CN109367434B - 一种移动式船用一体化离网储能供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动式船用一体化离网储能供电系统，包括储能电池模块、控制器模块以及与所述控制器模块电连接的BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块、人机接口模块；所述储能电池模块分别与BMS模块、PCS模块电连接；所述PCS模块还与计费模块电连接；本发明通过PCS模块控制储能电池模块的充放电过程；通过BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数，并对储能电池模块启动能量均衡控制，延长了储能电池模块的使用寿命；通过计费模块实现远程抄表计费，使本发明充电系统的运营更加方便快捷；通过人机接口模块实现人机交互，更直观的给用户展示储能电池模块的状态信息以及用户消费信息；通过消防模块保障了设备和人员的安全。

Description

一种移动式船用一体化离网储能供电系统

技术领域

本发明属于船舶供电技术领域，具体是一种移动式船用一体化离网储能供电系统。

背景技术

随着港口岸电建设进入实用化阶段，对作为港口岸电支撑节点的岸电设备逐步形成了一种新的模式，产生了很多港口岸电相关新技术、新设备，具体内容包括：

(1)低压变频电源用于输出50Hz/60Hz电能；低压变频电源使用两电平拓扑技术，包括输入开关柜、输入变压器、整流单元、斩波单元、逆变单元、输出变压器、输出开关柜、风冷系统等模块，可输出400V/50Hz和440/60Hz电能，为不同频率的船舶提供电能；

(2)低压船岸连接装置用于实现船岸快速连接；低压船岸连接装置集成接电、保护、测量、计量、通信、控制功能，遵循IEC80005低压接口标准，具有应急切断功能、等电位连接、机械与电气安全联锁等功能，实现船舶岸电快速连接；

(3)一体化岸电装置用于为内河小容量船舶提供电能；一体化岸电装置采用了计量、缴费一体化设计，通过刷卡的方式进行接电和缴费。并采用工业标准接头，保障了接电的安全性。

新技术、新设备的使用使港口岸电得到了较好的推广，但在在一些特殊河段存在地理环境复杂，水流变化无常，水位消落差大等问题；在船岸连接、船船连接、运行维护等方面遇到技术障碍，需要研究新办法，解决江心岸电建设难、运维难、接电难等问题，调动船主使用岸电积极性，提高岸电设备利用率。

申请号为201820291251.3的专利公开了一种向船舶供电系统双路供电的可充电式岸电系统，包括变电部、与岸上电力系统连接，用于从所述岸上电力系统接收电网电压，并对所述电网电压进行变压和/或变频，在所述变电部将变压和/或变频后的转换电压同时供给至所述船舶供电系统的可充电蓄电设备、以及所述船舶供电系统的供电母线。该专利的供电系统不仅能够向船舶用电系统供电，以在船舶停靠码头时供船舶用电设备所用，同时还能够对船舶供电系统自身的可充电蓄电设备进行充电，以备船舶航行时供船舶用电设备所用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种移动式船用一体化离网储能供电系统，本发明通过PCS模块控制储能电池模块的充放电过程；通过BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数，并对储能电池模块启动能量均衡控制，延长了储能电池模块的使用寿命；通过计费模块实现远程抄表计费，使本发明充电系统的运营更加方便快捷；通过人机接口模块实现人机交互，更直观的给用户展示储能电池模块的状态信息以及用户消费信息；通过消防模块保障了设备和人员的安全。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种移动式船用一体化离网储能供电系统，包括储能电池模块、控制器模块以及与所述控制器模块电连接的BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块、人机接口模块；所述储能电池模块分别与BMS模块、PCS模块电连接；所述PCS模块还与计费模块电连接；所述储能电池模块用于储存电能；所述BMS模块用于对储能电池模块进行有效地管理和控制；所述PCS模块用于将储能电池模块与电网/负载电连接，从而控制储能电池模块的充/放电过程；所述控制器模块用于数据处理和对各功能模块进行控制；所述计费模块用于计量计费；所述人机接口模块用于创建人机交互界面实现人机交互；所述定位模块用于对系统地理位置进行锁定；所述消防模块用于紧急处理消防事故；所述3G/4G模块用于实现供电系统与后台监控系统的无线通信。

本发明的供电系统具体是一个电源箱，所述储能电池模块、控制器模块、BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块和人机接口模块集成设在所述电源箱内，本发明的电源箱可以直接运输到待闸船舶上，为船舶提供电力；无需市电支撑，为江心抛锚船舶提供稳定、安全的离网电能，方便运输，便于设备维护。

