单体电芯容量为22Ah，根据客户需求提出的电池组容量为6.6KWh，选用105串串联而成。单体电芯尺寸图如下：

图1 电芯尺寸
每30串单体电芯串联为电池模组后集成在一个3U机箱内，共分4个电池机箱串联而成。电池系统整体设计为一体式机箱，顶层预留放置UPS机头空间，第二层放置高压控制箱，三至六层放置电池箱。注：单层机箱的电芯摆放方式及串联个数待定！
单层（30串）电池箱示意图：

图2 电池箱模型-30串
单层（15串）电池箱示意图：

图3 电池箱模型-15串
BMS系统采用分布式设计，由4个从控模块分别对每个电池箱的电压及温度信号进行采集，通过CAN总线将数据上传至主控模块进行计算，分析，并控制输出，对电池组进行实时监测，确保电池组工作状态，延长电池寿命。

表1：BMS系统保护参数
保护项目        保护参数        备注
整组过充保护电压        388V       
单节过充保护电压        3.70V       
单节过充保护恢复电压        3.6V       
过充保护延时        1000ms±100ms       
整组过放保护电压        262V       
单节过放保护电压        2.50V       
单节过放保护恢复电压        2.60V       
过放保护延时        100ms±10ms       
放电过流保护        40A       
充电过流保护        30A       
通信接口        CAN2.0B通信       

BMS主控外形图：

图4 BMS主控外形图

高压箱设计：
由于本方案设计的电池系统既可以用于UPS的备用电源，又可用于电动汽车充电测试系统，所以特分别设计两个高压箱来应对不同的使用场合。
UPS用高压箱设计采用标准2U机箱，内部由直流接触器，电流传感器，DC/DC，维修开关等构成。
UPS高压箱示意图：

图5 UPS高压箱示意图
车用充电测试高压箱示意图：

图6 车用充电测试高压箱
3.2电池系统产品特点
本方案设计的电池系统具备电压和温度采集、热管理、绝缘监测、通信及报警、数据存储等诸多强大功能，已经在国内多个项目上成功应用。
本产品具有如下特点：
1、二级管理架构应对大规模系统——本方案针对电池系统层级多的特点，采用分布式结构，由模块管理层和串联管理层两级管理体系构成，系统支持对100串单体电芯的精细化管理，可对每节电芯进行电压采样，分析和管理。通过高速CAN总线相连，确保中央控制层对底层信息的实时获取。
2、分布式多级管理提高系统稳定性——本方案采用模块层、串联层多级控制，就近管理与集中管理原则相结合，对层级管理体系进行了合理的功能划分，大大简化了接口与控制复杂程度，提高了系统可靠性。
3、丰富的外延接口——系统支持多路继电器输出、干接点输出与多路隔离的CAN 总线输出，满足多样化的控制需求，可有效地保护电池的过充与过放。
4、智能充电——精确、高效、智能的三步充电策略最大限度的保证电池健康稳定的运行。
5、智能均衡——领先的智能均衡技术，有效保证储能电池组的使用寿命和健康状态
6、实时在线监控——本系统具有多种通信方式，并具有功能强大的上位机软件，可有效地实现储能模组的在线实时监控
7、精准采集与估算——独具特色的高精度采集技术，目前业界最精准的SOC 估算技术，有效地保证了本产品在过充、过放和电流保护等方面的行业领先地位。
4、项目参数表
该项目基本参数为：
表1 项目基本参数
客户需求信息
电池箱信息
        电池组标称电压        336V        电池组标称容量        20Ah
        电芯类型        磷酸铁锂        电池标称电压/容量        3.2V
        电压采集端子        待定        温度采集端子        待定
        电池箱数        待定        电池串数/温度串数        105串/25个温度
BMS
技术参数        BMS型号        主控：NOVA-CM11d；从控：NOVA-C211
        BMS供电电源          ■12V   □24V        备注说明：BMS供电方式待定
        单体电压采集        数量：105串        检测范围0~5V；精度±5mv；
        温度采集        点数：25个        检测范围-40℃~120℃；精度±1℃（-30℃~70℃）
        电流采集        ■霍尔传感器   □分流器        以充电电流为负；精度±1%FSR；
电流测量量程：100A
        SOC估算精度        ≤5%,按照QC/T897-2011标准执行标准附录A中工况4 进行标定
        对外通信接口及路数        类型及路数        2路CAN
                终端电阻位置        需要2个120Ω电阻
                通信协议        无
        电源反接保护        有
        热管理需求        ■是       □否  
        均衡要求        □主动     ■被动     □无       
显控屏        无       
电压控制信息        控制接触器数量：4个        充电接触器、放电接触器、预充接触器
        继电器辅助触点信号：        无
负载规格        1、负载名称        阻行负载        2、额定工作电压        小于400V
        3、额定工作电流        16.5A        4、最大工作电流        20A
充电机
规格        1、额定输出电压        200~400V        2、保护电压        420V
        3、额定输出电流        16.5A        4、额定工作电流        16.5A
5、系统架构图
    系统架构图如下：

图7 系统架构图
5.1 系统清单
序号        名称        型号        数量        单位        价格        备注
1        专用电池箱        定制        4        箱               
2        UPS高压控制箱        定制        1        箱               
3        车用充电测试高压控制箱        定制        1        箱               
4        系统箱体        定制        1        套               
5                                               
6                                               
5.2电池系统箱体结构设计
电池系统整体效果图：

图8 电池系统整体效果图

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好文章，学习了！效果图上传失败，要是有效果图就更好了！