CN110481748A - 一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，涉及船舶技术领域，该系统包括：标准化电池储能系统和船舶配电系统，标准化电池储能系统包括采用标准的货运集装箱尺寸的集装箱箱体及其内部的电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜，各个电池柜并联接入汇流柜中，汇流柜汇流后输出到变流柜中，标准化电池储能系统通过变流柜连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，给船舶推进系统和船舶用电系统供电；标准化电池储能系统以标准货运集装箱为载体，节约了船舱布置的空间，可对其进行岸基充电或直接更换；内部设备可实现互相通讯，确保内部设备和环境的安全，在满足船舶动力充足的同时实现船舶“零排放”的目标。

Description

一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统。
背景技术
长江经济带是我国人口、资源和经济分布最为集中的区域，是世界上位居首位的内河经济产业带，对我国经济具有重要影响。当前，在长江内河航道航行的柴油机动力船舶造成了诸多大气污染、水域污染和噪声污染，对长江经济带生态环境造成了恶劣影响。因此，研发内河绿色环保船舶，发展内河船舶节能减排技术成为长江经济带可持续发展的重要保障。电池动力船舶舍弃了传统船舶污染大和噪声大的柴油机和发电机组，选用电池作为船舶动力源，在满足船舶功率需求的同时，具有能耗低、排放少、噪音小的特点，成为近年来内河船舶发展的重要方向。随着内河货运集装箱化趋势越来越明显，内河集装箱船将成为内河航运的主力船型。为响应内河集装箱船节能减排和内河航运绿色可持续发展的要求，开发一种应用于内河集装箱船的标准化电池储能系统将具有广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，本发明的技术方案如下：
一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，包括标准化电池储能系统和船舶配电系统，标准化电池储能系统包括集装箱箱体、设置在集装箱箱体上的集装箱门，以及设置在集装箱箱体内部的电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜；船舶配电系统包括直流母排和连接直流母排的船舶推进系统和船舶用电系统；集装箱箱体采用标准的货运集装箱尺寸，电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体的长度方向设置在集装箱箱体的内部，集装箱箱体内部还形成有沿着集装箱箱体的长度方向的用于人员走动的安全通道，集装箱箱体内部还形成有连通电池柜和制冷系统的出风口的通风通道；每个电池柜中包含若干并联的电池组，每个电池组包括若干个串联和/或并联的电池单元；汇流柜包括直流汇流器，变流柜包括储能双向变流器；各个电池柜并联接入汇流柜中的直流汇流器，汇流柜汇流后输出到变流柜中的储能双向变流器，标准化电池储能系统通过变流柜中的储能双向变流器连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，给船舶推进系统和船舶用电系统供电；中控柜连接集装箱箱体内部的各个用电设备进行供电和信息收集，消防柜中包括灭火系统，中控柜连接并控制消防柜中的灭火系统。
其进一步的技术方案为，每个电池柜中还集成有电池管理系统，电池管理系统包括连接各个电池组的电池组管理系统和/或连接各个电池单元的电池单元管理系统；汇流柜中还包括监控模组和电传感器，电传感器连接监控模组，电传感器包括电压传感器和/或电流传感器；变流柜中还包括主控模组；汇流柜中的监控模组分别连接各个电池柜中的电池管理系统，变流柜中的主控模组分别连接各个电池柜中的电池管理系统，电池管理系统还与船舶控制室进行数据传输。
其进一步的技术方案为，消防柜中还包括预警系统，预警系统包括环境监测传感器和声光报警器，环境监测传感器设置在集装箱箱体内部，环境监测传感器包括烟雾传感器和/或温度传感器，预警系统连接并控制灭火系统，预警系统还与船舶控制室进行数据传输。
