CN111355281A - 一种车载移动式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载移动式储能系统，包括储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、监控管理平台和电源自动切换系统，电池管理系统包括电池堆主控系统、电池簇管理系统和电池箱管理系统；储能变流器的直流侧连接到控制柜的控制机构，储能变流器的交流侧连接配电柜的配电系统，控制柜的正端和负端分别连接到储能电池簇正极和负极，监控管理平台通过局域网与所述电池堆主控系统和储能变流器连接，电池堆主控系统通过CAN总线与所述电池簇管理系统和多个电池箱管理系统连接，电池堆主控系统还通过RS485总线与储能变流器连接。该车载移动储能系统能提供响应快、噪音小、污染少的应急供电；梯次利用电池储能系统作为应急电源，不仅可重复充放电，节能环保，还有利于退役电池的消纳。

Description

一种车载移动式储能系统

技术领域

本发明涉及一种储能系统，具体涉及一种车载移动式储能系统。

背景技术

随着新能源技术的蓬勃发展，电动汽车市场规模不断增长，电动汽车保有量急剧上升，伴随而来的问题就是大量的退役动力电池亟待处理。而从整车上退役下来的动力电池仍然有可观的容量和较大的利用价值，寻找合适的途径进行梯次利用是目前普遍认可的一种处理方法。

退役动力电池电性能已经劣化，相比新电池更容易发生过充、过放、温升过快等安全问题。同时，退役动力电池模块自带的电池管理系统元器件也已经老化，设备自身尚存在失效风险，已不适合继续使用。因此电池运行安全是梯次利用首要考虑因素，增加多重安全防范措施是必不可少的。

移动电源车是为应对各种灾害、应急、工作现场等电力供应而设计的车载式移动电站，其特点是机动、灵活，适应性强。目前移动电源车，多是采用柴油发电机或汽油发电机供电，这确实是一种经济实用的方案。但是它必须携带大量的柴油或汽油，在发电的同时，产生很大的噪声和废气污染。这种状况在会议中心、医院、学校等场所是不被允许的。

将退役动力电池批量应用于移动电源车，既能满足应急供电要求，又符合退役动力电池规模化梯次利用的节能环保需求。因此，安全可靠性高的车载梯次利用移动式储能系统会成为梯次利用电池重要的应用领域之一。

发明内容

为解决动力电池梯次利用安全隐患大和应急电源车噪声大、污染重等问题，本发明提供一种车载移动式储能系统作为移动电源，以退役动力电池作为储能介质，储能变流器作为双向能量转换设备，通用型卡车提供动力和承载平台，同时配备了消防系统和电源自动切换系统，具备黑启动功能。

本发明提供如下技术方案：

一种车载移动式储能系统，包括储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、监控管理平台和电源自动切换系统，

电池管理系统，用于用于监视储能电池簇的工作状态和对其实施保护；

储能变流器，用于实现电能交直流功率的连续转换和与外界系统的毫秒级切换；

监控管理平台，用于实时就地监视和控制整个储能系统工作；

电源自动切换系统，用于储能系统在不同工作模式下自动切换市电供电和电池簇供电，使系统具备黑启动功能。

在上述技术方案中，进一步的，所述电池管理系统包括电池堆主控系统、电池簇管理系统和电池箱管理系统；所述储能变流器的直流侧连接到控制柜的控制机构，所述储能变流器的交流侧连接配电柜的配电系统，所述控制柜的正端和负端分别连接到储能电池簇正极和负极，所述监控管理平台通过局域网与所述电池堆主控系统和储能变流器连接，所述电池堆主控系统通过CAN总线与所述电池簇管理系统和多个电池箱管理系统连接，所述电池堆主控系统还通过RS485总线与储能变流器连接，所述电源自动切换系统自动切换市电供电和电池簇供电两种供电模式。

在上述技术方案中，进一步的，所述控制柜中集成了电池堆主控系统、电池簇管理系统和直流高压控制机构。

在上述技术方案中，进一步的，所述直流高压控制机构主要由断路器、接触器、熔断器、分流器和开关电源组成，用于主回路闭合与断开控制。

在上述技术方案中，进一步的，所述电源自动切换系统主要由自动切换装置和电源模块组成，其中，自动切换装置的第一输入端与集装箱输出装置相连，是取自三相AC380V交流电的一相；自动切换装置的第二输入端与电源模块的输出端相连；自动切换装置的输出端与供电总线AC220V相连；电源模块是将直流电压单向转换为AC220V电压，输入端与直流母线相连，输出端与供电母线相连。

进一步的，所述监控管理平台监控储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、消防系统、照明系统、热管理系统和警示灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)把退役电池储能系统应用到应急抢修(险)车，促进退役动力电池的推广应用，随时保证电能应急供应，有助于降低排放、高效综合利用清洁能源。

