CN213689872U - 一种船用电池动力系统试验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种船用电池动力系统试验平台，包括：第一供电模拟模块，包括多组燃料电池和多组锂电池，用于模拟船舶供电模块；第一直流母排和第二直流母排，分别电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池，并且二者之间连接有隔离开关和断路器；负载模拟模块，包括电机和负载箱，电机和负载箱与第一直流母排和/或第二直流排电连接；电机用于模拟船舶推进电机，负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；能量管理单元，与燃料电池和锂电池通信连接，用于根据负载模拟模块模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块的放电。本实用新型实施例提供的技术方案实现了为中小型船舶的氢燃料电池动力系统提供试验平台。

Description

一种船用电池动力系统试验平台

技术领域

本实用新型实施例涉及船舶动力系统试验技术领域，尤其涉及一种船用电池动力系统试验平台。

背景技术

氢能和燃料电池技术的组合是世界能源和动力转型的重大战略方向，是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。氢燃料电池具有高效、无污染、安静、可靠性高等特点，氢燃料电池动力推进船舶满足温室气体和污染物的零排放要求，其特有的优势被认为是船舶终极零排放的能源之一，是未来主要的船舶清洁动力发展方向。

目前国内外还没有用于中小型的氢燃料电池动力船舶，因此，需要建立适用于中小型船舶的氢燃料电池动力系统试验平台。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种船用电池动力系统试验平台，以实现为中小型船舶的氢燃料电池动力系统提供试验平台。

本实用新型实施例提供了一种船用电池动力系统试验平台，包括：

第一供电模拟模块，包括多组燃料电池和多组锂电池，所述第一供电模拟模块用于模拟船舶供电模块；

第一直流母排和第二直流母排，所述第一直流母排和所述第二直流母排之间连接有隔离开关和断路器；所述第一直流母排和所述第二直流母排电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池；

负载模拟模块，包括电机和负载箱，所述电机和所述负载箱与所述第一直流母排和/或所述第二直流母排电连接；所述电机用于模拟船舶推进电机，所述负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；

能量管理单元，所述能量管理单元与所述燃料电池和所述锂电池通信连接，所述能量管理单元用于根据负载模拟模块模拟船舶的运行状态调控所述第一供电模拟模块的放电。

可选的，所述负载模拟模块模拟的船舶的运行状态包括：启动、停机和航行；

所述能量管理单元在负载模拟模块模拟的船舶的运行状态为启动或停机下，控制多组所述锂电池供电；

所述能量管理单元在负载模拟模块模拟的船舶的运行状态为航行下，根据所述负载模拟模块的负荷调配多组所述燃料电池和多组所述锂电池的供电量。

可选的，所述第一直流母排或所述第二直流母排还与市电网连接，所述市电网用于模拟船舶靠岸时对锂电池充电，及满足船舶日用负载用电的岸电。

可选的，所述电机包括第一电机和第二电机；所述第一电机通过第一DC/AC逆变器与所述第一直流母排电连接；所述第二电机通过第二DC/AC逆变器与所述第二直流母排电连接；所述第一DC/AC逆变器和第二DC/AC逆变器均与所述能量管理单元通信连接；所述能量管理单元还用于控制所述第一DC/AC逆变器和第二DC/AC逆变器的导通状态。

可选的，船用电池动力系统试验平台还包括第一测功机连接，所述第一电机还与所述第一测功机，所述第一测功机用于测量第一电机的输出功率；

还包括第二测功机，所述第二电机还与所述第二测功机连接，所述第二测功机用于测量第二电机的输出功率。

可选的，船用电池动力系统试验平台还包括：第三DC/AC逆变器和第四DC/AC逆变器；

所述第三DC/AC逆变器与所述第一直流母排以及所述负载箱电连接，所述第四DC/AC逆变器与所述第二直流母排以及所述负载箱电连接；所述第三DC/AC逆变器和所述第四DC/AC逆变器均与所述能量管理单元通信连接；所述能量管理单元还用于控制所述第三DC/AC逆变器和所述第四DC/AC逆变器的导通状态。

可选的，船用电池动力系统试验平台还包第一隔离变压器和第二隔离变压器，所述第一隔离变压器串联在所述负载箱和所述第三DC/AC逆变器之间；所述第二隔离变压器串联在所述负载箱和所述第四DC/AC逆变器之间。