其进一步的技术方案为，集装箱箱体的顶部还设置摄像头，摄像头与船舶控制室进行数据传输。
其进一步的技术方案为，集装箱箱体的顶部还设置通风机。
其进一步的技术方案为，制冷系统采用工业空调，布置于电池柜之间，制冷系统的出风口正对于通风通道。
其进一步的技术方案为，船舶配电系统中包括一个船舶推进系统，则电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体的长度方向设置在集装箱箱体的内部的一侧，各个设备与所在侧的集装箱箱体的内壁之间形成通风通道、与相对的另一侧的集装箱箱体的内壁之间形成安全通道，制冷系统的出风口朝向所在侧的集装箱箱体的内壁并连通通风通道。
其进一步的技术方案为，船舶配电系统中包括两个船舶推进系统，则电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体的长度方向均匀设置在集装箱箱体内部的两侧，集装箱箱体内部的每一侧分别沿着集装箱箱体的长度方向设置有制冷系统、汇流柜、变流柜以及若干个电池柜，且两侧的若干个电池柜对称设置，中控柜和消防柜分别设置在集装箱箱体内部的两侧，每一侧的各个设备与所在侧的集装箱箱体的内壁之间分别形成通风通道，每一侧的制冷系统的出风口分别朝向所在侧的集装箱箱体的内壁并连通通风通道，两侧的设备之间形成安全通道；每一侧的各个电池柜并联接入所在侧的汇流柜中的直流汇流器，汇流柜汇流后输出到所在侧的变流柜中的储能双向变流器，两侧的变流柜中的储能双向变流器分别连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，标准化电池储能系统分别通过两侧的变流柜中的储能双向变流器给两个船舶推进系统供电。
本发明的有益技术效果是：
采用标准化电池储能系统作为动力源的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统与采用柴油机作为动力源的同类船舶相比，标准化电池储能系统以标准的20英尺1CC型货运集装箱为载体，节约了船舱布置的空间，便于船体总布置设计时与相同尺寸的载货集装箱统筹考虑，同时可在内河港口码头快速吊运标准化电池储能系统，在装卸货物过程中对其进行岸基充电或直接换装电量充足的标准化电池储能系统；集装箱箱体内部设备的放置位置可配合船舶的推进方式选择单侧布置或双侧布置；集装箱箱体的内部设备可实现互相通讯，还设置有消防柜，确保集装箱箱体的内部设备和环境的安全，便于船舶控制室的操作员进行监控和操作；在满足船舶动力充足的同时可完全消除船舶燃油、废气排放污染，电力能源是静止设备，也没有噪声污染，可真正实现船舶“零排放”的目标，达到绿色环保的效果，该标准化电池储能系统实现了与内河集装箱船型及集装箱运输模式的完美契合。
附图说明
图1是本申请的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统的电路原理图。
图2是本申请的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统的标准化电池储能系统结构的俯视图。
图3是本申请的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统的标准化电池储能系统结构的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
请参考图1-3，如图1所示，基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统包括标准化电池储能系统和船舶配电系统，船舶配电系统包括直流母排和连接直流母排的船舶推进系统和船舶用电系统，标准化电池储能系统连接船舶配电系统的直流母排，实际应用时，直流母排先连接逆变器，逆变器将直流电能转换为交流电能，根据船舶推进系统和船舶用电系统的用电需求，一部分交流电能通过变频电机给船舶推进系统提供动力，另一部分交流电能通过隔离变压器给船舶用电系统供电，用于船舶其他设备的日常负荷。且船舶停靠岸边时，可对标准化电池储能系统进行岸基充电。