(2)利用通用型卡车作为承载系统和动力系统，使储能系统具备更好的机动性、适应性，促进储能系统的应用场景朝着灵活化、多样化的方向发展。

(3)通过PCS实现真正意义上的零毫秒切换，在对供电稳定性和电能质量要求较高的场合具有较好的应用潜力。

(4)配置的电源自动切换系统，使储能系统具备黑启动功能，增加了应急供电的可靠性。

该车载移动储能系统能提供响应快、噪音小、污染少的应急供电；梯次利用电池储能系统作为应急电源，不仅可重复充放电，节能环保，还有利于退役电池的消纳。

附图说明

图1为本发明车载移动储能系统外形图。

图2为本发明车载移动储能系统原理图。

图3为本发明车载移动储能系统内部结构一侧示意图。

图4为本发明车载移动储能系统另一侧示意图。

图5为本发明车载移动储能系统内部结构俯视图。

图6为本发明控制柜内部结构图。

图7为本发明电池柜的结构示意图

图8为本发明车载移动储能系统后视图。

图9为本发明电源自动切换系统电气连接图。

图10为本发明直流高压控制机构的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以集装箱集成了储能设备和电缆，储能设备包括储能电池簇、电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、监控管理平台、电源自动切换系统。

其中电池管理系统包括电池堆主控系统、电池簇管理系统和电池箱管理系统。用三个隔板20将集装箱21从车头至车尾方向分隔为四个隔间。每个隔板上都开设了侧滑门13，便于设备和电缆的检修、维护。

通用型卡车30作为整个集装箱的动力系统和承载系统，使集装箱具备良好的机动性及灵活性。外观见图1。

原理图见图2，储能变流器作为双向能量转换设备，储能变流器的直流侧连接到控制柜的控制机构，储能变流器的交流侧连接配电柜的配电系统，控制柜的正端和负端分别连接到储能电池簇正极和负极，监控管理平台监控储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、消防系统、照明系统、热管理系统和警示灯，监控管理平台通过局域网与电池堆主控系统和储能变流器连接，电池堆主控系统通过CAN总线与电池簇管理系统和多个电池箱管理系统连接，电池堆主控系统还通过RS485总线与储能变流器连接，电源自动切换系统自动切换市电供电和电池簇供电两种供电模式。

第一隔间为操作室，配备有工作台1、工作椅2和监控主机3，监控主机3采用壁挂式安装在车厢壁上，方便操作人员查看。监控主机搭载了监控管理平台，用于实时就地监视和控制整个储能系统工作。第一隔间还安装了控制器4，用于控制车厢内监控设备、照明及消防设备的供电。第一隔间车厢壁开设了一个单开门5，单开门下方设置了登舱梯22，方便操作人员进出操作室。集装箱内部结构见图3、图4、图5。

第二隔间为控制室，装备了储能变流器(PCS)柜6、控制柜8、配电柜7等控制设备，用于操控储能电池簇充放电，实现移动储能系统应急供电和充电。

PCS参照设计功率进行双倍配置，以保证功率转换的可靠性和集装箱重量的均匀分布，有利于系统安全。两台PCS柜的直流侧都连接到控制柜动力输出端，交流侧都连接配电柜输入端，用于实现电能交直流功率的连续转换和与外界系统的毫秒级切换。控制柜8中集成了电池堆主控系统81、电池簇管理系统82和直流高压控制机构，用于采集电池簇的电压、电流、环境温度、绝缘电阻信号，同时通过控制动力回路的通断来控制电池簇的充放电。

直流高压控制机构主要由断路器83、接触器84、熔断器85、分流器86和开关电源87组成，用于主回路闭合与断开控制，结构见图6。直流高压控制机构的电路原理图见图10。

控制柜8的输入端与第三隔间的电池簇连接。配电柜的输出端连接到整个集装箱的输入输出装置。第二隔间在与第一隔间开设的单开门同侧车厢壁上设置了对开门18，用于装卸电池柜和设备屏柜。

第三个隔间为电池室，主要用于安装退役电池簇，每个电池簇由若干个电池箱9串并联组成，都固定在电池架10上，见图7。电池箱9配备了电池箱管理系统88，用于实时监控电池箱中电池的电压、温度、内阻信息。电池簇正极和负极分别连接到控制柜的正端和负端。电池架10底部和靠近车厢侧面都配备了减震器26，能有效消除行车及工作过程中的振动，减少对电池及连接系统的损害。考虑散热和减小火灾扩散范围，多个电池簇按照相互距离最远方式靠近车厢壁板位置布置。第三隔间中部预留了维护通道，方便异常电池箱的检修和维护。

