摘要：要介紹了用戶側某型商業儲能柜總體設計及整機理論熱計算和對應的散熱方案，并結合戶外的使用環境，設計了可滿足IP54級的整機防塵、防水結構，使其在能保證整機滿功率運行條件下散熱的同時，滿足項目所處環境的防護需求。
關鍵詞：新型儲能，工商業儲能，儲能柜，系統散熱，防護結構
0引言
，隨著光伏、新能源汽車設備充放電需求的增加,風光等多種分布式能源從低壓側接人電網，電能質量差、區域電網重過載、電動汽車充電難等問題日益突出。一體化商業儲能柜并入電網可有效解決區域電網存在的問題,同時可以節省配電基礎設施投資，具有削峰填谷、峰谷電價套利的優勢[2],因此,可靠的設計防護以及安全穩定的運行是商業儲能柜產品面臨的一大挑戰。本文以某型商業儲能柜總體設計為背景，介紹整機系統散熱和理論計算以及柜體結構上的設計防護，以保障商業儲能柜在實際應用場景中的安全可靠性。
1商業儲能柜總體設計與系統散熱設計
某項目商業儲能柜的功率和容量需求如下：100kWl215kWh,直流側容量為215kWh。其中,電池采用LFP(磷酸鐵鋰)電池，項目總體采用模塊化設計思路，電池系統采用簇方式進行集成，簇中單個電池包1P20S，容量為17.92kWh,根據總體容量可以確定電池艙所需電池包數量至少為12個，簇中集成了風扇和內部散熱風道。根據電池包、高壓箱尺寸確定電池簇整體尺寸為：910mmx1002mmx2030mm(寬度×深度×高度）。考慮到安裝空間和電池簇散熱空間,初步確定柜內電池艙凈空間為：1040mmx1165mmx2325mm。電池簇如圖1所示。
根據項目需求,布置柜內電氣艙設備-PCS、BMS、控制器、斷路器、接線端子、開關、電源等，初步確定電氣艙凈空間為340mmx1002mmx2030mm（寬度x深度×高度）。儲能柜初版總體布置圖如圖2所示。
該項目為常規風冷散熱方式，故采用工業壁掛空調對電池艙進行冷卻散熱。空調布置于柜體背部，采用上進風、下出風的散熱方式，并設計獨立風道，冷風通過電池簇頂部自帶抽風風扇吸入電池簇內部風道，經過與電池簇內部電芯熱交換后，通過儲能柜柜體內間隙經空調回風口負壓將熱風排出柜外，達到散熱效果，具體結構如圖3所示。
為提高儲能柜空間利用率，儲能柜體采用模塊化設計，柜體前后兩側面開門，然后布置電池簇、空調風道及電氣設備等。根據GB50016一2014（建筑設計防火規范）、GB50019一2015（工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范）、GB55036—2022（消防設施通用規范）、GB55037一2022(建筑防火通用規范)等強制標準[2-5],將柜體內電池簇和設備艙分開，中間設計防火隔墻，柜內頂部布置空調風道，柜內側壁上布置消防探頭及滅火裝置、通風格柵等。詳細設計需參考相關標準執行，本文不詳細說明。鑒于商業儲能柜設計的高集成性以及露天的使用條件,太陽輻射和內部電池自身放電釋放熱量,是影響電池艙和電氣艙的溫度調節的兩大因素，空調功率的選型需要滿足以上2個因素對電池艙內的散熱需求。本文僅通過理論計算支持空調功率的選型，保證電池艙溫度可以控制在20~50℃范圍內,平均溫差不大于5℃,其詳細的結構設計及優化本文不詳細說明。
1.1儲能柜電池艙熱設計
整個儲能柜電池艙系統熱負荷主要由電池功耗發熱量和外部太陽熱輻射熱量組成，其余接線端子、直流回路柜體背面 及控制系統的產熱易于估算,且占比較小,因此,較為準確估算電池充放電過程中的功耗發熱量和外部熱輻射熱是一體機電池艙空調冷卻方案設計與選型的關鍵。
（1）電池充放電過程中的功耗發熱量Q1
根據電池廠家提供的電池包電芯參數，該項目使用的單電芯額定容量為280Ah，額定電壓為3.2V,電池總容量E=240×280Ah=67200Ah,額定倍率n=0.5C,能量效率μ=95%,質量為5.3kg，比熱容C=1000(J/kg·℃)，以額定倍率n=0.5C放電，溫升速率v=3.7(℃/h）,此處假設電芯能量損失均轉化為熱量釋放。在實際情況下，電池功耗發熱功率與電流的二次方成正比，但通常無法獲取電池的工作電流曲線，則此處按能量轉化效率損失完全轉化熱量進行大值估算。可得到電池充放電過程中的功耗發熱量Q1。Q為電池以0.5C倍率放電時釋放的熱量，對應的發熱功率為：
由于儲能柜柜體結構的特殊性，柜體墻板內、外側一般為2mmQ235A鋼板，墻體中間為巖棉板和密封空氣，本項目戶外柜側墻、頂板及底板采用40mm巖棉層。其結構主要材料導熱系數如表1所列。
根據GBT50176—2016(民用建筑熱工設計規范）柜體體圍護結構需按照復合式結構計算綜合導熱系數。根據理論計算公式，戶外柜柜體總的外部靜滲人熱量功率為：
（2）儲能柜電器艙熱設計
整個儲能一體機電器艙系統熱負荷主要為PCS設備功耗發熱量Q3根據PCS廠家提供的發熱量Q3=2kW、散熱通風量467mh(CFM)及設備結構形式,選擇合適的風機進行散熱。PCS設備及散熱風向及柜內結構如圖4所示
根據以上計算結果查找對應風機的P-Q曲線(風壓- 風量曲線）,該項目選擇某型交流軸流風機,工作溫度范圍：-40~+65℃,大風量為1020m/h,其P-Q曲線如圖5所示。由圖5可知，風機工作點位于高流量、低風壓理想區域（曲線后平緩區），可滿足實際散熱工況所需。
2柜體防護結構設計
結合儲能一體機實際的使用工況，其戶外柜的防護等級一般要求需達到IP54及以上,根據GB4208一2008(外殼防護等級)的要求[8],機柜需滿足防塵和防噴水,所以在滿足上述功能散熱的前提下，需同時設計IP54級柜體防護結構
2.1柜體防水結構設計
該項目儲能柜柜體為框架式骨架結構,左右艙室前開門，柜門四周與柜體間采用迷宮式防水結構，同時在柜門四周周邊粘貼密封膠條使其與柜體完全貼合，并在柜門底部設計瀝水孔，外部水經迷宮結構后通過瀝水孔流出柜體外部，具體結構如圖6所示。柜體焊縫及蒙皮板拼接處采用防水密封膠進行密封，以保證柜體整體的防水效果。
2.2柜體防塵結構設計
基于散熱的功能需求,儲能柜柜體設計有進、出風口，在滿足散熱通風面積的前提下，需要給進、出風口設計過濾結構。該項目采用通用的格柵+不銹鋼網+防塵過濾網3層結構進行防護，其中，防塵網的過濾間隙可根據所需的IP等級進行調整，以保證柜體整體的防塵效果。具體結構如圖7 所示
3安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統
3.1概述
Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。
3.2應用場景
適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。
3.3系統結構
