CN220682629U - 船舶纯电池冗余动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶纯电池冗余动力装置，包括纯电池冗余动力组件和控制***；其中，纯电池冗余动力组件包括岸电充电模块、冗余动力电站模块、电站控制模块和负载模块，冗余动力电站模块包括第一锂电池组、第二锂电池组，所述电站控制模块包括直流接触器CB1、直流接触器CB2、旁路开关CB3、母联开关CB4、两个二极管、左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器、左隔离变压器、右隔离变压器；通过反向安装二极管来实现解列运行，实现动力冗余备用，确保船舶动力最大程度地保证船舶的航行安全；同时，采用基于宽禁带半导体的船用变频功率模块，大幅度降低直流母线变频电控设备的体积和重量。

Description

船舶纯电池冗余动力装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池动力技术，特别涉及一种船舶纯电池冗余动力装置。

背景技术

随着国家将对船舶污染物排放进行大力度的控制，以及电池技术的进步和价格的下降，电池动力作为清洁的动力***的代表被广泛地提出，其满足“零排放”、“低噪音”的同时会进一步降低运行成本，是未来中小型内河船舶的动力首选。

目前纯电池动力船舶采用的纯电池动力***存在着以下一些问题：1)没有提供冗余电池，一旦电池出现故障，船舶失去动力，给船舶留下了严重的隐患；2)部分纯电池动力***采用冗余电池，但需要人工进行切换，或者通过电源传感器采集冗余电池的电压，再通过PLC程序控制继电器的断开和接通进行电池切换，***结构复杂，成本高，控制精度低；3)变频功率模块体积大，占用了较多的空间；4)船用变频功率模块噪声大，影响船上作业人员身心健康；4)逆变产生的电源质量差，容易造成船上日用设备的损坏；5)岸上人员无法获知船上动力***的运行状况。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、控制方便可靠的船舶纯电池冗余动力装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：船舶纯电池冗余动力装置，包括纯电池冗余动力组件和控制***；其中，纯电池冗余动力组件包括岸电充电模块、冗余动力电站模块、电站控制模块和负载模块，

冗余动力电站模块包括第一锂电池组、第二锂电池组，

电站控制模块包括直流接触器CB1、直流接触器CB2、旁路开关CB3、母联开关CB4、两个二极管、左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器、左隔离变压器、右隔离变压器；

第一锂电池组和第二锂电池组分别通过第一导线连接到设置有母联开关CB4的直流母线上，直流母线上在母联开关两侧分别设有反向安装的二极管；

第一锂电池组与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB1，第二锂电池组与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB2，两根第一导线之间架设有设置旁路开关CB3的连接导线；

左侧直流母线连接有第二导线，熔断器、左推进逆变器与第一主推进电机通过第二导线依次相连接；左侧直流母线上在二极管和母联开关CB4之间连接有第三导线，第三导线上依次设有熔断器、左日用逆变器、左隔离变压器；

右侧直流母线连接有第四导线，熔断器、右推进逆变器与第二主推进电机通过第四导线依次相连接；右侧直流母线上在二极管和母联开关CB4之间连接有第五导线，第五导线上依次设有熔断器、右日用逆变器、右隔离变压器；

左隔离变压器和右隔离变压器分别通过导线与日用负载连接；

岸电充电模块包括船上充电桩，船上充电桩连接岸接电源后对第一锂电池组、第二锂电池组进行充电。

作为一种优选的方案，所述岸电充电模块还包括与日用负载连接的岸电插座箱，岸电插座箱用于船舶靠岸时，给船舶日用负载供电。

作为一种优选的方案，所述的左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器都采用基于宽禁带半导体的变频功率模块。

作为一种优选的方案，所述的变频功率模块采用25kHz的开关频率。

作为一种优选的方案，所述控制***为远程监控***；远程监控***包括应用层、数据采集传输层和感知层；应用层包括上位机，用作Web服务器；数据采集传输层包括数据传输单元和数据采集器；感知层包括设置在所述左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器、左隔离变压器、右隔离变压器中的电压传感器、电流传感器和温度传感器以及设置在第一锂电池组和第二锂电池组中的电压传感器、温度传感器。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型提供一种船舶冗余动力装置，两组锂电池组通过在直流母线上反向安装二极管来实现解列运行和动力冗余备用，即实现两台日用电源一用一备，确保船舶动力最大程度地保证船舶的航行安全；

2)本实用新型提供一种船舶冗余动力装置，是根据两组电池组的电压高低，自动启动其中一台运行，相对于传统的通过感知设备测量锂电池组的电压，及电压比较，然后通过继电器的开合进行切换而言，本实用新型结构简单，控制精度高；