第四个隔间用于安装电缆绞盘11，车尾设置了电动卷帘门31和抽拉梯32，便于收放电缆操作。隔间内安装了储物柜12，用于存放操作工具和物品。电缆绞盘配置的电动马达、快速电缆专用接口及配套电缆，能将储能系统方便快捷投入应急供电。第四隔间与第三隔间之间的隔板侧滑门13能作为电池箱运输通道。见图8和图5。

每个隔间都安装了照明灯14，第二隔间和第三隔间都安装了烟雾报警器15和灭火柜16组成的消防系统，用于消防灭火。另外，车厢顶部安装了车载空调17，第三隔间顶部安装了换气扇19，每个隔间都设置有空调进出风口，用于车厢内热管理和换气。

系统为控制设备电源、照明灯、车载空调、换气扇等设备提供了电源自动切换系统，见图9，主要由自动切换装置(ATS)和电源模块(DC/AC)组成。其中，自动切换装置ATS的第一输入端与集装箱输出装置相连，是取自三相(AC380V)交流电的一相；第二输入端与电源模块的输出端相连；输出端与供电总线(AC220V)相连。电源模块是将直流电压单向转换为AC220V电压，输入端与直流母线相连，输出端与供电母线相连。

在本技术方案中，通过控制储能系统的工作状态，可以在应急供电过程中保持电池簇安全运行，系统低噪音且无排放；储能电池电连接电源逆变系统，应急时可以将存储在储能电池中的直流电转换为工频低压交流电，提供三相稳定的交流电压；在电池簇需要充电时，输入输出装置接入交流充电桩，通过储能变流器PCS为电池簇充电。自动切换装置ATS还能保证控制设备、照明系统和动环系统，在任何工作状态都能保持供电正常，同时具备黑启动功能，提高了可靠性。

举例说明：

以总电量200kWh、总功率100kW的移动储能车为例，配置2簇672V150Ah退役磷酸铁锂动力电池簇，每簇电池由18个电池箱串联组成，每个电池箱包含12串电池，单箱电量为5.76kWh。电动电缆绞盘配置了快速电缆专用接口及40米长的电缆，电动电缆绞盘有个手动开关控制，用来收放电缆。该储能系统输入和输出均为AC380V、50Hz三相交流电。

储能集装箱设备包括：2簇储能电池簇，2套BMS，2台50kW PCS，1套监控管理系统，1套配电系统，1套热管理系统，1套消防系统，1套电源自动切换系统，1套照明系统，1套电动电缆绞盘，1套警示灯。其中电池管理系统包括1套电池堆主控系统、2套电池簇管理系统和36套电池箱管理系统。用三个隔板将集装厢从车头至车尾方向分隔为四个隔间。每个隔板上都开设了侧滑门，用于设备和电缆的检修、维护。通用型卡车作为整个集装箱的动力系统和承载系统。

操作室配备有1个工作台、1张工作椅、1台监控主机及1套防爆灯，监控主机采用壁挂式安装在车厢壁上。用于实时就地监视和控制整个储能系统工作。操作室还安装了1台控制器，用于控制车厢内监控设备、照明及消防设备的供电。操作室车厢壁开设了1个单开门，单开门下方设置了1台登舱梯。

控制室装备了2台PCS柜、1台控制柜、1台配电柜、1套灭火柜、1套烟雾报警器和两套防爆灯。每台PCS柜安装了1台50kW PCS，交流侧电压400V，直流侧电压600V～900V，用于交直流功率转换。两台PCS的直流侧都连接到控制柜动力输出端，交流侧都连接配电柜输入端；控制柜中集成了1套电池堆主控系统、2套电池簇管理系统和2套直流高压控制机构，管理电池簇充放电。直流高压控制机构主要由断路器、直流接触器、熔断器、分流器和开关电源组成，用于主回路闭合与断开控制，结构见图6。控制柜的输入端与电池室的电池簇连接。配电柜的输出端连接到整个集装箱的输入输出装置。在控制室与操作室开设的单开门同侧车厢壁上设置了对开门。

电池室主要用于安装退役电池簇，每个电池簇由18个电池箱串并联组成，都固定在电池架上，见图7。电池箱配备了电池箱管理系统，用于实时监控电池箱中电池的电压、温度、内阻信息。每个电池簇正极和负极分别连接到控制柜的对应正端和负端。电池架底部和靠近车厢侧面都配备了减震器。多个电池簇按照相互距离最远方式靠近车厢壁板位置布置。电池室中部预留了维护通道，方便异常电池箱的检修和维护。

第四个隔间用于安装1套电缆绞盘，车尾设置了电动卷帘门和抽拉梯，便于收放电缆操作。隔间内安装了储物柜，用于存放操作工具和物品。电缆绞盘配置的电动马达、快速电缆专用接口及配套电缆，能将储能系统方便快捷投入应急供电。第四隔间与电池室之间的隔板侧滑门能作为电池箱运输通道。

