CN108321896A - 一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，包括集装箱体，所述集装箱体内设置有主控制器、动力锂电池储能系统、超级电容组、双向逆变器装置和温度控制系统；所述主控制器通过控制网络分别连接外部网络接口(船载控制器)、双向逆变器装置和温度控制系统；所述动力锂电池储能系统和超级电容组通过双电耦合器连接；所述双电耦合器通过直流母线分别与直流供电口、双向逆变器装置和温度控制系统连接；所述双向逆变器装置还通过交流母线分别与交流充电口和交流供电口相连。本发明能够被灵活配置其数量从而满足电动船长时间的航行运输距离的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电动船充电技术领域，特别是涉及一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统。
背景技术
在新能源电动船舶领域，双电船作为一种全新的能量组合形式，在电力推进系统中发挥了非常重要的作用与功效。
由于纯电动船采用了超级电容与动力锂电池相组合的方式，因此，其动力特性得到优化和提升，在所有燃油船领域，采用动力锂电池与超级电容进行组合，其功率特性能获得满意的效果，有效提高纯电动船的推进力、瞬间爆发力已经不存在任何问题。
但是，在大功率集装箱运输船的作业过程中，其特性除了功率特性外，还有一个续航能力的问题，为了获得长时间的航行运输距离，在电池的配置上，必须配置与巡航能力相匹配的电量，因此，系统存在着极大的困惑与瓶颈。
一旦整船配置一定数量的电池组，以满足长时间的续航能力，虽然在技术操作层面没有问题，但是，一旦完成配置，其实际多负担的重量将非常的重，而且，面对大容量电池组，其充电时间将非常的长，在实际应用中将会非常的难以适应，从管理、实用性程度是难以接受的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，能够满足电动船长时间的航行运输距离的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，包括集装箱体，所述集装箱体内设置有主控制器、动力锂电池储能系统、超级电容组、双向逆变器装置和温度控制系统；所述主控制器通过控制网络分别连接外部网络接口、双向逆变器装置和温度控制系统；所述动力锂电池储能系统和超级电容组通过双电耦合器连接；所述双电耦合器通过直流母线分别与直流供电口、双向逆变器装置和温度控制系统连接；所述双向逆变器装置还通过交流母线分别与交流充电口和交流供电口相连。其中，外部网络接口直接与船载控制器相连接。
所述动力锂电池储能系统还与BMS电池管理系统相连，所述BMS电池管理系统通过控制网络与主控制器相连。
所述主控制器还通过控制网络与消防保护系统相连，所述消防保护系统还与直流母线连接。
所述双向逆变器装置包括多个双向逆变器，所述主控制器控制多个双向逆变器进行单独工作或并联组合工作。
所述动力锂电池储能系统的电能的总量为：300KWh～3900KWh。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明与整船动力推进系统具有匹配的电特性，并且外形与所使用的集装箱外形完全相同，所配置的容量与航程的续航能力相匹配，具有快速替换增加续航能力的特点。充电宝系统的内部功能特征，满足船舶的设计特征需求，具有完善的控制和管理特性，一个充电宝装置，将会自动完成充电、控制和管理，并具有远程系统被管理监控的能力。
附图说明
图1是本发明的结构方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，如图1所示，包括集装箱体，所述集装箱体内设置有主控制器、动力锂电池储能系统、超级电容组、双向逆变器装置和温度控制系统；所述主控制器通过控制网络分别连接外部网络接口、双向逆变器装置和温度控制系统；所述动力锂电池储能系统和超级电容组通过双电耦合器连接；所述双电耦合器通过直流母线分别与直流供电口、双向逆变器装置和温度控制系统连接；所述双向逆变器装置还通过交流母线分别与交流充电口和交流供电口相连。所述动力锂电池储能系统还与BMS电池管理系统相连，所述BMS电池管理系统通过控制网络与主控制器相连。所述主控制器还通过控制网络与消防保护系统相连，所述消防保护系统还与直流母线连接。
其中，主控制器为充电宝系统的核心控制器，其核心工作为完成对电池系统的能量管理，实现网络系统的结构性管理，负责对下属所有功能模块的监督、控制管理，并实施与船载控制系统的通讯控制，通过对船载系统的监督控制实现优化的航行驱动控制，控制时让控制系统依照充电宝系统的能量曲线，指导航行控制，用以完成推进系统的控制优化。该主控制器同时作为整个充电宝系统内部的系统管理，如温度场控制管理、消防灭火管理等。
对外网络接口的作用有两个，分别为：在航行过程中，完成与船载推进系统的通讯链接，发送充电宝系统的状态信息，发送控制字指令；在充电过程中，配合电池管理系统，完成对双向逆变器装置的充电控制，电能量管理。
交流充电接口提供380VAC的充电插口，一旦电源被接入，即可实现对充电宝系统的自动充电，其工作功率为1.5MW-3MW充电时间为2.5h-3h。
交流供电口是当充电宝系统用于交流输出时，能够提供交流电输出，作为离网系统供给电能(或可作为并网功能能)，系统所提供的交流和直流电能可以同时供给，而不受功率的限定。
直流供电接口提供600V-1200V直流电源，直接提供整船的系统供电和对船载固定电池的充电，该电源能量与船载固有的电池系统构成整个集装箱船的驱动能源，值得一提的是，本充电宝系统的能源的状态信息通过通讯方式报告给船载控制系统，船载控制系统可控制组合成优化的动力推进系统组合。