如图2所示，标准化电池储能系统包括集装箱箱体1、设置在集装箱箱体上的集装箱门，以及设置在集装箱箱体内部的电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜。集装箱箱体1采用标准的20英尺1CC型货运集装箱的尺寸，节约了船舱布置的空间，便于船体总布置设计时与相同尺寸的载货集装箱统筹考虑，同时可在内河港口码头快速吊运标准化电池储能系统，在装卸货物过程中对其进行岸基充电或直接换装电量充足的标准化电池储能系统；集装箱门包括安全出口2和双开门3，船上人员可以从安全出口2撤离集装箱箱体1，或者从双开门3撤离至船舶控制室以便检查船舶配电系统的情况。电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体1的长度方向设置在集装箱箱体1的内部，集装箱箱体内部还形成有沿着集装箱箱体1的长度方向的用于人员走动的安全通道，集装箱箱体1的内部还形成有连通电池柜和制冷系统的出风口的通风通道4。
根据适配的船舶的不同，各个设备在集装箱箱体1的内部有不同的布置方式：
(1)当船舶配电系统中只有一个船舶推进系统时，则电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体的长度方向设置在集装箱箱体 1的内部的一侧，各个设备与所在侧的集装箱箱体1的内壁之间形成通风通道4、与相对的另一侧的集装箱箱体1的内壁之间形成安全通道，制冷系统的出风口朝向所在侧的集装箱箱体1的内壁并连通通风通道4。
(2)当船舶配电系统中有两个船舶推进系统时，则电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜沿着集装箱箱体1的长度方向均匀设置在集装箱箱体1的内部两侧，集装箱箱体1内部的每一侧分别沿着集装箱箱体1的长度方向设置有制冷系统、汇流柜、变流柜以及若干个电池柜，且两侧的若干个电池柜对称设置，中控柜和消防柜分别设置在集装箱箱体1的内部两侧。
比如如图2所示，根据标准的20英尺1CC型货运集装箱的尺寸(长×宽×高：6058mm×2438mm×2591mm)，集装箱箱体1的内部的一侧按照电路传输路径依次布置有六个电池柜、一个汇流柜和一个变流柜，变流柜靠近船舶配电系统设置，将制冷系统设置在六个电池柜中间即设置在第三个电池柜和第四个电池柜之间，集装箱箱体1内部的另一侧的设备也按照如此结构对称布置，中控柜设置在集装箱箱体1内部的一侧的汇流柜和变流柜之间，消防柜设置在集装箱箱体内部的另一侧的汇流柜和变流柜之间，两侧的设备重量均匀平衡。每一侧的各个设备与所在侧的集装箱箱体1的内壁之间分别形成通风通道4，每一侧的制冷系统的出风口分别朝向所在侧的集装箱箱体1的内壁并连通通风通道 4，两侧的设备之间形成安全通道。本申请中为了区分功能，将两侧的变流柜用隔板与其他设备隔离开，隔板与集装箱箱体顶部留有空隙，并在隔板上设置了单开门5。
无论采用哪一种布置方式，本申请中的标准化电池储能系统的电路结构均为：每个电池柜中包含若干并联的电池组，每个电池组包括若干个串联和/或并联的电池单元，每个电池单元通过串联和/或并联的方式来获得内河船舶期望的电池容量，电池单元和电池组在满足船舶动力充足的同时可完全消除船舶燃油、废气排放污染，且电力能源是静止设备，也没有噪声污染，可真正实现船舶“零排放”的目标，达到绿色环保的效果。汇流柜包括直流汇流器，用于将各电池柜并联汇流，输出至变流柜。变流柜包括储能双向变流器，采用充放电一体化设计，用于控制电池柜的充电和放电过程，实现交流系统和直流系统的能量双向转换。各个电池柜并联接入汇流柜中的直流汇流器，汇流柜汇流后输出到变流柜中的储能双向变流器，标准化电池储能系统通过变流柜中的储能双向变流器连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，给船舶推进系统和船舶用电系统供电。
在双侧布置的情况下，两侧的设备可以形成两个独立的供电链路分别为两个船舶推进系统供电，也即：每一侧的各个电池柜并联接入所在侧的汇流柜中的直流汇流器，汇流柜汇流后输出到所在侧的变流柜中的储能双向变流器，两侧的变流柜中的储能双向变流器分别连接船舶配电系统的直流母排进行电力输出，标准化电池储能系统分别通过两侧的变流柜中的储能双向变流器给两个船舶推进系统供电，两侧的变流柜中的储能双向变流器同时给船舶用电系统供电。
