CN116054318A - 一种深海大功率供电系统 - Google Patents

一种深海大功率供电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116054318A
CN116054318A CN202211548174.2A CN202211548174A CN116054318A CN 116054318 A CN116054318 A CN 116054318A CN 202211548174 A CN202211548174 A CN 202211548174A CN 116054318 A CN116054318 A CN 116054318A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
unit
power
charging
battery pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211548174.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116054318B (zh
Inventor
耿智
郭永刚
王肃静
石璞
曲赫
袁一钦
张飞
张元凯
常永国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Acoustics CAS
Original Assignee
Institute of Acoustics CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Acoustics CAS filed Critical Institute of Acoustics CAS
Priority to CN202211548174.2A priority Critical patent/CN116054318B/zh
Publication of CN116054318A publication Critical patent/CN116054318A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116054318B publication Critical patent/CN116054318B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036—Charger exchanging data with battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及海底观测网技术领域，具体涉及一种深海大功率供电系统。本发明的深海大功率供电系统包括：中压转换电源和水下储能电源；其中，所述中压转换电源，与供电海缆连接，用于将供电海缆传输的高压直流电转化为中压直流电，进而为水下小功率负载供电，并给水下储能电源充电；所述水下储能电源，用于为水下大功率负载供电，用于实现大功率负载与中压转换电源之间的电气隔离，还用于在中压转换电源断电时进行水下不间断供电。本发明可实现大功率高可靠的水下供电系统，提高水下供电系统的稳定性和功率输出能力，减小了供电系统输电损耗，同时能够保证主干网断电期间为观测设备持续供电。

Description

一种深海大功率供电系统
技术领域
本发明涉及海底观测网技术领域，具体涉及一种深海大功率供电系统。
背景技术
海洋科学研究正经历由海面短暂观测到海底内部长期连续观测的变化。海底观测网是一种利用海底远程通信技术的新型海洋观测方式，通过海缆、中继器、分支器、主节点、接驳节点等设备向上连接岸基供电、通信设备，向下连接各种海底观测设备，通过对海底观测设备的连续高功率供电、高精度时间同步和观测数据的实时在线获取，实现了对海洋的长期、连续、实时立体观测，这将从根本上改变人类对海洋的认识。
随着海底观测网规模的扩大和供电功率需求的增大，对水下功率变换器的耐压，体积，散热等提出了更大的挑战，要求整个水下供电系统具有极高的可靠性。其中，大功率负载产生的功率波动将对系统的动态性能产生明显的影响，尤其是常见的脉冲式大功率负载，瞬时功率大，甚至超过中压转换电源的最大供电能力，因此容易导致供电系统电压电流发散振荡，进而导致整个供电网络崩溃，严重影响系统的稳定性。长距离海底观测网必须抑制水下变换器大功率负载变化对水下供电网络的波动影响。
远程大规模观测网中搭载的大功率负载，不仅提高了对中压转换电源的功率等级和可靠性要求，也增加了供电海缆上的损耗，同时也提高了岸基供电输出功率的需求，为观测网设备的研制增加了难度，对海底供电设备可靠性提出了挑战。
另外，长距离水下观测网维护困难，对于需要长期保持连续观测的观测设备来说，在断缆停电和维护停电时，如何继续保持观测系统工作，对水下供电系统提出了要求。
综上，目前已有的供电系统方案不能适应海底观测网逐渐增长的功率需求，其存在不足之处如下：
1.随着海底观测网规模的扩大，水下供电电压与供电功率进一步提高，受到功率器件、舱体体积和密闭散热的限制，导致水下供电设备设计难度和复杂程度陡然增大，由于海底设备维护困难，必须满足观测设备对长时间连续观测的需求，因此深海供电系统的可靠性面临重大挑战。
2.海底观测网的岸基供电端与水下供电节点端之间的输电线路较长，损耗较大，现有供电网络很难满足数十千瓦级负载的瞬时功率需求。另外由于长距离海缆分布参数存在无功损耗，负载功率的大范围波动容易导致无功损耗增加，供电系统有功功率不稳定，进而导致整个供电网络崩溃，因此深海供电系统的稳定性面临重大挑战。
发明内容
本发明的目的在于针对现有深水高压大功率电源存在的上述技术缺陷，本发明提出一种基于海底观测网的深海大功率供电系统。将中压转换电源和水下储能电源进行有效整合，通过电能弹性工作方式，起到功率主动支撑作用，可实现大功率高可靠的水下供电系统，提高水下供电系统的稳定性和功率输出能力，减小了供电系统输电损耗，同时能够保证主干网断电期间为观测设备持续供电。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。
本发明提出了一种深海大功率供电系统，所述供电系统包括：中压转换电源和水下储能电源；其中，
所述中压转换电源，与供电海缆连接，用于将供电海缆传输的高压直流电转化为中压直流电，进而为水下小功率负载供电，并给水下储能电源充电；
所述水下储能电源，用于为水下大功率负载供电，用于实现大功率负载与中压转换电源之间的电气隔离，还用于在中压转换电源断电时进行水下不间断供电。
作为上述技术方案的改进之一，所述中压转换电源，采用恒压输出、恒功率工作模式，并通过隔离型功率变换拓扑结构将供电海缆传输的高压直流电转化为中压直流电。
作为上述技术方案的改进之一，所述水下储能电源包括：间歇式供电水下储能电源和连续式供电水下储能电源；其中，
所述间歇式供电水下储能电源，包括第一供电模块，用于间歇式为水下大功率负载供电；
