CN203691007U - 一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，包括控制器、储能电堆、DC/DC充电机、超级电容堆、并联式输出系统和快速充电装置插件，控制器分别与储能电堆、DC/DC充电机和超级电容堆相连，用于控制能源补充、传递和储能；储能电堆的输出端与DC/DC充电机相连，储能电堆用于存储能源，DC/DC充电机用于将储能电堆中的能源转移至超级电容堆；超级电容堆的输入端与DC/DC充电机相连，输出端与并联式输出系统相连，超级电容堆用于瞬间释放能量，并联式输出系统用于进行通道扩容；并联式输出系统的输出端通过输出集合装置与快速充电装置插件相连。本实用新型实现了对被补给船的快速充电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能源补给船，特别是涉及一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船。
背景技术
在传统的概念中，“飞机的空中能源补给”是人们所认知的，一架具有足够燃油的加油机在空中飞行的过程中，对一架需要燃油补给的飞机实施航行过程中的动态能源补给。
在设计纯电动船的过程中，为了提高船舶的续航能力，必须加大整船的动力电池的配置数量，以提高能量的储备增加续航能力。可是，船舶的负载能力是有限的，即所能承载的电池容量是有限的，为了增加其续航里程，利用“飞机的空中能源补给”操作方式，对航道中运行的船舶在其出现能量不足时采用动态能源补给成了亟需解决的问题。而在动态补给过程中，最重要的就是如何在短时间内使得被补给船迅速充满电。研究和提出快速充电过程时，将被电能的提供渠道或装置的瞬间爆发能力所制约，几十甚至上百千瓦的瞬时功率提供，在短时间内给出数千安培以上的电流，这在电网的提供上本身处于一种严重的瓶颈，现实几乎是无可想象的，这就严重制约了充电过程时间问题。目前普遍的现实规律是，一辆纯电动船的充电时间往往是数小时或4～8小时，甚至更长。
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超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，实现了对被补给船的快速充电。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，包括控制器、储能电堆、DC/DC充电机、超级电容堆、并联式输出系统和快速充电装置插件，所述控制器分别与储能电堆、DC/DC充电机和超级电容堆相连，用于控制能源补充、传递和储能；所述储能电堆的输出端与所述DC/DC充电机相连，所述储能电堆用于存储能源，所述DC/DC充电机用于将储能电堆中的能源转移至所述超级电容堆；所述超级电容堆的输入端与所述DC/DC充电机相连，输出端与所述并联式输出系统相连，所述超级电容堆用于瞬间释放能量，所述并联式输出系统用于进行通道扩容；所述并联式输出系统的输出端通过输出集合装置与所述快速充电装置插件相连。
所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船还包括与控制器相连的输入充电装置，所述输入充电装置的输入端与电源输入端相连，输出端与所述储能电堆的输入端相连，所述输入充电装置用于为所述储能电堆充电。
所述控制器由DSP数字控制器和FPGA逻辑组合控制器构成。
所述输入充电装置为AC/DC充电机系统或DC/DC充电机系统。
所述并联式输出系统由2-20个过程通道并联而成。
所述储能电堆包括锂电池系统和电池管理系统，所述锂电池系统用于存储能源和向能源补给船提供能源，所述电池管理系统用于对所述锂电池系统进行管理和控制。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型的能量通过积木叠加的形式进行扩容，其能量的传递过程，可以在瞬间达到数千安排甚至更高，实现了对被补给船的快速充电，其充电时间取决于快速充电机的并联个数，当并联个数多时，系统所需的充电时间就短，基本的时间单位可以是数十分钟或更短。本实用新型中除了电流可以受控扩大，其构成功率特征的电压也可以叠加至上千伏特，并且在进行能量释放或极快地传递时，由于是独立的储能系统的能量释放，因此，对外界不产生影响。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构框图；
图2是本实用新型的工作示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，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。
本实用新型的实施方式涉及一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，如图1所示，包括控制器1、储能电堆4、DC/DC充电机6、超级电容堆7、并联式输出系统8和快速充电装置插件10，所述控制器1分别与储能电堆4、DC/DC充电机6和超级电容堆7相连，用于控制能源补充、传递和储能；所述储能电堆4的输出端与所述DC/DC充电机6相连，所述储能电堆4用于存储能源，所述DC/DC充电机6用于将储能电堆4中的能源转移至所述超级电容堆7；所述超级电容堆7的输入端与所述DC/DC充电机6相连，输出端与所述并联式输出系统8相连，所述超级电容堆7用于瞬间释放能量，所述并联式输出系统8用于进行通道扩容；所述并联式输出系统8的输出端通过输出集合装置9与所述快速充电装置插件10相连。
所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船还包括与控制器1相连的输入充电装置3，所述输入充电装置3的输入端与电源输入端2相连，输出端与所述储能电堆4的输入端相连，所述输入充电装置3用于为所述储能电堆4充电。
