[实用新型]电动船主电源蓄电池分组独立供电与充电系统

说明书

本实用新型公开了一种电动船主电源蓄电池分组独立供电与充电系统，主电源蓄电池分为n组，蓄电池组分别为1G～nG，各组蓄电池输出端分别经熔断器进行短路保护后分别接各自的分段母排，各分段母排互为备用；各组蓄电池分别配置一台充电器，设置n台主开关1Q～nQ，各分段母排分别与一台主开关的进线端连接，主开关1Q～nQ的出线端均连接至直流母排；本实用新型以电动船主电源蓄电池分组独立供电来取代现有的多个蓄电池组依靠DC/DC变换器进行并联供电的方法，解决多个电池组直接并联形成环流的技术问题；用蓄电池分组同时独立充电的方式解决现有技术充电功率过大的问题，以及对多个蓄电池组依次充电造成充池时间过长的技术问题。

技术领域

本实用新型涉及一种电动船主电源蓄电池分组独立供电与充电系统，属于船舶主电源装置技术领域。

背景技术

主电源由蓄电池组供电的电力推进船，称为电动船。以往电动船基本上是以主电源电压较低，容量较小、续航力要求不高的内河小型观光游艇等船舶为主，其蓄电池容量和目前国产电动汽车的蓄电池容量相仿，一般在200Ah左右，其额定输出电能量约在80kWh以下，无需将蓄电池分组并联扩大容量，也不存在充电操作困难等问题。近年来，电动船的应用范围有所扩大，电力推进功率与续航力在相应加大，主电源从传统的铅酸蓄电池发展到采用新能源磷酸铁锂电池，电动船主电源的蓄电池容量已达2500Ah以上，其额定输出电能量达到1500kWh以上，还有进一步提高的趋势。

蓄电池厂通常是用数百个磷酸铁锂单体蓄电池串、并联，组合成电池模块(蓄电池厂有不同电压与容量的电池模块产品)，再根据需方对蓄电池组的电压和容量要求，将多个蓄电池模块串、并联组合成蓄电池组(也称柜或包)。

因材料、工艺等方面的众多原因，磷酸铁锂单体蓄电池的电压、内阻等参数的一致性难以高度一致，将单体蓄电池组合成蓄电池模块后，一致性又会进一步降低，再将多个电池模块串、并联成蓄电池组，各组之间的一致性更差。如果在一个电池模块中串、并联的单体蓄电池数量过多，可能会因电压差而形成环流，造成电池容量加速衰减，电池寿命显著缩短。所以，蓄电池厂都要按照船舶建造规范(CCS2016《钢质内河船舶建造规范》及2019年修改通报，下同)关于“磷酸铁锂电池应配备电池管理系统(BMS)”的规定及“BMS应能对电池的充放电、单体电池间的均衡进行控制”的要求，采用BMS对各蓄电池模块进行管理，同时对每个蓄电池组中串、并联的蓄电池模块数量有所限制，一般每组电池的额定容量限在750Ah左右，其额定输出电能量限在500kWh左右。

当电动船的功率较大、续航力较长时，其主电源的蓄电池组额定输出电量较大。例如，某船电力负载平均功率P＝176kW，短暂最大功率P_m＝355kW，续航力7小时。参照申请号为201811051638.2的专利文献《电动船混合主电源容量计算方法》公开的方法进行计算，该船主电源的蓄电池容量应为2952Ah(取3000Ah)，电池组标称电压与直流汇流排额定电压相等为652.8V，电池组输出电能量约为1958kWh。经验证该计算结果合理，施工订货时，电池供货厂商提供的基于现有技术方案的参考意见如下：①需将蓄电池分成若干组供货，各蓄电池组的标称电压可选在652.8V—688V之间，容量宜在750Ah以下，各蓄电池组输出端应通过DC/DC变换器进行并联；②如果不将蓄电池分成若干组，即使充电率为0.5C，因容量过大，充电装置需要定制，并且接插件无法提供。如果将各电池组直接并联，则因电池组的不一致性而造成失败。各蓄电池箱之间存在的不一致性，已成为将蓄电池组容量做大的障碍，有关论著和蓄电池厂对蓄电池一致性的重视和研究，是很有必要的。目前，国内外在电动船主电源所需蓄电池容量较大时，都是将蓄电池分成若干箱，分别经过DC/DC变换器调节电压后再接到直流主汇流排上进行并联。但是，将各蓄电池箱输出端通过DC/DC变换器进行并联存在以下弊端：

1.DC/DC变换器价格较高，品牌高端的DC/DC变换器价格，在电动船主电源控制系统的造价中所占比例约为70％以上；

2.DC/DC变换器内部的逆变、变频、整流等环节产生的谐波，需增加谐波治理的成本；