集装箱储能锂离子电池结构设计

张弓一

2018 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：

由于现场集装箱PACK安装条件，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。

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。

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！