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桥梁维护车电源系统方案

来源:腾利恒欣    时间:2019-01-27 11:19:33

1. 概述

本方案在于说明480V/40AH 电源设备的主要功能、指标、实现方法等。

根据电池装置的各项技术要求,本着高安全性、高可靠性、可维护性、可保障性、可测试性、环境适应性的理念进行分析设计。

本方案中,储能装置采用具有先进技术的磷酸铁锂电池电芯,管理设备采用技术成熟的电池管理控制系统,器件选型考虑降额设计,结构设计以轻量化、模块化、可维护为设计原则,以确保整机可靠运行。

2. 需求分析


2-1 电源设备性能要求

序号

项目

要求实现能力

备注

1.

标称总电量

20~23KWh

2.

电池组

额定电压

500V

磷酸铁锂

3.

电池组

电压范围

400V~550V

4.

电池组

标称容量

40Ah

5.

电池组

最大充电电流

8A

6.

电池组

最大放电电流

80A

7.

加热

具备低温加热功能

8.

通讯

CAN

9.

环境温度

-20~60

10.

电池组

重量

330Kg

11.

总外形尺寸

每箱长800mm*高600mm*400mm安装吊耳,所有材质不锈钢304,颜色待定,配航插

12.

显示屏

显示有关数据

13.

电池管理系统

强放,各种电路保护问题,SOC30间断报警声加光,15持续报警,10切断输出,

14.

充电机

8h充满

15.

防护等级要求

湿度,盐雾,IP65


3. 系统电气方案设计

电气方案设计按系统总体框图、电芯选型、充电机设计、预充设计、加热设计、电池管理系统设计、连接器等器件选型内容进行说明。


3.1. 电芯选型

综合考虑该电池设备的使用场景,以及对体积、重量等的要求,本方案选用具有较高安全性和能量密度的磷酸铁锂电池作为储能单元,所选的3.2V/40Ah磷酸铁锂铝壳电芯实物如图3-2所示,此电芯单体电池及电池模组均已通过国家强制检测,其安全性高,可靠性好,工作寿命长,工作温度范围为-30℃~+60℃。

3-2  3.2V/40Ah磷酸铁锂电芯

该3.2V/40Ah磷酸铁锂软包电芯主要技术参数如下表3-2所示:

3-2 电芯主要参数

序号

项目

技术参数

备注

1.

电芯类别

磷酸铁锂

2.

标称电压

3.2V

3.

标称容量

40Ah

4.

充电性能

1 C(40A)恒流充电至 3.7 V

转恒压充电,至充电电流降至 0.05C(2.5A),停止充

电,搁置 1h

充电截止电压:3.7V

5.

放电性能

持续:3C(120A) 瞬间:6C(240A)(10S)

放电截止电压:2.5V

6.

循环次数

2500次

1C充放@25℃,容量80%

7.

工作温度

充电:0℃~+45℃

放电:-20℃~+60

8.

重量

1.05Kg

9.

尺寸结构

长**厚:

148.6mm*133.5mm*28.7mm


3.2. 电池组实现主要技术指标

根据电池装置技术要求,本方案按所选电芯设计实现的电池组技术指标如下:

3-3 电池组主要技术指标

序号

项目

技术参数

备注

1.

标称电压

480V

2.

电压范围

400V~550V

3.

标称容量

40Ah

4.

最大持续放电电流

80A

连续充/放电率(常温)

5.

最大持续充电电流

8A

连续充/放电率(常温)

6.

最大放电电流

100A

≤10S(常温)

7.

放电截止电压

400V

8.

充电截止电压

550V

8小时充满

9.

工作温度范围

充电:0℃~+45℃

放电:-20℃~+60

10.

充放电循环次数

2000次

11.

输入

AC 220V

12.

尺寸 *深*宽

800mm*700mm*400mm

13.

外壳材质

304不锈钢

14.

重量

≤280Kg

15.

显示屏

显示最高最低电压温度及所在串数,平均电压,平均温度,故障

16.

强放功能

硬件设计强放开关,可手动打开开关实现强放功能



3.3. 详细方案设计

3.3.1. 电池组设计

480V电池组电芯串联数采用150串,根据标称容量≥40Ah,本方案电池组采用1并150串,其标称容量为40Ah,能量19.2KWh。

3.3.2. 加热设计


本方案采用1.04KWPTC加热器进行加热,此外,PTC干烧温度为70℃左右。

3.3.3. 电池管理系统设计

如下表3-5为本方案电池管理系统的主要技术参数。

3-5为电池管理系统主要技术参数:


序号

项 目

技术参数

1.

模块供电

工作电压范围

DC 8V~36V

额定功耗

<3W

静态电流

小于0.2mA

2.

单体电池
电压检测

电压检测范围

0~5V

电压采样误差

<5mV(全温度范围)

3.

均衡控制

均衡模式

被动均衡

均衡电流

最大100mA

4.

温度检测

温度检测范围

-40~125℃

温度采样误差

-40~80℃:<1℃

80~125℃:<2℃

5.

电池组
总电压

检测

总压检测通道数

4通道(含继电器粘连诊断检测)

总压测量范围

0V~600V

总压采样误差

<0.5%FSR(FSR:满量程)

6.

母线电流检测

电流测量范围

-300A~300A

电流采样误差

<1%(含电流传感器误差)

7.

通讯接口

3路CAN和1路RS485通讯。

其中1路外部CAN(VCAN)与外部传输数据

8.

SOC估算精度

误差<8%


3.3.4. 器件列表

(一) 电池组正负连接器,信号连接器:防水防盐雾金属接插件。

(二) 强放开关,电源开关:防水防盐雾自锁开关

(三) 熔断器

(四) 霍尔传感器

(五) 显示屏:防水防盐雾低温显示屏

(六) 充电机:待定

(七) DCDC :550V~12V

(八) 电池箱体(304不锈钢)

(九) 继电器:EVR150EVR30

(十) 电池管理系统:48S+48S+60S

(十一) 加热膜

3.4. 电池组电气设计


BMS管理系统功能包括:单体电压、单体温度检测;被动均衡控制;总电压、总电流、温度等信号检测;继电器控制及诊断;

供电激活及掉电检测控制;CAN/RS485 通信;充放电保护控制、热管理、故障分类分级处理;电池SOC荷电状态、SOH健康状态估算等功能。

电池组长时间放置时可以关闭电池组面板开关,所有的电气设备处于断电状态。

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