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集装箱储能锂电池结构设计

2019-03-24 battery 0

由于具备现场布置快速,生产标准化程度高等特点,集装箱式储能锂电池结构会被广泛运用。 储能集装箱的设计需要遵循一个基本原则:单位集装箱包含能量尽可能多。结构设计从以下几个方面考虑:

 1. 散热方式的选择 

下面这张表适用于温升要求不同的各类设备的冷却方式选择: 

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由于现场集装箱PACK安装条件限制,必须考虑到PACK搬运及安装的安全性和方便性,

单个PACK重量尽可能≤60kg,根据行业锂离子模组能量密度范围,预估每个集装箱PACK能量5kWh左右,1C充放电情况下发热功率≈120W, PACK外形尺寸60*40*10(cm)外表面积为6800cm², 则功率密度≈0.018W/cm²,对比上表可得出自然冷却时温升区间为18~47℃,强迫空气冷却时温升区间为:3~8℃(这个温度是指和换热介质接触的外表面温升),根据电池使用要求,1C条件下PACK须选择强迫空气冷却。 

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2. 电池最大尺寸规格 

PACK强迫空气冷却,电池柜需要预留风道。电池系统上风道设计比较好的有LG和三星,都是电池架上预留安装后风道空间,电池模组上配置风扇。单从空间利用率上来看三星的设计更好一些,因为风道没有额外占用空间,通过采用异型机柜来占用固定结构产生的空间。 

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储能锂电池.jpg

三星电池架侧边预留通风空间,电池模组通风侧进前出 

常规环境集装箱保温层厚度50mm,内部可安装宽度≤2250mm,电池柜两侧排布,过道宽度最小800mm,得出电池架最大深度725mm。 

3. 电芯排布设计 

电芯排布需要根据电芯规格特点和电气要求进行,不同的电芯排布设计差异很大,总体来说三星和LG的这两个方案都非常不错,设计时可以多借鉴。需要注意一点,单个PACK电压如果超过60V,认证安规上就属于高压,会稍微麻烦一点。(绝缘等级提高并且需要额外警示标示)。排布设计时需要重点考虑电芯散热条件的一致性,确保整个集装箱内所有电芯散热条件都近似,在设计过程中需要和CAE仿真交叉进行。设计仿真时电芯的发热功率可以按如下两种方式估算: ① 按照模型,电池的发热功率是个动态值,需要取平均值,或者借助仿真软件的函数计算。 ② 如果有单电芯效率测试数据,也可以近似认为效率以外的损耗全部转化为热量。  

(本来计划使用实际设计案例来说明,担心涉及公司机密,细节的东西就不写了。)总方针是三高一低原则,高能量密度,高可靠性,高品质,低成本



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