所述第一供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述连续式供电水下储能电源，包括：第二供电模块和第三供电模块，用于连续式为水下大功率负载供电；
所述第二供电模块的充、放电过程分别独立进行，所述第三供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第二供电模块和所述第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一供电模块，包括：第一电池组单元、第一电池组管理单元和第一充放电单元；
所述第二供电模块，包括：第二电池组单元、第二电池组管理单元和第二充放电单元；
所述第三供电模块，包括：第三电池组单元、第三电池组管理单元和第三充放电单元；其中，
所述第一电池组单元、第二电池组单元和第三电池组单元均采用高压电池组；所述电池组包括多个串联的模组；所述模组内包括多节电芯；
所述第一电池组管理单元、第二电池组管理单元和第三电池组管理单元，均包括多个分布式电池组管理子单元和BMS主板；其中，每个电池组管理子单元独立控制一个模组，并将对应模组的状态信息汇总到BMS主板；所述BMS主板，用于根据汇总的各个模组的状态信息对电池组进行总体控制；
所述第一充放电单元、第二充放电单元和第三充放电单元，均包括电池组充电DC/DC转换器、电池组放电DC/DC转换器和管理系统辅助电源；其中，电池组充电DC/DC转换器的输出功率为小功率，电池组放电DC/DC转换器的输出功率为高压大功率；
所述电池组放电DC/DC转换器的输出功率根据负载功率需求设计，当负载支持高压宽范围输入时，所述第一充放电单元、第二充放电单元或第三充放电单元只配置电池组充电DC/DC转换器，负载直接连接高压电池组的输出；
所述第一充放电单元、第二充放电单元和第三充放电单元的充、放电过程在某时刻均只进行其中一个，且充、放电过程采用互锁设计。
作为上述技术方案的改进之一，所述电池组管理子单元，用于实时监测模组状态信息，并根据状态生成报警信息，并根据报警信息控制充放电继电器，及时隔离故障；还用于控制电池组的设定阈值；模组状态信息包括：模组内每节电芯的电压、电量、温度和充放电循环次数；报警信息包括：过压、欠压和过温压差过大；电池组的设定阈值包括：放电深度和充放电功率。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一供电模块还包括第一充放电继电器组；所述第一充放电继电器组，设置第一充放电单元的端口，包括：继电器KA11、KA12和KA13，用于控制第一供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述控制第一供电模块的充、放电过程分别独立进行，具体包括：
第一电池组单元充电时，闭合继电器KA12和KA13，通过电池组充电DC/DC转换器为电池组充电；此时，继电器KA11被互锁，无法放电；
第一电池组单元充电结束后，打开继电器KA12和KA13，进入待机状态；
第一电池组单元放电时闭合继电器KA11和KA13，通过电池组放电DC/DC转换器为大功率负载供电，此时继电器KA12被互锁，无法充电；
所述为间歇性负载供电，具体包括：
接入间歇性负载前水下储能电源充电到满电状态，继电器KA11、KA12和KA13均处于关闭状态；
接入间歇性负载后，关闭充电继电器KA12，打开继电器KA11,KA13为负载供电，间歇性负载工作,此时KA12被互锁，无法充电；
当间歇性负载工作完成后或电池组容量达到放电下限后，电池组关闭放电继电器KA11，打开充电继电器KA12，连接充电DC/DC为第一电池组单元充电，此时KA11被互锁，无法放电；
充电完成后，关闭继电器KA12和KA13；根据间歇性负载需求打开放电继电器KA11和KA13为负载供电，当工作完成后或电池组容量达到放电下限后，重复上述步骤，实现为间歇性负载供电。
作为上述技术方案的改进之一，所述第二供电模块还包括第二充放电继电器组，用于控制第二供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第三供电模块还包括第三充放电继电器组，用于控制第三供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第二供电模块和第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电；
所述第二充放电继电器组，包括：继电器KA21和KA22；
所述第三充放电继电器组，包括：继电器KA23和KA24；
所述控制第二供电模块的充、放电过程分别独立进行，第三供电模块的充、放电过程分别独立进行以及第二供电模块和第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电，具体包括：
第二电池组单元充电时，打开继电器KA21，此时继电器KA22处于互锁状态，第二电池组单元停止放电；第三电池组单元的继电器KA23处于互锁状态，第三电池组单元停止充电，继电器KA24打开，第三电池组单元处于放电状态；
第二电池组单元充电完成后关闭继电器KA21，进入待机状态，等待第三电池组单元达到容量下限时，打开KA22，此时KA21和KA23被互锁，第二电池组单元和第三电池组单元同时放电，保证水下储能电源输出不中断；
第二电池组单元和第三电池组单元短时同时放电后，关闭KA24，第二电池组单元单独放电，然后打开KA23，第三电池组单元充电，此时第二电池组单元的继电器KA21被互锁，KA22打开，第二电池组单元处于放电状态；第三电池组单元的继电器KA24被互锁，处于充电状态，充电完成后，关闭继电器KA23，第三电池组单元进入待机状态；
按照上述步骤连续运行；
所述为连续性负载供电，具体包括：
接入大功率负载前水下大功率储能电源完成充电，处于满电状态，继电器KA21、KA22、KA23和KA24均处于关闭状态；
接入连续工作的负载后，水下大功率储能电源设定第二电池组单元先工作，保持第二电池组单元充电继电器KA21处于断开状态，闭合第二电池组单元的放电继电器KA22为负载供电；
当第二电池组单元的剩余容量达到放电下限后，第三电池组单元闭合放电继电器KA24，保持短时第二电池组单元和第三电池组单元并联供电，供电稳定后，第二电池组单元断开放电继电器KA22，由第三电池组单元完全接管供电任务；
打开第二电池组单元的充电继电器KA21，水下中压转换电源开始为第二电池组单元充电，此时，KA22和KA23均互锁处于断开状态，第二电池组单元充电完成后进入待机状态，第三电池组单元的容量达到放电下限后，重复上述步骤，由第三电池组单元再次切换为第二电池组单元工作，实现为连续性负载供电。
作为上述技术方案的改进之一，所述连续式供电水下储能电源，还包括交叉控制继电器组；