具体地，所述储能电池模块为由若干电池模块串联形成的电池簇；所述电池模块由若干电池模组串联构成；所述电池模组由若干单体电芯串并联构成；所述单体电芯为磷酸铁锂电池。

具体地，所述BMS模块为电池管理模块，包括BMU子模块、BCMU子模块和BAMS子模块；所述BMU子模块负责所述储能电池模块内电芯级别的管理和控制；所述BCMU子模块负责电池簇级别的管理和控制；所述BAMS负责实时将所述储能电池模块的状态数据上传至后台监控系统；所述BMS模块可采集电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池健康状态及各类报警信息(电池电量过高/低、电压/流过高/低，温度过高等)。

进一步地，所述BMU子模块具有能量均衡控制功能，当所述BMU子模块监测到储能电池模块内所有单体电芯的均值与极值的差值高于设定的最大阈值100mV时，所述BMU子模块启动均衡程序；当所述差值低于设定的最小阈值10mV时，所述BMU子模块停止自动均衡程序。

具体地，所述PCS模块为双向变流器，当所述储能电池模块与电网连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为充电状态；当所述储能电池模块与负载连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为放电状态。

具体地，所述计费模块为三相电能表，用于远程自动抄表，并将抄表电能数据发送给控制器进行数据处理，转换为消费金额并通过所述人机交互界面展示给用户。

具体地，所述人机接口模块用于连接触控屏，所述触控屏即为人机交互界面，用于实时显示剩余电量、消费电量和消费金额，实时显示储能电池模块的运行状态和故障状态，并提供急停、启动、停止操作功能。

具体地，所述消防模块包括火焰传感器和自动灭火器，所述消防模块通过内部总线与控制器进行通信，当所述火焰传感器检测供电系统着火时，所述控制器控制自动灭火器执行灭火操作，并立即控制PCS模块停机；所述自动灭火器为干粉自动灭火器。

具体地，所述定位模块为GPS芯片。

本发明的各个功能模块之间通过内部总线通信实现信息共享。

与上述供电系统对应的，本发明还提供了一种移动式船用一体化离网储能供电方法，具体包括以下步骤：

S1，供电系统闲置时，通过岸电电网给供电系统充电；岸电电网输出三相380V交流电源经过供电系统的PCS模块转换为直流电源给储能电池模块充电；

S2，储能电池模块在充电过程中，BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数，当储能电池模块电量充满时，BMS模块将电量充满的状态信息反馈给后台监控系统；后台监控系统通过控制器下达控制指令控制PCS模块停机；

S3，当有船舶需要充电时，由运输船将所述供电系统运输至船舶上，将供电系统中计费模块的输出接口与船舶供电电源的充电接口连接；

S4，通过供电系统的人机交互界面启动供电程序，储能电池模块内的直流电源经过PCS模块逆变为三相380V交流电源后为船舶供电电源充电；储能电池模块在供电过程中，BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数；若储能电池模块电量不足时，BMS模块将电量不足的状态信息反馈给后台监控系统；后台监控系统通过控制器下达控制指令控制PCS模块停机；

S5，储能电池模块在供电过程中，计费模块实时远程抄表，获取剩余电量信息和消费电量信息，并将获取的信息发送至控制器进行数据处理得到消费金额，再通过人机交互界面实时显示消费金额；

S6，储能电池模块供电结束后，用户通过人机交互界面启动停止供电程序，并断开供电系统与船舶供电电源的连接；运输船通过追踪定位模块获取供电系统的位置信息，并将供电系统运回岸电电网进行充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的供电系统为移动式一体化的供电系统，通过将储能电池模块、控制器模块、BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块和人机接口模块集成设在所述电源箱内，不仅能够为靠泊江心的船舶提供稳定、安全的离网电能；还能通过BMS模块实现对电池状态的实时监测，BMS模块可采集电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池健康状态及各类报警信息，并传输给监控后台，监控后台分析处理后将命令下达给控制器模块，由控制器模块实现对储能电池模块的控制，从而有力的保证了一体化离网储能电源能够高效、稳定、持续无故障的运行；同时采用一体化的设备，使得运行人员的操作更为简单，提高了系统可靠性，且节省了维护工作量和维护成本，这对港口岸电的推广和实现设备精细化管理都具有非常重要的意义。