在本充电宝系统中动力锂电池储能系统采用磷酸铁锂(或其它各种类电池)作为储能器件，通过串联、并联的形式，提供电能，其电能的总量为：300KWh～3900KWh，是根据不同的需求而做任意的组合配置。
超级电容组是为了提高系统的瞬间功率特性，同时延长电池的寿命，由于超级电容具有任意的组合特性，因此，可以根据不同的功率需求而进行组合。
双电藕合器是用于实现双电的组合，即动力锂电池储能系统和超级电容组两者的组合。
BMS电池管理系统通过主控制器，实现对电池容量的监控和管理，并提供船舶控制系统动力系统参数，主控制器可以根据BMS电池管理系统提供的数据得到充电宝系统的能量曲线，再根据船的航行状况，指导航行控制。因此，BMS电池管理系统有效地延长了电池的使用寿命。该装置具有电池单体的平衡功能，整串的平衡功能和各并联之路的平衡功能。
双向逆变器装置带有多个双向逆变器，各个逆变器都可进行独立的能量传递，为了获得大的功率也可以进行并联输出(或输入)，这一控制过程将受控于主控制器。双向逆变器的功能，是实现对各个电池组的能量进行传递，其重要的功能是，可以完成电网对电池组的充电，交流转变成直流能量；同时又能将直流能量转变成交流电，完成常规电网能量的传递。其电能可以是“孤岛”独立的电能，也可以实现并网功能。所配置的双向逆变器数量可以是根据充电、放电的瞬间功率需求而进行组合，在主控制器的调度下完成综合能量调配。
温度控制系统用于对整个充电宝系统内部结构的温度综合控制，在温度控制下，使电池运行在合适的温度场，以提高电池系统的使用寿命和功效。温度控制系统通过电源处理部分完成直流转换交流的逆变。
消防保护系统作为船载系统，本充电宝系统是应用于纯电动集装箱船舶，因此，根据相关要求，可以不带消防系统，在大多数的应用场合，必须带有七氟丙烷灭火系统，当然还可以选择携带其它种类的灭火系统装置。
对本系统的运行过程如下：
1)、充电宝系统进入航行运行
当充电宝系统充满电后，在集装箱船吊装的过程中，吊入本装置，插上直流插座，系统考试工作，首先系统将完成对船载固定电池的充电。
2)、充电宝系统吊离船舶
当充电宝系统处于用完状态或必要进入下一循环时，充电宝系统被吊离，此时，只需插入380VAC，电网的能量将直接对其进行充电，整个过程的时间长度取决于逆变器的功率等级。
3)、作为另外一个应用，本充电宝系统可以作为交流输出，在船舶中取代发电机的功能，完成向船舶提供交流电源。
值得一提的是，在满足航行里程300km情况下，集装箱船舶在靠岸的过程中，或中途进行作业吊装的过程中，更换或添置充电宝系统箱体，即可以增加后续的航行里程，被替换下来的充电宝系统箱体立即进入下一循环的充电，为后续航程做必要的准备。当航行里程需求在300-1000公里或以上时，只需多次更换充电宝系统箱体即能实现远距离的航行，由此可见，本发明能满足电动船长时间的航行运输距离的需求。
本发明的充电宝系统，对外具有操作简单，对内控制功能完善的特征。在使用中，卸载过程，只要拔出类似充电枪的插件，即可实现卸载；装载过程，只要像标准集装箱的吊装过程一样吊装，再插入插件(卸载的逆过程)，即可完成。
充电宝系统箱体运行(航行)过程中，由于在箱体内部具有专用的数字控制器构成的控制装置，因此，船舶在航行过程中，本发明的系统长期、连续与船舶电力推进系统的控制管理系统实现匹配优化的通讯、数据传输，因此，能做到航程的最大优化管理和控制。由于本系统与船载动力推进系统的信息交互，因此，具有航行电能优化的功能，整船在航行过程中，船载控制器可以与充电宝系统箱体内部的控制器信息进行互动的，具有航行优化的功能。
充电宝系统箱体的充电过程就非常的便携，被卸下的箱体，只要接入380VAC电源(插上插头)，即可自行完成充电，其快速充电接口，充满电的时间只需2.5小时，充满电的箱体被换上后，即能增加续航里程100Km-300Km。整个更换本发明装置的时间仅为2-5分钟(含起吊时间)。
Claims (5)
1.一种用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，包括集装箱体，其特征在于，所述集装箱体内设置有主控制器、动力锂电池储能系统、超级电容组、双向逆变器装置和温度控制系统；所述主控制器通过控制网络分别连接外部网络接口、双向逆变器装置和温度控制系统；所述动力锂电池储能系统和超级电容组通过双电耦合器连接；所述双电耦合器通过直流母线分别与直流供电口、双向逆变器装置和温度控制系统连接；所述双向逆变器装置还通过交流母线分别与交流充电口和交流供电口相连。
2.根据权利要求1所述的用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，其特征在于，所述动力锂电池储能系统还与BMS电池管理系统相连，所述BMS电池管理系统通过控制网络与主控制器相连。
3.根据权利要求1所述的用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，其特征在于，所述主控制器还通过控制网络与消防保护系统相连，所述消防保护系统还与直流母线连接。
4.根据权利要求1所述的用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，其特征在于，所述双向逆变器装置包括多个双向逆变器，所述主控制器控制多个双向逆变器进行单独工作或并联组合工作。
5.根据权利要求1所述的用于电动船的集装箱式可移动充电宝系统，其特征在于，所述动力锂电池储能系统的电能的总量为：300KWh～3900KWh。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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