所述交叉控制继电器组，用于在其中一个供电模块的电池组单元或电池组管理单元发生故障时，控制另一个供电模块仍然继续正常工作，水下储能电源进行间歇式供电；还用于在其中一个供电模块的充放电单元或充放电继电器组发生故障时，控制水下储能电源进行连续式供电；
所述交叉控制继电器组包括：继电器KA31、KA32、KA33和KA34；所述继电器KA31、KA32、KA33和KA34，在无故障时保持断开状态；其中，
继电器KA31一端连接第二充放电单元的充电DC/DC转换器的输出，另一端连接KA23的输出；
继电器KA32一端连接第三充放电单元的充电DC/DC转换器的输出，另一端连接KA21的输出；
继电器KA33的一端连接第二电池组单元的输出，另一端连接KA24的输出；
继电器KA34的一端连接第三电池组单元的输出，另一端连接KA23的输出；
所述在其中一个供电模块的电池组单元或电池组管理单元发生故障时，控制另一个供电模块仍然继续正常工作，水下储能电源进行间歇式供电；当充放电单元或充放电继电器组发生故障时，控制水下储能电源进行连续式供电，具体包括：
当第二充放电单元的充电DC/DC转换器或充电继电器KA21开路故障，且第二电池组单元需要充电时，闭合KA32，断开KA23；
当第三充放电单元的充电DC/DC转换器或充电继电器KA23开路故障，且第三电池组单元需要充电时，闭合KA31，断开KA21；
当放电继电器KA22或第二充放电单元的放电DC/DC转换器开路故障，且第二电池组单元需要放电时，闭合KA33，断开KA24；
当放电继电器KA24或第三充放电单元的放电DC/DC转换器开路故障，且第三电池组单元需要放电时，闭合KA34，断开KA22。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块，均还包括：监控与通信单元和存储单元；其中，
所述监控与通信单元，用于监控储能单元的状态信息与报警信息，以及大功率负载的状态信息与采集数据，并通过CAN总线或串口总线传输到主干节点；所述主干节点为深海观测设备与海缆的连接点，包含中压转换电源；
所述存储单元，用于在供电海缆断电期间，将负载采集的数据和水下储能电源内部数据保存在存储单元。
作为上述技术方案的改进之一，当大功率负载的位置距离中压转换电源的位置较远，需要水下储能电源与大功率负载就近放置，通过延长缆与中压转换电源相连时，所述供电系统还包括升压模块；所述升压模块设置在延长缆上，用于弥补供电海缆上的压降；所述升压模块的输入端连接中压转换电源的输出端，升压模块的输出端连接水下储能电源的输入端。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)一种深海大功率供电系统通过中压转换电源与水下储能电源的合理搭配，降低了中压转换电源的输出功率和设计难度，降低了主干网岸基供电的最高电压，提高了深海供电网络的可靠性；
(2)一种深海大功率供电系统通过中压转换电源将高压电转换为中压电，为小功率负载恒压供电和水下储能电源充电，水下储能电源二次蓄能为大功率负载供电，提升了深海供电系统功率等级，对高功率输出起到了弹性主动支撑的作用，通过配置相应功率等级的水下储能电源，可满足各种负载的大功率需求；
(3)一种深海大功率供电系统通过水下储能电源形成了大功率负载与中压转换电源之间的电气隔离，实现了瞬时大功率动态需求和中压转换电源响应之间解耦，通过电气隔离抑制了大功率负载工作对中压转换电源和主干功率传输网络的冲击，有利于维持整个供电系统的稳定性；
(4)一种深海大功率供电系统可以在主干网断电或维修停电的情况下，通过水下储能电源可维持关键设备和需要连续观测设备的持续供电，起到水下不间断电源的作用，并且可以通过水下储能电源存储断电时观测采集数据，等待恢复通信系统供电，信息恢复传递。
附图说明
图1为一种深海大功率混合供电网络总体框图；
图2为间歇式供电水下储能电源示意图；
图3为连续式供电水下储能电源示意图；
图4为高可靠冗余备份的水下储能电源示意图；
图5为远距离大功率负载供电拓扑图。
具体实施方式
本发明的一种深海大功率混合供电系统主要包括水下中压转换电源，水下储能电源和负载观测设备，其中负载观测设备按照功率划分可以分为小功率观测设备和大功率观测设备。
其中，水下中压转换电源为小功率观测设备供电、同时为水下储能电源充电。每个中压转换电源可连接多个小功率观测设备或多个水下储能电源，各个负载之间是并联关系。水下中压转换电源输出采用恒压供电，恒功率工作模式，通过隔离型功率变换拓扑结构将高压直流电转化为中压直流电。其中，水下储能电源输主要为大功率负载供电。为了适应深海大功率传感器的不同功率需求，水下储能电源共包含两种类型，分别为间歇式供电和连续式供电。
间歇式供电水下储能电源，针对负载类型为间歇性工作的大功率(脉冲型)负载。由于大功率脉冲功率可能瞬时超过中压转换电源自身输出功率，必须通过水下储能电源吸收大功率负载突变带来的功率冲击，将中压转换电源和大功率负载之间完全隔离，保证主干恒流供电稳定。该类型的水下储能电源包括一套电池组单元，一套电池组管理单元(Battery Management System简称BMS)，一套监控与通信单元，一套存储单元，一套充放电单元和一套充放电继电器组成。
在这里采用高压电池组作为储能单元，电池组包含多个圆盘形模组，形状与承压桶仿形，模组由多节电芯串并联组成，最终电池组由模组串联组成，形成高压输出，有利于提高效率。通过一组分布式电池组管理单元(BMS)来实现电池组管理，每个模组有一块BMS从板独立控制，并将状态信息汇总到BMS主板，进行总体控制，扩展容量和电压只需要增加BMS从板，提高了电池包控制的可靠性和扩展性。BMS能够实时监测电池的电压，电量，温度，循环次数和状态信息，生成过压，欠压，过温压差过大等报警信息，并能够控制电池的放电深度，充放电功率等阈值，根据报警信息断开电池包的输入与输出继电器及时隔离故障。BMS通过CAN总线或串口总线进行对外通信。
其中，充放电单元包括电池组充电DC/DC,电池组放电DC/DC和管理系统辅助电源，其中，电池组充电DC-DC的输出为小功率，放电DC-DC输出为高压大功率，输出功率可以根据负载功率需求来设计，如果负载支持高压宽范围输入，可以不配置放电DC-DC，直接连接高压电池组的输出。充放电控制策略上，为了减小大功率负载对主干节点高压供电的影响，需要将大功率负载与中压转换电源完全隔离，因此充放电过程不同时进行，充放电过程采用互锁设计，实现大功率供电与主干高压供电解耦。主干节点为深海观测设备与海缆的连接点，包含中压转换电源；深海观测设备包括深海观测小功率负载和深海观测大功率负载。
其中，充电与放电端口均设置了三路高压继电器KA11、KA12、KA13来实现充放电互锁控制。电池组充电时闭合继电器KA12,KA13，通过充电DC-DC为电池组充电此时KA11被互锁，无法放电，充电结束后打开继电器KA12,KA13，进入待机状态，输出时闭合继电器KA11,KA13，通过放电DC-DC为大功率负载充电，此时KA12被互锁，无法充电。