附图说明

图1为实施例一种移动式船用一体化离网储能供电系统的充放电过程示意框图；

图2为实施例一种移动式船用一体化离网储能供电系统各功能模块连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种移动式船用一体化离网储能供电系统，包括电源箱，所述电源箱内设有储能电池模块、控制器模块以及与所述控制器模块电连接的BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块、人机接口模块；所述储能电池模块分别与BMS模块、PCS模块电连接；所述PCS模块还与计费模块电连接。

如图1所示，本发明用于为船舶提供电源，电网产生的380V三相交流电能经过PCS模块整流成直流电，为储能电池模块充电，储能电池模块充满电后，断开电网，PCS模块将储存于储能电池模块的电能逆变后经过计费模块给船舶供电。在充放电的过程中，BMS模块可实时获取电池的工作状态，以保障提供稳定、安全的离网电能。

具体地，所述储能电池模块为由若干电池模块串联形成的电池簇；所述电池模块由若干电池模组串联构成；所述电池模组由若干单体电芯串并联构成；所述单体电芯为磷酸铁锂电池。

具体地，所述BMS模块为电池管理模块，包括BMU子模块、BCMU子模块和BAMS子模块；所述BMU子模块负责所述储能电池模块内电芯级别的管理和控制；所述BCMU子模块负责电池簇级别的管理和控制；所述BAMS负责实时将所述储能电池模块的状态数据上传至后台监控系统；所述BMS模块可采集电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池健康状态及各类报警信息(电池电量过高/低、电压/流过高/低，温度过高等)。

进一步地，所述BMU子模块具有能量均衡控制功能，当所述BMU子模块监测到储能电池模块内所有单体电芯的均值与极值的差值高于设定的最大阈值100mV时，所述BMU子模块启动均衡程序；当所述差值低于设定的最小阈值10mV时，所述BMU子模块停止自动均衡程序。

具体地，所述PCS模块为双向变流器，当所述储能电池模块与电网连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为充电状态；当所述储能电池模块与负载连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为放电状态。

具体地，所述计费模块为三相电能表，用于远程自动抄表，并将抄表电能数据发送给控制器进行数据处理，转换为消费金额并通过所述人机交互界面展示给用户。

具体地，所述人机接口模块用于连接触控屏，所述触控屏即为人机交互界面，用于实时显示剩余电量、消费电量和消费金额，实时显示储能电池模块的运行状态和故障状态，并提供急停、启动、停止操作功能。

具体地，所述消防模块包括火焰传感器和自动灭火器，所述消防模块通过内部总线与控制器进行通信，当所述火焰传感器检测供电系统着火时，所述控制器控制自动灭火器执行灭火操作，并立即控制PCS模块停机；所述自动灭火器为干粉自动灭火器。

具体地，所述定位模块为GPS芯片。

本实施例的各个功能模块之间通过内部总线通信实现信息共享。

本实施例一种移动式船用一体化离网储能供电系统的运行过程为：所述电源箱闲置时放置于岸边，岸电电网供电系统通过PCS模块给电池组充电，在充电过程中，BMS电源管理模块实时监测电池的电压、电流、温度、荷电状态、电池健康状态及各类报警信息(电池电量过高/低、电压/流过高/低，温度过高等)，若在充电过程中，发生任何故障，所述BMS电源管理模块将启动声光报警，并自动切断岸电电网与PCS模块的电连接；当电池组充电结束后，控制器模块自动切断岸电电网与PCS模块的电连接，并向后台监控系统发送电池充满的信息；当有船舶需要充电时，由运输船将所述电源箱运输至待充电船舶上，用户将计费模块上的放电接口与船舶的充电接口电连接，用户通过人机交互界面启动充电程序，电池组开始对船舶进行充电，同时BMS模块实时监测电池组的运行状态参数信息，并通过人机交互界面显示剩余电量、消费电量和消费金额；充电完成后，用户通过人机交互界面停止充电程序，再由运输船将电源箱运回岸边对电池组进行充电；所述电源箱内的GPS芯片可实时将地理位置信息发送到后台监控系统，防止设备丢失。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种移动式船用一体化离网储能供电系统，其特征在于，包括储能电池模块、控制器模块以及与所述控制器模块电连接的BMS模块、PCS模块、计费模块、定位模块、消防模块、3G/4G模块、人机接口模块；所述储能电池模块分别与BMS模块、PCS模块电连接；所述PCS模块还与计费模块电连接；所述储能电池模块用于储存电能；所述BMS模块用于对储能电池模块进行有效地管理和控制；所述PCS模块用于将储能电池模块与电网/负载电连接，从而控制储能电池模块的充/放电过程；所述控制器模块用于数据处理和对各功能模块进行控制；所述计费模块用于计量计费；所述人机接口模块用于创建人机交互界面实现人机交互；所述定位模块用于对系统地理位置进行锁定；所述消防模块用于紧急处理消防事故；所述3G/4G模块用于实现供电系统与后台监控系统的无线通信；