本实用新型补给船的所有能量传递过程都受控于控制器，该控制器由DSP数字控制器和FPGA逻辑组合控制器构成。所有能源的补充、传递、储能，以及动态过程的监管，都受制于此。本控制器构成了全船的网络系统，所有的控制监管过程全部由网络系统完成协调控制。
首先，本实用新型的补给船需要自身能源的补充，其可以是通过直流系统接入DC/DC系统，也可以通过交流系统提供，即AC/DC提供能量，这一部分为输入充电装置3，该输入充电装置3的输入端与电源输入端2相连。能量首先被存入船上的储能电堆4中，并在系统控制器的协调控制下，经由BMS系统对锂电池系统进行管理和控制。锂电池的能量通过通道5转移，通过DC/DC充电机系统6将能量转移至超级电容堆7，考虑到整个能量转移过程中要尽量地缩短时间，因此使用具有很大瞬时功率的超级电容组成超级电容堆。超级电容的能量通过一组并联式的DC/DC充电系统8，将传递能量的过程通道扩容，其并联的数量可以视需求量而定，可以从2个到20个不等，通过灵活的组合，即能满足能量快速传递的需求。并联组合后的电能，通过输出集合装置9和快速充电装置的插件10与被补给船相连接，完成了最终能量的传递。其中，所有的能量控制过程都受控于控制器。
本实用新型将动力锂电池构成的储能电堆架构安装于船上，构成了能源补给船。该补给船的主要功能就是将岸电的能量转移至船上，利用储存的电能给移动航行中的纯电动船舶补充能量，以使行进中的被充电船舶完成航行任务。
被补给的船在航道中运行，可以在补给船的前方或后方，通过快速的充电插口链接，即能将补给船的能量转移到被补给的、需要能量的船舶，由于充电过程都是在航行中完成的，因此充电过程不影响船舶的航行和运输。
由于本实用新型的出现，可以将一些内河船舶的航行距离大大增强，实现了远距离的电动船航行，即这一增程模式为新能源在船舶航行领域无疑将起到巨大的推动作用。
能源补给电动船首先必须接受岸电能量的传输，如图2所示，岸电的输入可以是通过大功率充电机3的DC/DC或AC/DC，将能量传送至补给船的锂电池储能系统4，该锂电池储能系统4的容量由该船舶的空间容量决定，其电量可以是100Kwh～10Mwh或更高，该储存的能量除了一部分用于自身的航行需要，即与被补给船同时航行若干时段的提供动力外，其余的将都被用作能量的补给给它船。在补给的过程中，首先要将锂电池的能量通过DC/DC充电机6将转移至超级电容堆7上，这样结构安排是考虑超级电容所以能提供的功率特征明显优于锂电池系统，由于有了超级电容的存在，因此，后续并联式充电系统6便可以提供很大的瞬间能量，所有的能量提供过程全部将受控于控制器1，该控制器1为能量补给船的核心船载控制器，负责监管了整个能量的转移过程，包括岸电能量的转移、储能等等。
当能源补给船与被补给船同向航行过程中，二条船的相对速度是静止的，因此通过充电机的快速插件10，即能将能量传输至被补给的船。在这个过程中，充电电缆11起到了能量的连接作用，在充电过程中，控制电缆12将控制讯息进行链接传递，以确保在安全条件下将能量快速转移。通过二条船的通向一段航行距离，被补给船的储能系统的能量得到了有效的补充，增加了该船的续航里程。
不难发现，本实用新型的能量通过积木叠加的形式进行扩容，其能量的传递过程，可以在瞬间达到数千安排甚至更高，实现了对被补给船的快速充电，其充电时间取决于快速充电机的并联个数，当并联个数多时，系统所需的充电时间就短，基本的时间单位可以是数十分钟或更短。本实用新型中除了电流可以受控扩大，其构成功率特征的电压也可以叠加至上千伏特，并且在进行能量释放或极快地传递时，由于是独立的储能系统的能量释放，因此，对外界不产生影响。
Claims (6)
1.一种超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，包括控制器（1）、储能电堆（4）、DC/DC充电机（6）、超级电容堆（7）、并联式输出系统（8）和快速充电装置插件（10），其特征在于，所述控制器（1）分别与储能电堆（4）、DC/DC充电机（6）和超级电容堆（7）相连，用于控制能源补充、传递和储能；所述储能电堆（4）的输出端与所述DC/DC充电机（6）相连，所述储能电堆（4）用于存储能源，所述DC/DC充电机（6）用于将储能电堆（4）中的能源转移至所述超级电容堆（7）；所述超级电容堆（7）的输入端与所述DC/DC充电机（6）相连，输出端与所述并联式输出系统（8）相连，所述超级电容堆（7）用于瞬间释放能量，所述并联式输出系统（8）用于进行通道扩容；所述并联式输出系统（8）的输出端通过输出集合装置（9）与所述快速充电装置插件（10）相连。
2.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，其特征在于，还包括与控制器（1）相连的输入充电装置（3），所述输入充电装置（3）的输入端与电源输入端（2）相连，输出端与所述储能电堆（4）的输入端相连，所述输入充电装置（3）用于为所述储能电堆（4）充电。
3.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，其特征在于，所述控制器（1）由DSP数字控制器和FPGA逻辑组合控制器构成。
4.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，其特征在于，所述输入充电装置（3）为AC/DC充电机系统或DC/DC充电机系统。
5.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，其特征在于，所述并联式输出系统（8）由2-20个过程通道并联而成。
6.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池构成的能源补给船，其特征在于，所述储能电堆（4）包括锂电池系统和电池管理系统，所述锂电池系统用于存储能源和向能源补给船提供能源，所述电池管理系统用于对所述锂电池系统进行管理和控制。
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