可选的，船用电池动力系统试验平台还包括：多个DC/DC斩波器；所述燃料电池与所述锂电池与DC/DC斩波器一一对应电连接，并经一一对应连接的DC/DC斩波器向所述第一直流母排或所述第二直流母排供电；

多个所述DC/DC斩波器均与所述能量管理单元通信连接，所述能量管理单元还用于控制多个所述DC/DC斩波器的导通状态。

可选的，每个所述燃料电池包括发电单元，所述发电单元与所述第一直流母排或所述第二直流母排电连接，所述发电单元用于向所述第一直流母排或所述第二直流母排供电。

可选的，每个所述燃料电池还包括供氢单元，所述供氢单元用于为所述发电单元供氢；

所述供氢单元通过熔丝开关与第一直流母排或所述第二直流母排电连接，所述第一直流母排或所述第二直流母排还用于为所述供氢单元提供工作电压。

本实用新型实施例提供了一种船用电池动力系统试验平台，包括：第一供电模拟模块，包括多组燃料电池和多组锂电池，第一供电模拟模块用于模拟船舶供电模块；第一直流母排和第二直流母排，第一直流母排和第二直流排之间连接有隔离开关和断路器；第一直流母排和第二直流母排电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池；负载模拟模块，包括电机和负载箱，电机和负载箱与第一直流母排和/或第二直流排电连接；电机用于模拟船舶推进电机，所述负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；能量管理单元，能量管理单元与燃料电池和所述锂电池通信连接，能量管理单元用于根据负载模拟模块模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块的放电。本实用新型实施例提供的技术方案实现了为中小型船舶的氢燃料电池动力系统提供试验平台。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种船用电池动力系统试验平台的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种船用电池动力系统试验平台的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供了一种船用电池动力系统试验平台，图1是本实用新型实施例提供的一种船用电池动力系统试验平台的结构框图，参考图1，实验平台包括：

第一供电模拟模块10，包括多组燃料电池和多组锂电池，第一供电模拟模块10用于模拟船舶供电模块；

第一直流母排L1和第二直流母排L2，第一直流母排L1和第二直流排之间连接有隔离开关S和断路器FU；第一直流母排L1和第二直流母排L2电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池；

负载模拟模块20，包括电机和负载箱21，电机和负载箱21与第一直流母排L1和/或第二直流母排电连接；电机用于模拟船舶推进电机，负载箱21用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；

能量管理单元30，能量管理单元30与燃料电池和锂电池通信连接，能量管理单元30用于根据负载模拟模块20模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块10的放电。

具体的，船舶上的电力系统包括供电侧与用电侧，其中供电侧即为混合电力推进系统，用电侧为船上的负载。例如船舶负载可以包括舱室机械、甲板机械、船舶照明、通导设备、交流推进电机及其他用点设施。供电侧包括提供电能的供电模块以及负责调配供电模块能量输出的能量综合管理模块。本实用新型实施例提供的船用电池动力系统试验平台模拟船舶上的电力系统。船用电池动力系统试验平台包括第一供电模拟模块10，第一供电模拟模块10用于模拟船舶供电模块。船舶上的电力系统中的供电模块包括燃料电池单元和蓄电池单元，燃料电池单元为船舶的主要推进动力源。蓄电池单元做为辅助能源用于弥补燃料电池单元的动态特性不足，主要起到削峰填谷以及稳定电力系统的作用。因此，船用电池动力系统试验平台中的第一供电模拟模块10可以包括多组燃料电池和多组锂电池，燃料电池可以为氢燃料电池，以为中小型船舶的氢燃料电池动力系统提供试验平台。

船用电池动力系统试验平台还包括第一直流母排L1和第二直流母排L2，第一直流母排L1和第二直流母排之间电连接有隔离开关S和断路器FU；隔离开关S可以为负荷隔离开关、断路器FU可以为熔丝断路器，隔离开关S和断路器FU起到双重配电保护功能，当有一个直流母排出现故障导致电流过大后，断路器FU断开，避免损坏另一直流母排以及与该直流母排电连接的元器件。第一直流母排L1和第二直流母排L2电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池。例如第一供电模拟模块10包括8组氢燃料电池和4组锂电池。则第一直流母排L1和第二直流母排L2各对应连接4组氢燃料电池和2组锂电池，每组电池还可以各通过一个熔丝开关并联连接至相应的直流母排，熔丝开关起到配电保护功能，保护电路的安全性。船用电池动力系统试验平台包括第一直流母排L1和第二直流母排L2，可以当一直流母排对应的电池组损坏停止供电时，隔离开关S和断路器FU闭合，此时可以使另一直流母排的电流流向该直流母排，使该直流母排上的用电元件正常工作。进一步的保证了直流母排供电的可靠性。