其中，监控与通信单元主要负责监控储能单元的状态与报警信息，并监控大功率负载的状态信息与采集数据，负载采集数据在监控与通信单元汇总后通过以太网或串口通信发送给主干节点，最终传输到岸基站数据中心。其中在主干节点断电期间，通信中断，监控与通信单元可以将负载采集的数据和水下储能电源内部数据保存在存储单元，直到恢复通信。
连续式供电水下储能电源针对的负载类型是连续工作的大功率观测负载和对可靠性要求较高的负载，此时第一种设计方法中的单套电池组由于充放电不同时进行，无法实现连续工作的供电，因此本方法在第一种方法的基础上，采用两组电池组作为储能单元交替工作，实现连续供电，内部组成包括2套电池组、2套BMS、2个充电功率单元、2个放电功率单元和2套充放电继电器，一套监控与通信单元和一套存储单元。
其中两个电池组均采用高压电池组作为储能单元，电池组包含多个圆盘形模组，形状与承压桶仿形，模组由多节电芯串并联组成，最终电池组由模组串联组成，形成高压输出。通过两组分布式电池组管理单元(BMS)来实现电池组管理。每个模组有一块BMS从板独立控制，并将状态信息汇总到BMS主板，进行总体控制，提高了电池包控制的可靠性和扩展性。BMS能够实时监测电池的电压，电量，温度，循环次数和状态信息，生成过压，欠压，过温压差过大等报警信息，并能够控制电池的放电深度，充放电功率等阈值，根据报警信息断开电池包的输入与输出继电器及时隔离故障。BMS通过CAN总线或串口总线进行对外通信。另外，两组BMS之间通过CAN总线或串口总线进行互相通信，确保两块电池组按照顺序交替充放电，对外输出不中断，保证两个电池组相互配合作为一个整体工作。
其中，每个电池组都搭配一套充放电单元，每一套充放电单元包括电池组充电DC/DC,电池组放电DC/DC和管理系统辅助电源，其中，电池组充电DC-DC的输出为小功率，放电DC-DC输出为高压大功率，输出功率可以根据负载功率需求来设计，如果负载支持高压宽范围输入，可以不配置放电DC-DC，直接连接高压电池组的输出。充放电控制策略上，为了减小大功率负载对主干节点高压供电的影响，需要将大功率负载与中压转换电源完全隔离，因此单个电池组的充放电过程不同时进行，充放电过程采用互锁设计，实现大功率供电与主干高压供电解耦。
其中，2套充放电继电器由KA21,KA22,KA23,KA24四个继电器组成，来实现充放电控制，单个电池模组的充电继电器和放电继电器处于互锁状态，两个电池组的充电继电器也处于互锁状态，实现了一个电池组放电，另一个电池组充电的循环工作模式。其中，电池组1充电时打开继电器KA21，为电池组1充电，此时KA22处于互锁状态，电池组1停止放电，电池组2的继电器KA23处于互锁状态，停止充电，继电器KA24可以打开，即电池组2处于放电状态，电池组1充电完成后关闭继电器KA21，进入待机状态，等待电池组2达到容量下限时，打开KA22，此时KA21和KA23被互锁，电池组1和电池组2同时放电，保证水下储能电源输出不中断，电池组1和电池组2同时放电数秒钟后，关闭电池组2的放电继电器KA24，电池组1单独放电，然后打开KA23，为电池组2充电，此时电池组1的继电器KA21被互锁，KA22打开处于放电状态，电池组2的继电器KA24被互锁，处于充电状态，充电完成后，关闭继电器KA23电池组2进入待机状态，并按照上述时序连续运行。
面向可靠性要求较高的负载，在第二种设计方法的基础上增加交叉控制继电器，就可以起到电池模组、BMS、充电功率单元、放电功率单元和充放电继电器互为冗余备份的效果，当其中一套电池组或BMS发生故障时，另一套电池组仍然可以继续正常工作，工作在间歇式供电模式，当充电功率单元、放电功率单元或充放电继电器发生故障时，可以通过控制交叉控制继电器KA31,KA32,KA33,KA34，保证系统继续工作在连续供电模式，不存在单点故障，大大提高了系统的可靠性。
其中交叉控制继电器KA31,KA32,KA33,KA34，在无故障时保持断开状态，继电器KA31一端连接充电DC/DC1的输出，另一端连接KA23的输出，同理，KA32一端连接充电DC/DC2的输出，另一端连接KA21的输出，当充电DC/DC1或充电继电器KA21开路故障时，可以控制KA32接管电池组1的充电，当充电DC/DC2或充电继电器KA23开路故障时，可以控制KA31接管电池组2的充电。继电器KA33的一端连接电池组1输出，另一端连接KA24的输出，同理，继电器KA34的一端连接电池组2输出，另一端连接KA23的输出。在放电继电器KA22或放电模块1开路故障时，可以通过KA33接管电池组1的放电；在放电继电器KA24或放电模块2开路故障时，可以通过KA34接管电池组2的放电；
由于水下储能电源需要放置于耐压舱内，舱体体积有限且无法排气，不同于陆地上的储能装置，储能单元不能选用易产生气体的铅酸电池，而是采用锂离子电池作为储能材料，锂电池组采用模块化设计，可以根据不同的需求，通过串并联方式配置任意的电池容量和输出电压，通过分布式BMS控制具有良好的扩展性，电池容量最高可达数百千瓦时，输出电压根据负载需求可以串联达到千伏等级。其中，锂电池组的瞬时输出能力不小于自身容量的1倍，最大峰值输出功率可达数百千瓦。由于大功率负载与中压转换电源已完全隔离，水下储能电源容量和充电功率可以按照平均功率的需求设计，而无需考虑负载峰值，从而降低深海供电设计难度和开发成本。
其中，如果大功率负载的位置距离中压转换电源的位置较远，需要水下储能电源与大功率负载就近放置，通过延长缆与中压转换电源相连，由于延长缆会损耗一部分能量，造成电压降低，因此在延长缆的输出端需要连接小功率升压模块，来弥补延长缆上的压降，升压模块的输出端连接水下储能电源的输入，水下储能电源的输出端连接大功率负载。
以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。
实施例
本发明实施例的一种深海大功率混合供电系统主要包括水下中压转换电源，水下储能电源和负载观测设备，其中负载观测设备按照功率划分可以分为小功率观测设备和大功率观测设备。如图1所示。
其中，水下中压转换电源为小功率观测设备供电、同时为水下储能电源充电。每个中压转换电源可连接多个小功率观测设备或多个水下储能电源，各个负载之间是并联关系。水下中压转换电源输出采用恒压供电，恒功率工作模式，通过隔离型功率变换拓扑结构将高压(几千伏-十几千伏高压)直流电转化为中压直流电(375V±10VDC)。其中，水下储能电源输主要为大功率负载供电。为了适应深海大功率传感器的不同功率需求，水下储能电源共包含两种类型，分别为间歇式供电和连续式供电。
小功率负载一般指最大峰值功率远小于中压转换电源供电功率的负载，大多数功率范围在1kW以下。大功率负载范围一般是峰值功率远超中压转换电源供电功率的负载，大多数功率范围在几千瓦到几十千瓦。