当有船舶需要充电时，由运输船将所述供电系统运输至船舶上；储能电池模块供电结束后，将供电系统运回岸电电网进行充电；

所述BMS模块为电池管理模块，包括BMU子模块、BCMU子模块和BAMS子模块；所述BMU子模块负责所述储能电池模块内电芯级别的管理和控制；所述BCMU子模块负责电池簇级别的管理和控制；所述BAMS负责实时将所述储能电池模块的状态数据上传至后台监控系统；

所述BMU子模块具有能量均衡控制功能，当所述BMU子模块监测到储能电池模块内所有单体电芯的均值与极值的差值高于设定的最大阈值100mV时，所述BMU子模块启动均衡程序；当所述差值低于设定的最小阈值10mV时，所述BMU子模块停止自动均衡程序；

所述计费模块为三相电能表，用于远程自动抄表，并将抄表电能数据发送给控制器进行数据处理，转换为消费金额并通过所述人机交互界面展示给用户；

所述PCS模块为双向变流器，当所述储能电池模块与电网连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为充电状态；当所述储能电池模块与负载连接时，所述PCS模块控制储能电池模块切换为放电状态。

2.根据权利要求1所述的一种移动式船用一体化离网储能供电系统，其特征在于，所述储能电池模块为由若干电池模块串联形成的电池簇；所述电池模块由若干电池模组串联构成；所述电池模组由若干单体电芯串并联构成；所述单体电芯为磷酸铁锂电池。

3.根据权利要求1所述的一种移动式船用一体化离网储能供电系统，其特征在于，所述人机接口模块用于连接触控屏，所述触控屏即为人机交互界面，用于实时显示剩余电量、消费电量和消费金额，实时显示储能电池模块的运行状态和故障状态，并提供急停、启动、停止操作功能。

4.根据权利要求1所述的一种移动式船用一体化离网储能供电系统，其特征在于，所述消防模块包括火焰传感器和自动灭火器，所述消防模块通过内部总线与控制器进行通信，当所述火焰传感器检测供电系统着火时，所述控制器控制自动灭火器执行灭火操作，并立即控制PCS模块停机。

5.根据权利要求1所述的一种移动式船用一体化离网储能供电系统，其特征在于，所述定位模块为GPS芯片。

6.一种移动式船用一体化离网储能供电方法，所述供电方法基于权利要求1至5中任一项所述的供电系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，供电系统闲置时，通过岸电电网给供电系统充电；岸电电网输出三相380V交流电源经过供电系统的PCS模块转换为直流电源给储能电池模块充电；

S2，储能电池模块在充电过程中，BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数，当储能电池模块电量充满时，BMS模块将电量充满的状态信息反馈给后台监控系统；后台监控系统通过控制器下达控制指令控制PCS模块停机；

S3，当有船舶需要充电时，由运输船将所述供电系统运输至船舶上，将供电系统中计费模块的输出接口与船舶供电电源的充电接口连接；

S4，通过供电系统的人机交互界面启动供电程序，储能电池模块内的直流电源经过PCS模块逆变为三相380V交流电源后为船舶供电电源充电；储能电池模块在供电过程中，BMS模块实时监测储能电池模块的状态参数；若储能电池模块电量不足时，BMS模块将电量不足的状态信息反馈给后台监控系统；后台监控系统通过控制器下达控制指令控制PCS模块停机；

S5，储能电池模块在供电过程中，计费模块实时远程抄表，获取剩余电量信息和消费电量信息，并将获取的信息发送至控制器进行数据处理得到消费金额，再通过人机交互界面实时显示消费金额；

S6，储能电池模块供电结束后，用户通过人机交互界面启动停止供电程序，并断开供电系统与船舶供电电源的连接；运输船通过追踪定位模块获取供电系统的位置信息，并将供电系统运回岸电电网进行充电。

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