每个电池柜中还集成有电池管理系统，电池管理系统包括连接各个电池组的电池组管理系统和/或连接各个电池单元的电池单元管理系统，电池管理系统用于对电池组和电池单元进行信息采集、监控、管理和保护，能够准确估测电池的电荷状态，动态监测电池的工作状态，对电池组和电池单元进行热管理和均衡管理，保持电池的均衡充放电，具有监测保护、能量均衡及延长电池寿命的作用。汇流柜中还包括监控模组和电传感器，电传感器连接监控模组，电传感器包括电压传感器和/或电流传感器，电压传感器和/或电流传感器可对电池组和电池单元输出的电压和/或电流进行测量，将测量信息传输给监控模组。汇流柜中的监控模组分别连接各个电池柜中的电池管理系统，使监控模组与电池管理系统形成信息互通，确保电池柜的正常运行。变流柜中还包括主控模组，变流柜中的主控模组分别连接各个电池柜中的电池管理系统，使主控模组与电池管理系统形成信息互通，获取电池状态信息，主控模组控制双向储能变流器以实现对电池组和电池单元的保护性充放电，确保电池柜的正常运行。上述监控模组和主控模组均可由具有处理功能的市售模组实现。
在本申请的标准化电池储能系统中，中控柜连接集装箱箱体1内部的各个用电设备进行供电，同时其内置的不间断电源UPS为电池单元和电池组以及电池组管理系统提供不间断电源，当船舶出现停电事故时，在短期内还可以继续给电池柜蓄电，使船舶配电系统正常运行，中控柜还可以实时收集标准化电池储能系统内部用电设备的耗电、温度、湿度等信息，中控柜连接并控制消防柜中的灭火系统，中控柜通过收集集装箱箱体的内部信息进行分析，当出现火情时，中控柜可控制消防柜中的灭火系统对集装箱箱体内部进行灭火。制冷系统采用制冷效果佳的工业空调，用于给电池柜散热，将其布置于电池柜之间可以有效的对各个电池柜散热，制冷系统的出风口位于其背部，正对于通风通道，这样制冷系统工作时冷空气沿着通风通道经过电池柜表面，提高散热效率。
消防柜中还包括预警系统，预警系统包括环境监测传感器和声光报警器，环境监测传感器设置在集装箱箱体内部，环境监测传感器包括烟雾传感器和/ 或温度传感器，预警系统连接并控制灭火系统，预警系统通过实时收集标准化电池储能系统内部的环境信息，可进行基于烟感、温感及声光的报警发出警报信息，将警报信息传输至灭火系统，一旦发生火情则会自动启动灭火系统，保证了标准化电池储能系统的安全。
集装箱箱体的顶部还设置有摄像头6和通风机，各个摄像头6的拍摄范围覆盖集装箱箱体内部所需监测的各个角度，从而可以实时监控装箱箱体内部的环境和运行状况，比如在图3所示的结构中，本申请布置有两个摄像头6，一个设置在第一个电池柜的左上方，可以实时监控单开门左侧所有设备和环境的情况，另一个设置在变流柜的右上方，可以监控单开门右侧的变流柜和环境的情况。通风机选用小型的低能耗通风机，主要用于标准化电池储能系统内部的通风排尘，由于隔板与集装箱箱体顶部留有空隙，因此也保证了变流柜的通风排尘，同时可提高制冷系统对电池柜的冷却效果，比如在图3所示的结构中，本申请布置有三个通风机，均匀分布在两个摄像头6的中间。
电池管理系统、预警系统以及摄像头6还与船舶控制室进行数据传输，便于工作人员在船舶控制室实时掌控、操作标准化电池储能系统的全部设备和环境情况。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述基于标准化电池储能系统的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统包括标准化电池储能系统和船舶配电系统，所述标准化电池储能系统包括集装箱箱体、设置在所述集装箱箱体上的集装箱门，以及设置在所述集装箱箱体内部的电池柜、制冷系统、汇流柜、变流柜、中控柜及消防柜；所述船舶配电系统包括直流母排和连接所述直流母排的船舶推进系统和船舶用电系统；所述集装箱箱体采用标准的货运集装箱尺寸，所述电池柜、所述制冷系统、所述汇流柜、所述变流柜、所述中控柜及所述消防柜沿着所述集装箱箱体的长度方向设置在所述集装箱箱体的内部，所述集装箱箱体内部还形成有沿着所述集装箱箱体的长度方向的