负载模拟模块20包括电机和负载箱，电机和负载箱与第一直流母排L1和/或第二直流排电连接；电机用于模拟船舶推进电机，负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载。能量管理单元30与燃料电池和锂电池通信连接，能量管理单元30用于根据负载模拟模块20模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块10的放电。能量管理单元30用于模拟船上的能量综合管理模块。能量综合管理模块可以为一套基于共享数据库，分别运行于船舶和岸基计算机系统，同时具备计划保养体系(PMS)管理、船舶备件管理、基础数据库管理、机务报表管理和船-岸数据交换等五大功能的计算机应用系统。能量管理单元30与船上的能量综合管理模块相同，与模拟船上供电模块中的燃料电池和锂电池通信连接，用于根据负载模拟模块20模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块10的放电。

本实用新型实施例提供了一种船用电池动力系统试验平台，包括：第一供电模拟模块，包括多组燃料电池和多组锂电池，第一供电模拟模块用于模拟船舶供电模块；第一直流母排和第二直流母排，第一直流母排和第二直流排之间连接有隔离开关和断路器；第一直流母排和第二直流母排电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池；负载模拟模块，包括电机和负载箱，电机和负载箱与第一直流母排和/或第二直流排电连接；电机用于模拟船舶推进电机，所述负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；能量管理单元，能量管理单元与燃料电池和所述锂电池通信连接，能量管理单元用于根据负载模拟模块模拟船舶的运行状态调控第一供电模拟模块的放电。本实用新型实施例提供的技术方案为中小型船舶的氢燃料电池动力系统提供了试验平台。

可选的，图2是本实用新型实施例提供的另一种船用电池动力系统试验平台的结构框图，参考图2，负载模拟模块20模拟的船舶的运行状态包括：启动、停机和航行；

能量管理单元30在负载模拟模块20模拟的船舶的运行状态为启动或停机下，控制多组锂电池11供电；

能量管理单元30在负载模拟模块20模拟的船舶的运行状态为航行下，根据负载模拟模块20的负荷调配多组燃料电池12和多组所述锂电池11的供电量。

具体的，根据负载模拟模块20模拟船舶的运行状况可将船用电池动力系统试验平台工作模式分为燃料电池混动模式和纯锂电池电动模式。例如，在供电侧，4台燃料电池12与2组锂电池11连接到一直流母排，以提供电能，将电能输运给相应的用电设备。能量管理单元30作用是负责供电侧与用电侧的能量分配及调度。动力系统在启动、停机阶段，通过能量管理单元30选择纯锂电池电动模式，模拟全船由锂电池11组为电机和负载箱21提供电力；在航行工况时，船舶的实际运行工况不稳定，在此通过调整电机和负载箱21负荷来模拟船舶运行的不同工况，通过能量管理单元30选择混动模式，稳态分量由燃料电池12组承担，动态分量则自发的通过控制环路由锂电池11补偿。

该船用电池动力系统试验平台，具有燃料电池12和锂电池11混动结构和直流配电，同时配置电力推进方式，具备系统的总体设计技术、建模技术、匹配优化技术、能量管理系统技术等各关键技术的示范与验证能力。其运行模式在综合考虑实船工况的同时，使燃料电池12和锂电池11协同工作，合理分配能源，稳定电网电压，并尽可能使燃料电池12运行于最佳经济工作点，形成整个燃料电池12动力系统可长期稳定运行的技术方案，可大大提高船舶实际运行时的经济性。整个系统设计及应用时兼具扩展性，可为实船的优化运行提供技术支撑。

可选的，参考图2，第一直流母排L1或第二直流排电连接还与市电网40连接，市电网40用于模拟船舶靠岸时对锂电池11充电，及满足船舶日用负载用电的岸电。

具体的，市电网40通过一逆变器DC/AC和断路器FU与第一直流母排L1或第二直流母排L2电连接，市电网40用于模拟船舶靠岸时连接的岸电，实现对锂电池11组充电及满足船舶日用负载用电的功能。

可选的，参考图2，电机包括第一电机M1和第二电机M2；第一电机M1通过第一DC/AC逆变器22与第一直流母排L1电连接；第二电机M2通过第二DC/AC逆变器23与第二直流母排L2电连接；第一DC/AC逆变器22和第二DC/AC逆变器23均与能量管理单元30通信连接；能量管理单元还用于控制第一DC/AC逆变器22和第二DC/AC逆变器23的导通状态。