3)本实用新型的船用变频功率模块中，采用宽禁带半导体代替传统的半导体，保证了变频功率模块体积小，节省了占用空间；并通过使用25kHz的开关频率，达到了静音效果，解决了小型船舶或公务船或游艇等，船舶舱室空间狭小，对噪音非常敏感等问题；

4)高开关频率的设计使得变频功率模块***部件，如电抗器和变压器等的体积和重量变的更轻，进一步降低直流母线变频电控设备体积和重量。

5)本实用新型远程监控***实现岸上人员对电池冗余动力***的运行状况的随时随地监控，突破空间和时间的约束。

附图说明

图1为船舶纯电池冗余动力装置组成图；

图2位船舶纯电池冗余动力***原理图；

图3为脉冲错峰的PWM原理图；

图4为远程监控***结构框图；

图中：

100-纯电池冗余动力组件、200-远程监控***；101-岸电充电模块、102-冗余动力电站模块、103-电站控制模块、104-负载模块、105-第一主推进电机、106-第二主推进电机；201-应用层、202-数据采集传输层、203-感知层；

1011-船上充电桩；1021-第一锂电池组、1022-第二锂电池组；

1031二极管、1032左日用逆变器、1033右日用逆变器、1034左推进逆变器、1035右推进逆变器、1036左隔离变压器、1037右隔离变压器、1038熔断器。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本实用新型的具体实施方案。

如图1-4所示，船舶纯电池冗余动力装置，包括纯电池冗余动力组件100和控制***；其中，纯电池冗余动力组件100包括岸电充电模块101、冗余动力电站模块102、电站控制模块103和负载模块104，

冗余动力电站模块102包括第一锂电池组1021、第二锂电池组1022，

电站控制模块103包括直流接触器CB1、直流接触器CB2、旁路开关CB3、母联开关CB4、两个二极管1031、左日用逆变器1032、右日用逆变器1033、左推进逆变器1034、右推进逆变器1035、左隔离变压器1036、右隔离变压器1037；所述的左日用逆变器1032、右日用逆变器1033、左推进逆变器1034、右推进逆变器1035都采用基于宽禁带半导体的变频功率模块，其功率密度比常规的变频功率模块功率密度提成1倍。变频功率模块采用25kHz的开关频率，以达到静音效果。

第一锂电池组1021和第二锂电池组1022分别通过第一导线连接到设置有母联开关CB4的直流母线上，直流母线上在母联开关两侧分别设有反向安装的二极管1031；

第一锂电池组1021与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB1，第二锂电池组1022与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB2，两根第一导线之间架设有设置旁路开关CB3的连接导线；

左侧直流母线连接有第二导线，熔断器1038、左推进逆变器1034与第一主推进电机105通过第二导线依次相连接；左侧直流母线上在二极管1031和母联开关CB4之间连接有第三导线，第三导线上依次设有熔断器1038、左日用逆变器1032、左隔离变压器1036；

右侧直流母线连接有第四导线，熔断器1038、右推进逆变器1035与第二主推进电机106通过第四导线依次相连接；右侧直流母线上在二极管1031和母联开关CB4之间连接有第五导线，第五导线上依次设有熔断器1038、右日用逆变器1033、右隔离变压器1037；

左隔离变压器1036和右隔离变压器1037分别通过导线与日用负载连接；

岸电充电模块101包括船上充电桩1011，船上充电桩1011连接岸接电源后对第一锂电池组1021、第二锂电池组1022进行充电。岸电充电模块101还包括与负载模块104连接的岸电插座箱，岸电插座箱用于船舶靠岸时，给船舶日用负载供电；

所述控制***为远程监控***200；远程监控***200包括应用层201、数据采集传输层202和感知层203；应用层包括上位机，用作Web服务器；数据采集传输层包括数据传输单元和MODBUS数据采集器；感知层包括设置在所述左日用逆变器1032、右日用逆变器1033、左推进逆变器1034、右推进逆变器1035、左隔离变压器1036、右隔离变压器1037中的电压传感器、电流传感器和温度传感器以及设置在第一锂电池组1021和第二锂电池组1022中的电压传感器、温度传感器。

所述的远程监控***200，其监控方法包括如下过程：

(1)数据采集

MODBUS数据采集器采集设备层的第一锂电池组1021、第二锂电池组1022、左推进逆变器1034、右推进逆变器1035、左日用逆变器1032、右日用逆变器1033、左隔离变压器1036、右隔离变压器1037的运行状态以及控制直流接触器的开合；