用于人员走动的安全通道，所述集装箱箱体内部还形成有连通所述电池柜和所述制冷系统的出风口的通风通道；每个所述电池柜中包含若干并联的电池组，每个所述电池组包括若干个串联和/或并联的电池单元；所述汇流柜包括直流汇流器，所述变流柜包括储能双向变流器；各个所述电池柜并联接入所述汇流柜中的直流汇流器，所述汇流柜汇流后输出到所述变流柜中的储能双向变流器，所述标准化电池储能系统通过所述变流柜中的储能双向变流器连接所述船舶配电系统的直流母排进行电力输出，给所述船舶推进系统和船舶用电系统供电；所述中控柜连接所述集装箱箱体内部的各个用电设备进行供电和信息收集，所述消防柜中包括灭火系统，所述中控柜连接并控制所述消防柜中的灭火系统。
2.根据权利要求1所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，每个所述电池柜中还集成有电池管理系统，所述电池管理系统包括连接各个电池组的电池组管理系统和/或连接各个电池单元的电池单元管理系统；所述汇流柜中还包括监控模组和电传感器，所述电传感器连接所述监控模组，所述电传感器包括电压传感器和/或电流传感器；所述变流柜中还包括主控模组；所述汇流柜中的监控模组分别连接各个所述电池柜中的电池管理系统，所述变流柜中的主控模组分别连接各个所述电池柜中的电池管理系统，所述电池管理系统还与船舶控制室进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述消防柜中还包括预警系统，所述预警系统包括环境监测传感器和声光报警器，所述环境监测传感器设置在所述集装箱箱体内部，所述环境监测传感器包括烟雾传感器和/或温度传感器，所述预警系统连接并控制所述灭火系统，所述预警系统还与船舶控制室进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述集装箱箱体的顶部还设置摄像头，所述摄像头与船舶控制室进行数据传输。
5.根据权利要求1所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述集装箱箱体的顶部还设置通风机。
6.根据权利要求1所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述制冷系统采用工业空调，布置于所述电池柜之间，所述制冷系统的出风口正对于所述通风通道。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述船舶配电系统中包括一个船舶推进系统，则所述电池柜、所述制冷系统、所述汇流柜、所述变流柜、所述中控柜及所述消防柜沿着所述集装箱箱体的长度方向设置在所述集装箱箱体的内部的一侧，各个设备与所在侧的所述集装箱箱体的内壁之间形成所述通风通道、与相对的另一侧的所述集装箱箱体的内壁之间形成所述安全通道，所述制冷系统的出风口朝向所在侧的所述集装箱箱体的内壁并连通所述通风通道。
8.根据权利要求1-6任一所述的基于标准化电池储能系统的内河集装箱船用系统，其特征在于，所述船舶配电系统中包括两个所述船舶推进系统，则所述电池柜、所述制冷系统、所述汇流柜、所述变流柜、所述中控柜及所述消防柜沿着所述集装箱箱体的长度方向均匀设置在所述集装箱箱体内部的两侧，所述集装箱箱体内部的每一侧分别沿着所述集装箱箱体的长度方向设置有所述制冷系统、所述汇流柜、所述变流柜以及若干个所述电池柜，且两侧的若干个所述电池柜对称设置，所述中控柜和所述消防柜分别设置在所述集装箱箱体内部的两侧，每一侧的各个设备与所在侧的所述集装箱箱体的内壁之间分别形成所述通风通道，每一侧的所述制冷系统的出风口分别朝向所在侧的所述集装箱箱体的内壁并连通所述通风通道，两侧的设备之间形成所述安全通道；每一侧的各个电池柜并联接入所在侧的所述汇流柜中的直流汇流器，所述汇流柜汇流后输出到所在侧的所述变流柜中的储能双向变流器，两侧的所述变流柜中的储能双向变流器分别连接所述船舶配电系统的直流母排进行电力输出，所述标准化电池储能系统分别通过两侧的所述变流柜中的储能双向变流器给两个所述船舶推进系统供电。
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