间歇式供电水下储能电源，针对负载类型为间歇性工作的大功率(脉冲型)负载。由于大功率脉冲功率可能瞬时超过中压转换电源自身输出功率，必须通过水下储能电源吸收大功率负载突变带来的功率冲击，将中压转换电源和大功率负载之间完全隔离，保证主干恒流供电稳定。该类型的水下储能电源包括一套电池组单元，一套电池组管理单元(BMS)，一套监控与通信单元，一套存储单元，一套充放电单元和一套充放电继电器组成。如图2所示。
在这里采用≥500V的高压电池组作为储能单元，电池组包含多个圆盘形模组，形状与承压桶仿形，模组由多节电芯串并联组成，最终电池组由模组串联组成，形成高压输出，有利于提高效率。通过一组分布式电池组管理单元(BMS)来实现电池组管理，每个模组有一块BMS从板独立控制，并将状态信息汇总到BMS主板，进行总体控制。BMS能够实时监测电池的电压，电量，温度，循环次数和状态信息，生成过压，欠压，过温压差过大等报警信息，并能够控制电池的放电深度，充放电功率等阈值。BMS通过CAN总线或串口总线进行对外通信。
其中，充放电单元包括电池组充电DC/DC,电池组放电DC/DC和管理系统辅助电源，其中，电池组充电DC-DC的输出为小功率，功率限制在1kW以下，放电DC-DC输出为高压大功率，功率范围根据负载需求决定，一般为几千瓦到几十千瓦，输出功率可以根据负载功率需求来设计，如果负载支持高压宽范围输入，可以不配置放电DC-DC，直接连接高压电池组的输出。充放电控制策略上，为了减小大功率负载对主干节点高压供电的影响，需要将大功率负载与中压转换电源完全隔离，因此充放电过程不同时进行，充放电过程采用互锁设计，实现大功率供电与主干高压供电解耦。
其中，充电与放电端口均设置了三路高压继电器KA11、KA12、KA13来实现充放电互锁控制。第一种设计方法工作流程如下：接入大功率负载前水下储能电源充电到满电状态，所有继电器KA11、KA12、KA13处于关闭状态。接入大功率负载后，水下大功率储能电源保持关闭充电继电器KA12，打开继电器KA11,KA13为负载供电，大功率负载开始工作,此时KA12被互锁，无法充电。当间歇性负载工作完成后或电池组容量达到放电下限后，电池组关闭放电继电器KA11，打开充电继电器KA12，连接充电DC/DC为电池组充电，此时KA11被互锁，无法放电。充电完成后，关闭继电器KA12和KA13，可根据负载需求打开放电继电器KA11和KA13为负载供电，当工作完成后或电池组容量达到放电下限后，重复上述步骤。另外，在中压转换电源断电或维修的情况下，水下储能电源输出可为负载持续供电直到系统恢复供电，起到了不间断电源的作用，保证负载的连续运行。
其中，监控与通信单元主要负责监控储能单元的状态与报警信息，并监控大功率负载的状态信息与采集数据，负载采集数据在监控与通信单元汇总后通过以太网或串口通信发送给主干节点，最终传输到岸基站数据中心。其中在主干节点断电期间，通信中断，监控与通信单元可以将负载采集的数据和水下储能电源内部数据保存在存储单元，直到恢复通信。
连续式供电水下储能电源针对的负载类型是连续工作的大功率观测负载和对可靠性要求较高的负载，此时第一种设计方法中的单套电池组由于充放电不同时进行，无法实现连续工作的供电，因此本方法在第一种方法的基础上，采用两组电池组作为储能单元交替工作，实现连续供电，内部组成包括2套电池组、2套BMS、2个充电功率单元、2个放电功率单元和2套充放电继电器，一套监控与通信单元和一套存储单元。如图3所示。
其中两个电池组均采用高压电池组作为储能单元，电池组包含多个圆盘形模组，形状与承压桶仿形，模组由多节电芯串并联组成，最终电池组由模组串联组成，形成高压输出。通过两组分布式电池组管理单元(BMS)来实现电池组管理。每个模组有一块BMS从板独立控制，并将状态信息汇总到BMS主板，进行总体控制。BMS能够实时监测电池的电压，电量，温度，循环次数和状态信息，生成过压，欠压，过温压差过大等报警信息，并能够控制电池的放电深度，充放电功率等阈值。BMS通过CAN总线或串口总线进行对外通信。另外，两组BMS之间通过CAN总线或串口总线进行互相通信，确保两块电池组按照顺序交替充放电，对外输出不中断，保证两个电池组相互配合作为一个整体工作。
其中，每个电池组都搭配一套充放电单元，每一套充放电单元包括电池组充电DC/DC,电池组放电DC/DC和管理系统辅助电源，其中，电池组充电DC-DC的输出为小功率，放电DC-DC输出为高压大功率，输出功率可以根据负载功率需求来设计，如果负载支持高压宽范围输入，可以不配置放电DC-DC，直接连接高压电池组的输出。充放电控制策略上，为了减小大功率负载对主干节点高压供电的影响，需要将大功率负载与中压转换电源完全隔离，因此单个电池组的充放电过程不同时进行，充放电过程采用互锁设计，实现大功率供电与主干高压供电解耦。
其中，2套充放电继电器由KA21,KA22,KA23,KA24四个继电器组成，来实现充放电控制，单个电池模组的充电继电器和放电继电器处于互锁状态，两个电池组的充电继电器也处于互锁状态，实现了一个电池组放电，另一个电池组充电的循环工作模式。第二种设计方法工作流程如下：接入大功率负载前水下大功率储能电源完成充电，处于满电状态，所有继电器KA21,KA22,KA23,KA24处于关闭状态。接入连续工作的大功率负载后，水下大功率储能电源设定1号电池组先工作，保持1号电池组充电继电器KA21处于断开状态，闭合1号电池组的放电继电器KA22为负载供电，当1号电池组的剩余容量达到放电下限后，2号电池组闭合放电继电器KA24，保持短时两个电池组并联供电，几秒钟后供电稳定，1号电池组断开放电继电器KA22，由2号电池组完全接管供电任务，然后打开1号电池组的充电继电器KA21，水下中压转换电源开始为1号电池组充电，此时，KA22和KA23均因为互锁处于断开状态，1号电池组充电完成后进入待机状态，2号电池组的容量达到放电下限后，重复上述步骤，由2号电池组再次切换为1号电池组工作，实现了为大功率连续负载的稳定供电。同样，在中压转换电源断电或维修的情况下，水下储能电源输出可为负载持续供电直到系统恢复供电，起到了不间断电源的作用，保证负载的连续运行。
面向可靠性要求较高的负载，为了提高水下储能电源自身故障的应对能力和系统可靠性，在第二种设计方法的基础上增加交叉控制继电器，就可以起到2套电池模组、2套BMS、2个充电功率单元、2个放电功率单元和2套充放电继电器互为备份的效果，当其中一套电池组或BMS发生故障时，另一套电池组仍然可以继续正常工作，工作在间歇式供电模式，当充电功率单元、放电功率单元或充放电继电器发生故障时，可以通过控制交叉控制继电器KA31,KA32,KA33,KA34，保证系统继续工作在连续供电模式，大大提高了系统的可靠性。如图4所示。
继电器KA31一端连接充电DC/DC1的输出，另一端连接KA23的输出，同理，KA32一端连接充电DC/DC2的输出，另一端连接KA21的输出。继电器KA33的一端连接电池组1输出，另一端连接KA24的输出，同理，继电器KA34的一端连接电池组2输出，另一端连接KA23的输出。
