[發明專利]電動船主電源蓄電池分組獨立供電與充電系統

在審

• 申請號: 201910554440.4
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110224482A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 丁笑寒;趙莉;周洋
• 申請（專利權）人: 江蘇中智海洋工程裝備有限公司
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/00;H02J7/36
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 宋元松

本發明公開了一種電動船主電源蓄電池分組獨立供電與充電系統，主電源蓄電池分為n組，蓄電池組分別為1G～nG，各組蓄電池輸出端分別經熔斷器進行短路保護后分別接各自的分段母排，各分段母排互為備用；各組蓄電池分別配置一臺充電器，設置n臺主開關1Q～nQ，各分段母排分別與一臺主開關的進線端連接，主開關1Q～nQ的出線端均連接至直流母排；本發明以電動船主電源蓄電池分組獨立供電來取代現有的多個蓄電池組依靠DC/DC變換器進行并聯供電的方法，解決多個電池組直接并聯形成環流的技術問題；用蓄電池分組同時獨立充電的方式解決現有技術充電功率過大的問題，以及對多個蓄電池組依次充電造成充池時間過長的技術問題。

技術領域

本發明涉及一種電動船主電源蓄電池分組獨立供電與充電系統，屬于船舶主電源裝置技術領域。

背景技術

主電源由蓄電池組供電的電力推進船，稱為電動船。以往電動船基本上是以主電源電壓較低，容量較小、續航力要求不高的內河小型觀光游艇等船舶為主，其蓄電池容量和目前國產電動汽車的蓄電池容量相仿，一般在200Ah左右，其額定輸出電能量約在80kWh以下，無需將蓄電池分組并聯擴大容量，也不存在充電操作困難等問題。近年來，電動船的應用范圍有所擴大，電力推進功率與續航力在相應加大，主電源從傳統的鉛酸蓄電池發展到采用新能源磷酸鐵鋰電池，電動船主電源的蓄電池容量已達2500Ah以上，其額定輸出電能量達到1500kWh以上，還有進一步提高的趨勢。

蓄電池廠通常是用數百個磷酸鐵鋰單體蓄電池串、并聯，組合成電池模塊(蓄電池廠有不同電壓與容量的電池模塊產品)，再根據需方對蓄電池組的電壓和容量要求，將多個蓄電池模塊串、并聯組合成蓄電池組(也稱柜或包)。

因材料、工藝等方面的眾多原因，磷酸鐵鋰單體蓄電池的電壓、內阻等參數的一致性難以高度一致，將單體蓄電池組合成蓄電池模塊后，一致性又會進一步降低，再將多個電池模塊串、并聯成蓄電池組，各組之間的一致性更差。如果在一個電池模塊中串、并聯的單體蓄電池數量過多，可能會因電壓差而形成環流，造成電池容量加速衰減，電池壽命顯著縮短。所以，蓄電池廠都要按照船舶建造規范(CCS2016《鋼質內河船舶建造規范》及2019年修改通報，下同)關于“磷酸鐵鋰電池應配備電池管理系統(BMS)”的規定及“BMS應能對電池的充放電、單體電池間的均衡進行控制”的要求，采用BMS對各蓄電池模塊進行管理，同時對每個蓄電池組中串、并聯的蓄電池模塊數量有所限制，一般每組電池的額定容量限在750Ah左右，其額定輸出電能量限在500kWh左右。

當電動船的功率較大、續航力較長時，其主電源的蓄電池組額定輸出電量較大。例如，某船電力負載平均功率P＝176kW，短暫最大功率P_m＝355kW，續航力7小時。參照申請號為201811051638.2的專利文獻《電動船混合主電源容量計算方法》公開的方法進行計算，該船主電源的蓄電池容量應為2952Ah(取3000Ah)，電池組標稱電壓與直流匯流排額定電壓相等為652.8V，電池組輸出電能量約為1958kWh。經驗證該計算結果合理，施工訂貨時，電池供貨廠商提供的基于現有技術方案的參考意見如下：①需將蓄電池分成若干組供貨，各蓄電池組的標稱電壓可選在652.8V-688V之間，容量宜在750Ah以下，各蓄電池組輸出端應通過DC/DC變換器進行并聯；②如果不將蓄電池分成若干組，即使充電率為0.5C，因容量過大，充電裝置需要定制，并且接插件無法提供。如果將各電池組直接并聯，則因電池組的不一致性而造成失敗。各蓄電池箱之間存在的不一致性，已成為將蓄電池組容量做大的障礙，有關論著和蓄電池廠對蓄電池一致性的重視和研究，是很有必要的。目前，國內外在電動船主電源所需蓄電池容量較大時，都是將蓄電池分成若干箱，分別經過DC/DC變換器調節電壓后再接到直流主匯流排上進行并聯。但是，將各蓄電池箱輸出端通過DC/DC變換器進行并聯存在以下弊端：

1.DC/DC變換器價格較高，品牌高端的DC/DC變換器價格，在電動船主電源控制系統的造價中所占比例約為70％以上；

2.DC/DC變換器內部的逆變、變頻、整流等環節產生的諧波，需增加諧波治理的成本；