具体的，负载模拟模块20包括电机和负载箱21，其中电机可以包括第一电机M1和第二电机M2。第一电机M1和第二电机M2分别通过一DC/AC逆变器和断路器FU与直流母排电连接。第一电机M1通过第一DC/AC逆变器22与第一直流母排L1电连接；第二电机M2通过第二DC/AC逆变器23与第二直流母排L2电连接；第一DC/AC逆变器22和第二DC/AC逆变器23均与能量管理单元通信连接。能量管理单元可以控制第一DC/AC逆变器22和第二DC/AC逆变器23的导通状态，以控制直流母排流向第一电机M1和第二电机M2的电流量。

可选的，参考图2，船用电池动力系统试验平台还包括第一测功机24，第一电机M1还与第一测功机24连接，第一测功机24用于测量第一电机M1的输出功率；

还包括第二测功机25，第二电机M2还与第二测功机25连接，第二测功机25用于测量第二电机M2的输出功率。

具体的，在电机侧同轴连接有测功机，测功机与电机配合进行推进系统动态与静态的性能试验。对应的，测功机包括第一测功机24和第二测功机25。第一测功机24与第一电机M1连接，第一测功机24用于测量第一电机M1的输出功率。第二测功机25与第二电机M2连接，第二测功机25用于测量第二电机M2的输出功率。

可选的，参考图2，船用电池动力系统试验平台还包括：第三DC/AC逆变器26和第四DC/AC逆变器27；

第三DC/AC逆变器26与第一直流母排L1以及负载箱21电连接，第四DC/AC逆变器27与第二直流母排L2以及负载箱21电连接；第三DC/AC逆变器26和第四DC/AC逆变器27均与能量管理单元通信连接；能量管理单元还用于控制第三DC/AC逆变器26和第四DC/AC逆变器27的导通状态。

具体的，负载箱21为交流负载箱，交流负载箱经两个DC/AC逆变器分两路连接至第一直流母排L1和第二直流母排L2。其中，第三DC/AC逆变器26与第一直流母排L1以及负载箱21电连接，第四DC/AC逆变器27与第二直流母排L2以及负载箱21电连接。可选的，船用电池动力系统试验平台还包第一隔离变压器T1和第二隔离变压器T2，第一隔离变压器T1串联在负载箱21和第三DC/AC逆变器26之间；第二隔离变压器T2串联在负载箱21和第四DC/AC逆变器27之间。隔离变压器可以避免负载端的电压波动影响到供电端，起到隔离的作用，进一步的实现船用电池动力系统试验平台的安全性。

可选的，参考图2，船用电池动力系统试验平台还包括：多个DC/DC斩波器；燃料电池12与锂电池11与DC/DC斩波器一一对应电连接，并经一一对应连接的DC/DC斩波器向第一直流母排L1或第二直流母排L2供电；

多个DC/DC斩波器均与能量管理单元通信连接，能量管理单元还用于控制多个DC/DC斩波器的导通状态。

具体的，与锂电池11一一对应电连接的DC/DC斩波器可以为双向DC/DC斩波器。锂电池11为蓄电池，锂电池11可以存储电能并将存储的电能进行释放，因此，通过设置双向DC/DC斩波器来实现锂电池11与直流母排之间能量的双向流动，以提高能源的利用率。与燃料一一对应电连接的DC/DC斩波器可以为单向DC/DC斩波器。由于燃料电池12是一种发电装置，不能存储电能，因此其能量传输的方向不可逆，仅需要单向DC/DC斩波器即可实现燃料电池12与直流母排之间能量的转换和传输。

可选的，参考图2，每个燃料电池12包括发电单元，发电单元与第一直流母排L1或第二直流母排L2电连接，发电单元用于向第一直流母排L1或第二直流母排L2供电。

具体的，燃料电池12又称电化学发电器，是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。燃料电池12用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少，本实用新型中燃料电池12的燃料为氢燃料。反应气体的压力、湿度、电堆内部湿度及温度等操作条件直接影响电堆的性能和寿命。