车厢顶部安装了1台车载空调，电池室顶部安装了2台换气扇，每个隔间都设置有空调进出风口，用于车厢内热管理和换气。

系统为控制设备电源、照明灯、车载空调、换气扇等设备提供了1套电源自动切换系统，见图9，主要由1台自动切换装置(ATS)和1个电源模块(DC/AC)组成。其中，ATS为CB级63型50A的2P转换开关，其第一输入端与集装箱输出装置相连，是取自三相(AC380V)交流电的某一相；第二输入端与电源模块的输出端相连；输出端与供电总线(AC220V)相连。电源模块功率为300W，将直流电压单向转换为AC220V电压，输入端与直流母线相连，输出端与供电母线相连。

通用型卡车作为承载系统，驱动力为柴油发动机，车头顶部安装了1套警灯33，用于行车警示和工作警示。车厢的承载平台还装有4套电动支撑腿23，能实现车厢的平稳锚定，减少静止工作时振动对储能系统的影响。承载平台侧面配备了裙边仓28，用于安装支撑腿控制器24、配电箱25、输入输出装置26等设备，也用于存放辅助设备、工具等物品。车厢顶部安装了1套升降照明灯29，用于车厢升降安全警示和作业照明。

该储能系统共有三种工作模式：

(1)热备用模式

热备用模式要求保电全程储能系统处于启动状态，优点是能实现不间断供电，缺点是有一定能耗，适用于对供电质量要求较高的活动场所。此时，电池簇处于静置状态，BMS处于运行状态，PCS处于待机状态，ATS处于市电供电模式。

(2)自启动模式

自启动模式可以在故障停电时启动储能系统供电，该模式的优点是能耗低，缺点是应急电源的接入会有几秒的延迟，适用于普通要求的保电场所。此时，电池簇处于放电状态，BMS处于运行状态，PCS处于放电工作状态，ATS处于电池簇供电模式。

(3)正常充电

在停车场，移动储能系统中PCS交流侧通过配电柜、充电接口等设备，接入AC380V、50Hz充电桩，交直流功率转换后为电池簇充电，进入正常充电工作状态。此时，电池簇处于充电状态，BMS处于运行状态，PCS处于充电工作状态，ATS处于市电供电模式。

当储能系统运输过程中，所有设备处于断电关闭状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种车载移动式储能系统，其特征在于：包括储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、监控管理平台和电源自动切换系统，

电池管理系统，用于监视储能电池簇的工作状态和对其实施保护；

储能变流器，用于实现电能交直流功率的连续转换和与外界系统的毫秒级切换；

监控管理平台，用于实时就地监视和控制整个储能系统工作；

电源自动切换系统，用于储能系统在不同工作模式下自动切换市电供电和电池簇供电，使系统具备黑启动功能。

2.根据权利要求1所述的一种车载移动式储能系统，其特征在于：所述电池管理系统包括电池堆主控系统、电池簇管理系统和电池箱管理系统；所述储能变流器的直流侧连接到控制柜的控制机构，所述储能变流器的交流侧连接配电柜的配电系统，所述控制柜的正端和负端分别连接到储能电池簇正极和负极，所述监控管理平台通过局域网与所述电池堆主控系统和储能变流器连接，所述电池堆主控系统通过CAN总线与所述电池簇管理系统和多个电池箱管理系统连接，所述电池堆主控系统还通过RS485总线与储能变流器连接，所述电源自动切换系统自动切换市电供电和电池簇供电两种供电模式。

3.根据权利要求1所述的一种车载移动式储能系统，其特征在于：所述控制柜中集成了电池堆主控系统、电池簇管理系统和直流高压控制机构。

4.根据权利要求3所述的一种车载移动式储能系统，其特征在于：所述直流高压控制机构主要由断路器、接触器、熔断器、分流器和开关电源组成，用于主回路闭合与断开控制。

5.根据权利要求1所述的一种车载移动式储能系统，其特征在于：所述电源自动切换系统主要由自动切换装置和电源模块组成，其中，自动切换装置的第一输入端与集装箱输出装置相连，是取自三相AC380V交流电的一相；自动切换装置的第二输入端与电源模块的输出端相连；自动切换装置的输出端与供电总线AC220V相连；电源模块是将直流电压单向转换为AC220V电压，输入端与直流母线相连，输出端与供电母线相连。

6.根据权利要求1所述的一种车载移动式储能系统，其特征在于：所述监控管理平台监控储能电池簇、电池管理系统、储能变流器、消防系统、照明系统、热管理系统和警示灯。

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