其中交叉控制继电器KA31,KA32,KA33,KA34工作流程如下：在无故障时均保持断开状态，当充电DC/DC-1或充电继电器KA21开路故障时，可以控制继电器在电池组1需要充电时，闭合KA32，断开KA23,接管电池组1的充电，当充电DC/DC-2或充电继电器KA23开路故障时，可以控制继电器在电池组2需要充电时，闭合KA31断开KA21接管电池组2的充电。在放电继电器KA22或放电模块1开路故障时，可以控制继电器在电池组1需要放电时，闭合KA33断开KA24接管电池组1的放电；在放电继电器KA24或放电模块2开路故障时，可以控制继电器在电池组2需要放电时，闭合KA34断开KA22接管电池组2的放电；
由于水下储能电源需要放置于耐压舱内，舱体体积有限且无法排气，不同于陆地上的储能装置，储能单元不能选用易产生气体的铅酸电池，而是采用锂离子电池作为储能材料，锂电池组采用模块化设计，可以根据不同的需求，通过串并联方式配置任意的电池容量和输出电压，电池容量最高可达数百千瓦时，输出电压根据负载需求可以串联达到千伏等级。其中，锂电池组的瞬时输出能力不小于自身容量的1倍，最大峰值输出功率可达数百千瓦。由于大功率负载与中压转换电源已完全隔离，水下储能电源容量和充电功率可以按照平均功率的需求设计，而无需考虑负载峰值，从而降低深海供电设计难度和开发成本。
其中，如果大功率负载的位置距离中压转换电源的位置较远，需要水下储能电源与大功率负载就近放置，通过延长缆与中压转换电源相连，由于延长缆会损耗一部分能量，因此在延长缆的输出端需要连接小功率升压模块，来弥补延长缆上的压降，升压模块的输出端连接水下储能电源的输入，水下储能电源的输出端连接大功率负载。如图5所示。
从上述对本发明的具体描述可以看出，本发明提出一种基于海底观测网的深海大功率供电装置。该深海大功率供电系统由中压转换电源，水下储能电源和负载设备组成，中压转换电源将高压转换为中压电，为小功率负载供电和水下储能电源充电，水下储能电源为大功率负载稳定供电，针对不同负载类型，水下储能电源共包含两种组成方式，满足连续或间歇式供电需求。该深海大功率供电系统有助于提高海底观测网水下供电系统的功率输出能力和供电稳定性，同时能够保证观测网维护期间持续为观测设备供电。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种深海大功率供电系统，其特征在于，所述供电系统包括：中压转换电源和水下储能电源；其中，
所述中压转换电源，与供电海缆连接，用于将供电海缆传输的高压直流电转化为中压直流电，进而为水下小功率负载供电，并给水下储能电源充电；
所述水下储能电源，用于为水下大功率负载供电，用于实现大功率负载与中压转换电源之间的电气隔离，还用于在中压转换电源断电时进行水下不间断供电。
2.根据权利要求1所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述中压转换电源，采用恒压输出、恒功率工作模式，并通过隔离型功率变换拓扑结构将供电海缆传输的高压直流电转化为中压直流电。
3.根据权利要求1所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述水下储能电源包括：间歇式供电水下储能电源和连续式供电水下储能电源；其中，
所述间歇式供电水下储能电源，包括第一供电模块，用于间歇式为水下大功率负载供电；
所述第一供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述连续式供电水下储能电源，包括：第二供电模块和第三供电模块，用于连续式为水下大功率负载供电；
所述第二供电模块的充、放电过程分别独立进行，所述第三供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第二供电模块和所述第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电。
4.根据权利要求3所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述第一供电模块，包括：第一电池组单元、第一电池组管理单元和第一充放电单元；
所述第二供电模块，包括：第二电池组单元、第二电池组管理单元和第二充放电单元；
所述第三供电模块，包括：第三电池组单元、第三电池组管理单元和第三充放电单元；其中，
所述第一电池组单元、第二电池组单元和第三电池组单元均采用高压电池组；所述电池组包括多个串联的模组；所述模组内包括多节电芯；
所述第一电池组管理单元、第二电池组管理单元和第三电池组管理单元，均包括多个分布式电池组管理子单元和BMS主板；其中，每个电池组管理子单元独立控制一个模组，并将对应模组的状态信息汇总到BMS主板；所述BMS主板，用于根据汇总的各个模组的状态信息对电池组进行总体控制；
所述第一充放电单元、第二充放电单元和第三充放电单元，均包括电池组充电DC/DC转换器、电池组放电DC/DC转换器和管理系统辅助电源；其中，电池组充电DC/DC转换器的输出功率为小功率，电池组放电DC/DC转换器的输出功率为高压大功率；
所述电池组放电DC/DC转换器的输出功率根据负载功率需求设计，当负载支持高压宽范围输入时，所述第一充放电单元、第二充放电单元或第三充放电单元只配置电池组充电DC/DC转换器，负载直接连接高压电池组的输出；
所述第一充放电单元、第二充放电单元和第三充放电单元的充、放电过程在某时刻均只进行其中一个，且充、放电过程采用互锁设计。
5.根据权利要求4所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述电池组管理子单元，用于实时监测模组状态信息，并根据状态生成报警信息，并根据报警信息控制充放电继电器，及时隔离故障；还用于控制电池组的设定阈值；模组状态信息包括：模组内每节电芯的电压、电量、温度和充放电循环次数；报警信息包括：过压、欠压和过温压差过大；电池组的设定阈值包括：放电深度和充放电功率。
6.根据权利要求4所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述第一供电模块还包括第一充放电继电器组；所述第一充放电继电器组，设置第一充放电单元的端口，包括：继电器KA11、KA12和KA13，用于控制第一供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述控制第一供电模块的充、放电过程分别独立进行，具体包括：
第一电池组单元充电时，闭合继电器KA12和KA13，通过电池组充电DC/DC转换器为电池组充电；此时，继电器KA11被互锁，无法放电；
第一电池组单元充电结束后，打开继电器KA12和KA13，进入待机状态；
第一电池组单元放电时闭合继电器KA11和KA13，通过电池组放电DC/DC转换器为大功率负载供电，此时继电器KA12被互锁，无法充电；
所述为间歇性负载供电，具体包括：
接入间歇性负载前水下储能电源充电到满电状态，继电器KA11、KA12和KA13均处于关闭状态；