(2)数据传输单元将MODBUS数据采集器采集的数据通过无线方式传输给上位机，上位机根据第一锂电池组1021、第二锂电池组1022、左推进逆变器1034、右推进逆变器1035、左日用逆变器1032、右日用逆变器1033、左隔离变压器1036、右隔离变压器1037的运行状态，对直流接触器进行远程的开合控制；

(3)远程用户通过Internet与Web服务器交互，实现对电池冗余动力***进行远程监控。

上述船舶纯电池冗余动力装置的控制方法,具体过程如下：

正常运行时，母联开关CB4闭合，旁路开关CB3断开，此时第一锂电池组1021为第一主推电机供电，第二锂电池组1022为第二主推进电机供电；同时，左日用逆变器1032和右日用逆变器1033一用一备，如果第一锂电池组1021输入电压超过了第二锂电池组1022时，第一锂电池组1021对应的二极管1031处于导通状态，通过左日用逆变器1032、左隔离变压器1036提供日用负载供电，这时，第二锂电池组1022对应的二极管1031处于截止状态，第一锂电池组1021对日用负载供电；如果随着工况的变化，当第二锂电池组1022的剩余电量和电压超过了第一锂电池组1021，第一锂电池组1021对应的二极管1031处于截止状态，则日用负载自动切换到第二锂电池组1022进行供电；如此往复循环；

当某一组锂电池组出现故障，则旁路开关CB3闭合，保证剩余一组锂电池组可以给两台主推电机同时供电以最大程度地保证船舶的航行安全。

如图3所示，为产生高质量的日用电源，所述左日用逆变器1032和右日用逆变器1033都采用脉冲错峰的PWM生成方式,将U/V/W的三相正弦波的载波分开，分别相差120°。使产生的三相PWM可以具有更好的谐波特性，产生更小的总谐波失真。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本实用新型；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.船舶纯电池冗余动力装置，包括纯电池冗余动力组件和控制***；其中，纯电池冗余动力组件包括岸电充电模块、冗余动力电站模块、电站控制模块和负载模块，

冗余动力电站模块包括第一锂电池组、第二锂电池组，

其特征在于：所述电站控制模块包括直流接触器CB1、直流接触器CB2、旁路开关CB3、母联开关CB4、两个二极管、左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器、左隔离变压器、右隔离变压器；

第一锂电池组和第二锂电池组分别通过第一导线连接到设置有母联开关CB4的直流母线上，直流母线上在母联开关两侧分别设有反向安装的二极管；

第一锂电池组与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB1，第二锂电池组与直流母线之间的第一导线上设置有直流接触器CB2，两根第一导线之间架设有设置旁路开关CB3的连接导线；

左侧直流母线连接有第二导线，熔断器、左推进逆变器与第一主推进电机通过第二导线依次相连接；左侧直流母线上在二极管和母联开关CB4之间连接有第三导线，第三导线上依次设有熔断器、左日用逆变器、左隔离变压器；

右侧直流母线连接有第四导线，熔断器、右推进逆变器与第二主推进电机通过第四导线依次相连接；右侧直流母线上在二极管和母联开关CB4之间连接有第五导线，第五导线上依次设有熔断器、右日用逆变器、右隔离变压器；

左隔离变压器和右隔离变压器分别通过导线与日用负载连接；

岸电充电模块包括船上充电桩，船上充电桩连接岸接电源后对第一锂电池组、第二锂电池组进行充电。

2.如权利要求1所述的船舶纯电池冗余动力装置，其特征在于：所述岸电充电模块还包括与日用负载连接的岸电插座箱，岸电插座箱用于船舶靠岸时，给船舶日用负载供电。

3.如权利要求1所述的船舶纯电池冗余动力装置，其特征在于所述的左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器都采用基于宽禁带半导体的变频功率模块。

4.如权利要求3所述的船舶纯电池冗余动力装置，其特征在于所述的变频功率模块采用25kHz的开关频率。

5.如权利要求1所述的船舶纯电池冗余动力装置，其特征在于所述控制***为远程监控***；远程监控***包括应用层、数据采集传输层和感知层；应用层包括上位机，用作Web服务器；数据采集传输层包括数据传输单元和数据采集器；感知层包括设置在所述左日用逆变器、右日用逆变器、左推进逆变器、右推进逆变器、左隔离变压器、右隔离变压器中的电压传感器、电流传感器和温度传感器以及设置在第一锂电池组和第二锂电池组中的电压传感器、温度传感器。