可选的，参考图2，每个燃料电池12还包括供氢单元，供氢单元用于为发电单元供氢；

供氢单元通过熔丝开关(断路器FU)与第一直流母排L1或第二直流母排L2电连接，第一直流母排L1或第二直流母排L2还用于为供氢单元提供工作电压。

具体的，供氢单元可以包括多个氢气瓶组，每个氢气瓶组用于为燃料电池12的发电单元提供氢气。供氢单元还包括氢气系统控制器，氢气系统控制器与能量管理单元通信连接，用于控制氢气瓶组的瓶口电磁阀的开闭。氢气系统控制器可以为液压汽缸单元(Hydraulic Cylinder Unit，HCU)控制器。供氢单元通过熔丝开关(断路器FU)与第一直流母排L1或第二直流母排L2电连接，第一直流母排L1或第二直流母排L2可以为供氢单元的工作提供电压。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种船用电池动力系统试验平台，其特征在于，包括：

第一供电模拟模块，包括多组燃料电池和多组锂电池，所述第一供电模拟模块用于模拟船舶供电模块；

第一直流母排和第二直流母排，所述第一直流母排和所述第二直流母排之间连接有隔离开关和断路器；所述第一直流母排和所述第二直流母排电连接有相同数量的燃料电池以及相同数量的锂电池；

负载模拟模块，包括电机和负载箱，所述电机和所述负载箱与所述第一直流母排和/或所述第二直流母排电连接；所述电机用于模拟船舶推进电机，所述负载箱用于模拟船舶日用负载及各种泵类负载；

能量管理单元，所述能量管理单元与所述燃料电池和所述锂电池通信连接，所述能量管理单元用于根据负载模拟模块模拟船舶的运行状态调控所述第一供电模拟模块的放电。

2.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，所述负载模拟模块模拟的船舶的运行状态包括：启动、停机和航行；

所述能量管理单元在负载模拟模块模拟的船舶的运行状态为启动或停机下，控制多组所述锂电池供电；

所述能量管理单元在负载模拟模块模拟的船舶的运行状态为航行下，根据所述负载模拟模块的负荷调配多组所述燃料电池和多组所述锂电池的供电量。

3.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，

所述第一直流母排或所述第二直流母排还与市电网连接，所述市电网用于模拟船舶靠岸时对锂电池充电，及满足船舶日用负载用电的岸电。

4.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，所述电机包括第一电机和第二电机；所述第一电机通过第一DC/AC逆变器与所述第一直流母排电连接；所述第二电机通过第二DC/AC逆变器与所述第二直流母排电连接；所述第一DC/AC逆变器和第二DC/AC逆变器均与所述能量管理单元通信连接；所述能量管理单元还用于控制所述第一DC/AC逆变器和第二DC/AC逆变器的导通状态。

5.根据权利要求4所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，

还包括第一测功机，所述第一电机还与所述第一测功机连接，所述第一测功机用于测量第一电机的输出功率；

还包括第二测功机，所述第二电机还与所述第二测功机连接，所述第二测功机用于测量第二电机的输出功率。

6.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，还包括：第三DC/AC逆变器和第四DC/AC逆变器；

所述第三DC/AC逆变器与所述第一直流母排以及所述负载箱电连接，所述第四DC/AC逆变器与所述第二直流母排以及所述负载箱电连接；所述第三DC/AC逆变器和所述第四DC/AC逆变器均与所述能量管理单元通信连接；所述能量管理单元还用于控制所述第三DC/AC逆变器和所述第四DC/AC逆变器的导通状态。

7.根据权利要求6所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，还包括：

第一隔离变压器和第二隔离变压器，所述第一隔离变压器串联在所述负载箱和所述第三DC/AC逆变器之间；所述第二隔离变压器串联在所述负载箱和所述第四DC/AC逆变器之间。

8.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，还包括：多个DC/DC斩波器；所述燃料电池与所述锂电池与DC/DC斩波器一一对应电连接，并经一一对应连接的DC/DC斩波器向所述第一直流母排或所述第二直流母排供电；

多个所述DC/DC斩波器均与所述能量管理单元通信连接，所述能量管理单元还用于控制多个所述DC/DC斩波器的导通状态。

9.根据权利要求1所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，每个所述燃料电池包括发电单元，所述发电单元与所述第一直流母排或所述第二直流母排电连接，所述发电单元用于向所述第一直流母排或所述第二直流母排供电。

10.根据权利要求9所述的船用电池动力系统试验平台，其特征在于，每个所述燃料电池还包括供氢单元，所述供氢单元用于为所述发电单元供氢；

所述供氢单元通过熔丝开关与第一直流母排或所述第二直流母排电连接，所述第一直流母排或所述第二直流母排还用于为所述供氢单元提供工作电压。

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