接入间歇性负载后，关闭充电继电器KA12，打开继电器KA11,KA13为负载供电，间歇性负载工作,此时KA12被互锁，无法充电；
当间歇性负载工作完成后或电池组容量达到放电下限后，电池组关闭放电继电器KA11，打开充电继电器KA12，连接充电DC/DC为第一电池组单元充电，此时KA11被互锁，无法放电；
充电完成后，关闭继电器KA12和KA13；根据间歇性负载需求打开放电继电器KA11和KA13为负载供电，当工作完成后或电池组容量达到放电下限后，重复上述步骤，实现为间歇性负载供电。
7.根据权利要求4所述的深海大功率供电系统，其特征在于，
所述第二供电模块还包括第二充放电继电器组，用于控制第二供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第三供电模块还包括第三充放电继电器组，用于控制第三供电模块的充、放电过程分别独立进行；
所述第二供电模块和第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电；
所述第二充放电继电器组，包括：继电器KA21和KA22；
所述第三充放电继电器组，包括：继电器KA23和KA24；
所述控制第二供电模块的充、放电过程分别独立进行，第三供电模块的充、放电过程分别独立进行以及第二供电模块和第三供电模块按照设定顺序交替进行充放电，具体包括：
第二电池组单元充电时，打开继电器KA21，此时继电器KA22处于互锁状态，第二电池组单元停止放电；第三电池组单元的继电器KA23处于互锁状态，第三电池组单元停止充电，继电器KA24打开，第三电池组单元处于放电状态；
第二电池组单元充电完成后关闭继电器KA21，进入待机状态，等待第三电池组单元达到容量下限时，打开KA22，此时KA21和KA23被互锁，第二电池组单元和第三电池组单元同时放电，保证水下储能电源输出不中断；
第二电池组单元和第三电池组单元短时同时放电后，关闭KA24，第二电池组单元单独放电，然后打开KA23，第三电池组单元充电，此时第二电池组单元的继电器KA21被互锁，KA22打开，第二电池组单元处于放电状态；第三电池组单元的继电器KA24被互锁，处于充电状态，充电完成后，关闭继电器KA23，第三电池组单元进入待机状态；
按照上述步骤连续运行；
所述为连续性负载供电，具体包括：
接入大功率负载前水下大功率储能电源完成充电，处于满电状态，继电器KA21、KA22、KA23和KA24均处于关闭状态；
接入连续工作的负载后，水下大功率储能电源设定第二电池组单元先工作，保持第二电池组单元充电继电器KA21处于断开状态，闭合第二电池组单元的放电继电器KA22为负载供电；
当第二电池组单元的剩余容量达到放电下限后，第三电池组单元闭合放电继电器KA24，保持短时第二电池组单元和第三电池组单元并联供电，供电稳定后，第二电池组单元断开放电继电器KA22，由第三电池组单元完全接管供电任务；
打开第二电池组单元的充电继电器KA21，水下中压转换电源开始为第二电池组单元充电，此时，KA22和KA23均互锁处于断开状态，第二电池组单元充电完成后进入待机状态，第三电池组单元的容量达到放电下限后，重复上述步骤，由第三电池组单元再次切换为第二电池组单元工作，实现为连续性负载供电。
8.根据权利要求7所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述连续式供电水下储能电源，还包括交叉控制继电器组；
所述交叉控制继电器组，用于在其中一个供电模块的电池组单元或电池组管理单元发生故障时，控制另一个供电模块仍然继续正常工作，水下储能电源进行间歇式供电；还用于在其中一个供电模块的充放电单元或充放电继电器组发生故障时，控制水下储能电源进行连续式供电；
所述交叉控制继电器组包括：继电器KA31、KA32、KA33和KA34；所述继电器KA31、KA32、KA33和KA34，在无故障时保持断开状态；其中，
继电器KA31一端连接第二充放电单元的充电DC/DC转换器的输出，另一端连接KA23的输出；
继电器KA32一端连接第三充放电单元的充电DC/DC转换器的输出，另一端连接KA21的输出；
继电器KA33的一端连接第二电池组单元的输出，另一端连接KA24的输出；
继电器KA34的一端连接第三电池组单元的输出，另一端连接KA23的输出；
所述在其中一个供电模块的电池组单元或电池组管理单元发生故障时，控制另一个供电模块仍然继续正常工作，水下储能电源进行间歇式供电；当充放电单元或充放电继电器组发生故障时，控制水下储能电源进行连续式供电，具体包括：
当第二充放电单元的充电DC/DC转换器或充电继电器KA21开路故障，且第二电池组单元需要充电时，闭合KA32，断开KA23；
当第三充放电单元的充电DC/DC转换器或充电继电器KA23开路故障，且第三电池组单元需要充电时，闭合KA31，断开KA21；
当放电继电器KA22或第二充放电单元的放电DC/DC转换器开路故障，且第二电池组单元需要放电时，闭合KA33，断开KA24；
当放电继电器KA24或第三充放电单元的放电DC/DC转换器开路故障，且第三电池组单元需要放电时，闭合KA34，断开KA22。
9.根据权利要求4所述的深海大功率供电系统，其特征在于，所述第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块，均还包括：监控与通信单元和存储单元；其中，
所述监控与通信单元，用于监控储能单元的状态信息与报警信息，以及大功率负载的状态信息与采集数据，并通过CAN总线或串口总线传输到主干节点；所述主干节点为深海观测设备与海缆的连接点，包含中压转换电源；
所述存储单元，用于在供电海缆断电期间，将负载采集的数据和水下储能电源内部数据保存在存储单元。
10.根据权利要求1-9之一所述的深海大功率供电系统，其特征在于，当大功率负载的位置距离中压转换电源的位置较远，需要水下储能电源与大功率负载就近放置，通过延长缆与中压转换电源相连时，所述供电系统还包括升压模块；所述升压模块设置在延长缆上，用于弥补供电海缆上的压降；所述升压模块的输入端连接中压转换电源的输出端，升压模块的输出端连接水下储能电源的输入端。
CN202211548174.2A 2022-12-05 2022-12-05 一种深海大功率供电系统 Active CN116054318B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211548174.2A CN116054318B (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种深海大功率供电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211548174.2A CN116054318B (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种深海大功率供电系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116054318A true CN116054318A (zh) 2023-05-02
CN116054318B CN116054318B (zh) 2023-10-13

Family

ID=86115259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211548174.2A Active CN116054318B (zh) 2022-12-05 2022-12-05 一种深海大功率供电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116054318B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110752580A (zh) * 2018-07-23 2020-02-04 中国科学院沈阳自动化研究所 一种用于海底观测网的接驳盒供电系统及方法
CN111490533A (zh) * 2020-04-26 2020-08-04 中国科学院声学研究所 一种适用于恒流供电型海底观测网的水下电源
CN111786455A (zh) * 2020-06-22 2020-10-16 深圳科士达科技股份有限公司 一种用于ups的正负锂电池并机系统
CN112104059A (zh) * 2020-08-28 2020-12-18 中国科学院沈阳自动化研究所 一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法
US11139650B1 (en) * 2019-01-16 2021-10-05 Institute Of Acoustics, Chinese Academy Of Sciences Primary node of seafloor observatory network based on constant current power supply
CN114336823A (zh) * 2022-01-17 2022-04-12 成都康斯维智慧能源技术有限公司 电池工作状态下安全替换电池的智能装置及替换方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110752580A (zh) * 2018-07-23 2020-02-04 中国科学院沈阳自动化研究所 一种用于海底观测网的接驳盒供电系统及方法
US11139650B1 (en) * 2019-01-16 2021-10-05 Institute Of Acoustics, Chinese Academy Of Sciences Primary node of seafloor observatory network based on constant current power supply
CN111490533A (zh) * 2020-04-26 2020-08-04 中国科学院声学研究所 一种适用于恒流供电型海底观测网的水下电源
CN111786455A (zh) * 2020-06-22 2020-10-16 深圳科士达科技股份有限公司 一种用于ups的正负锂电池并机系统
CN112104059A (zh) * 2020-08-28 2020-12-18 中国科学院沈阳自动化研究所 一种小型深海探测作业型潜水器电源管理系统和管理方法
CN114336823A (zh) * 2022-01-17 2022-04-12 成都康斯维智慧能源技术有限公司 电池工作状态下安全替换电池的智能装置及替换方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱建波 等: "深海采矿大功率长距离动力输送系统", 《控制与信息技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116054318B (zh) 2023-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110323771B (zh) 一种在线互动式ups电路
CN102104257B (zh) 公寓楼的储能系统、集成电力管理系统及系统控制方法
KR100997314B1 (ko) 백업 전원시스템
CN102856946B (zh) 蓄电装置和蓄电系统
US20120056588A1 (en) Use of Battery Energy for Power Grid Optimization and Electric Vehicle Charging
CN112448395B (zh) 一种混合储能的配电网动态电压恢复器及其运行模式
CN106067692A (zh) 飞机电气系统及其供电方法
CN103929115A (zh) 并离网双模式船舶太阳能发电系统
CN109742809B (zh) 一种多源互补储能型发电厂保安电源系统及其控制方法
CN102420455A (zh) 一种电池管理系统在光伏产业的应用及控制方法
KR20150073505A (ko) 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 기동 방법
EP3846304A1 (en) Portable charging device for electric vehicles
CN112186822A (zh) 一种基于低压隔离电池单元的储能系统
CN107026503B (zh) 一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统的控制方法
CN110445205B (zh) 一种直流电源均衡管理系统及控制方法
CN102457101A (zh) 电池备用电源装置
CN112104306B (zh) 一种混合型柔性合环装置及光储共享接口控制方法
CN116054318B (zh) 一种深海大功率供电系统
CN112510815A (zh) 一种主动隔离式单相优质供电系统
CN219017744U (zh) 一种可重构电池插箱和储能系统
CN215956041U (zh) 移动式可再生能源交直流混合供电系统
CN112769208B (zh) 一种基于超级电容的低功耗储能供电装置及供电方法
CN213959823U (zh) 一种基于铝空气电池的不间断铝燃料电源系统
CN211556974U (zh) 一种光伏微电网与市电电网互补系统
CN113629800A (zh) 一种电芯级优化电池插箱、储能系统及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant