一种舰船电气系统及其供电方法技术方案

本发明专利技术涉及一种舰船电气系统及其供电方法，本发明专利技术将以内燃机为动力的舰船的用电设备根据功率特性进行区分，分为功率型用电单元和非功率型用电单元，通过能量供给侧和能量需求侧的匹配及平衡。本发明专利技术的舰船电气系统包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离单元，能量单元输出端供电连接舰船载用电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元的电流通路。本发明专利技术通过功率单元为启动电机供电，解决了目前舰船电气系统由于采用蓄电池为启动电机供电导致蓄电池“超量配置”，对蓄电池电流冲击大，造成蓄电池寿命降低、其它用电单元供电不稳等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种舰船电气系统及其供电方法，属于电路系统应用

技术介绍
各种舰船(包括搭载内燃机的潜艇，以下统称为舰船)已经成为人们日常的交通、运输及国防重要装备，如载人的各种游艇和客船、运输货物的运输船、各种执法船、海军的各种舰艇、甚至搭载内燃机的潜艇等。电气系统是舰船必不可少的一部分，舰船传统电气系统如图1所示，主要由舰船载发电机、电压调节器、蓄电池等构成，用电设备根据功率特性主要分为需要瞬态大功率的启动电机和持续小功率的其他舰船载用电装置，舰船蓄电池是供电系统必不可少的电源之一，在舰船的内燃机启动时向启动电机供电；发动机不工作或发动机在不高的转速下工作时，蓄电池向舰船耗电装置供电；在耗电装置功率超过其发电装置功率时，蓄电池同发电机联合向耗电装置供电。舰船中的蓄电池既要负责提供舰船载用电装置(如仪表显示、程序自检、信号灯的闪亮、音响短时工作等小功率器件)的能量，又要负责提供发动机启动瞬间大功率的能量，在运行实践中，这种方案暴露出以下问题：1.启动系统和其它用电装置不同用电特性对蓄电池性能要求差异很大：启动系统要求蓄电池放电倍率性能优异，而其它耗电装置则要求蓄电池具备一定容量即可、倍率性能要求不高，这种情况导致蓄电池为满足发动机冷启动所需的瞬态大功率，不得不“超量配置”，使电池又大又笨重，造成资源浪费，而且也不经济。2.当舰船发动机熄火状态下长时间使用舰船内的电器设备、熄火状态下使用外接电源设备、发动机关闭后忘记关灯等情况时，将导致蓄电池亏电而无法完成舰船发动机的下次启动，出现这种情况时，将不得不更换电池或使用应急电源帮助启动。3.舰船发动机冷启动电流较大，对铅酸蓄电池的电流冲击较大，造成正极板活性物质脱落，使得铅酸电池组容量下降较快，使用寿命较短(一般为2～3年)，更换较为频繁，增加用户设备维护工作量和使用成本；舰船蓄电池使用过程中，由于使用人员或维护人员无法准确确认蓄电池使用状态，通常以舰船隔夜后启动不顺畅的现象作为判定蓄电池寿命终结的标准，而不是以蓄电池无法蓄电或无法正常供应舰船耗电装置用电作为蓄电池报废标准，造成蓄电池被“过早判废”。4.舰船发动机启动(特别是冷启动)时，蓄电池瞬时电压降较大，造成舰船电压敏感设备(计算机系统、可编程逻辑控制器、电子设备等)无法正常工作，容易出现计算机紊乱、数据丢失及设备停止运行等故障，严重时甚至造成舰船载设备的意外损坏。为此，有人提出在蓄电池两端并联超级电容的方式来共同为启动电机供电，虽然这种方案在一定程度上延长了蓄电池的使用寿命，但是蓄电池还是要承担启动电机的启动任务，并没有从根本上解决蓄电池为启动电机供电导致对蓄电池电流冲击大，造成蓄电池寿命降低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种舰船电气系统及其供电方法，以解决目前采用蓄电池为舰船启动电机提供启动能量导致蓄电池“超量配置”以及易受到大电流冲击影响寿命的问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种舰船电气系统，包括启动电机、舰船载发电机和舰船载用电装置，该电气系统还包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离单元，能量单元输出端供电连接舰船载用电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的能量单元为储能器件，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。所述的隔离单元为开关管、接触器或继电器。所述的隔离单元还包括控制电路，所述的控制电路包括控制接口和第一检测接口，所述第一检测接口用于检测启动电机是否启动，所述控制接口用于在第一检测接口检测到启动电机要启动时，断开功率单元与能量单元的电气连接。所述的控制电路还包括用于检测功率单元电量是否充足的第二检测接口，当第一检测接口检测到启动电机不工作且第二检测接口检测到功率单元电量不足时，功率单元与能量单元通过隔离单元并接，否则不并接。所述的功率单元为超级电容器单体、通过超级电容器单体串并联组成的模块或者电容器阵列。所述的能量单元为铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元电池和钛酸锂电池中的任意一种。本专利技术还提供了一种舰船电气系统的供电方法，该方法将舰船的用电设备根据功率特性进行区分，分为功率型用电单元和非功率型用电单元，功率型用电单元由功率单元供电，非功率型用电单元由能量单元供电，功率单元和能量单元之间通过隔离单元进行电气隔离，在功率单元为功率型用电单元供电时，由隔离单元断开功率单元与能量单元的连接，由功率单元单独为功率型用电单元供电，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。所述的隔离单元连接在能量单元和功率单元输出端之间。当功率型用电单元不工作时，由隔离单元判断功率单元电量是否充足，若电量不足时，功率单元与能量单元通过隔离单元并接，由能量单元为其充电，否则不并接。所述的功率单元为超级电容器单体、通过超级电容器单体串并联组成的模块或者电容器阵列。本专利技术的有益效果是：本专利技术舰船供电系统采用组合式超级电池提供电能，组合式超级电池包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离单元，能量单元输出端供电连接舰船载用电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元的电流通路，能量单元为储能器件，功率单元为能够高倍率放电的储能器件。本专利技术通过仅采用组合式超级电池中的功率单元为启动电机供电，防止因蓄电池过度放电导致启动电机不能启动，影响舰船正常工作，能量单元不再承担瞬态大功率作业任务，不会出现瞬时较大电压降的情况，保证了舰船电气系统能够稳定工作，减少了用电负载因电能质量不稳造成的损坏。附图说明图1是传统舰船电气系统结构框图；图2是本专利技术舰船电气系统结构框图；图3是本专利技术舰船电气系统结构框图；图4是本专利技术舰船电气系统所采用的隔离单元结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的说明。本专利技术的一种舰船供电系统的实施例舰船已经成为人们日常的交通、运输及生产工具，舰船在启动过程中，一般需要启动电机的带动，启动电机作为功率型用电单元，在启动时需要瞬态大功率，本专利技术采用功率单元为其供电。在同一电气系统中，功率型用电单元与非功率型用电单元是相对的概念。功率型用电单元具备持续用电时间短(小于10秒)、大功率(额定电流一般在几十安培以上)的用电特征，在舰船的电气系统中，内燃机启动电机就是该电气系统中的功率型用电单元；非功率型用电单元具备持续用电时间可长可短、小功率(额定电流一般在几十安培以下)的用电特征，在舰船的电气系统中，仪表显示、程序自检、信号灯的闪亮、音响短时工作等小功率器件均为能量型用电单元。本实施例中的舰船电气系统，如图2和图3所示，包括舰船载发电机7、启动电机1、舰船载用电装置6和组合式超级电池，组合式超级电池包括功率单元4、隔离单元3和能量单元5，隔离单元3连接在能量单元和功率单元输出端之间，能量单元5输出端供电连接舰船载用电装置6，功率单元4输出端通过启动开关2供电连接启动电机1，舰船载发电机7的电压由电压调节器8调节，用于实现舰船载发电机7电压的稳定输出。当内燃机启动时，闭合启动开关2，隔离单元3断开功率单元4与能量单元5之间的电流通路，仅由功率单元4为启动电机供电。能量单元5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种舰船电气系统，包括启动电机、舰船载发电机和舰船载用电装置，其特征在于，该电气系统还包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离单元，能量单元输出端供电连接舰船载用电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的能量单元为储能器件，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。

【技术特征摘要】
2016.04.18 CN 20161024392621.一种舰船电气系统，包括启动电机、舰船载发电机和舰船载用电装置，其特征在于，该电气系统还包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离单元，能量单元输出端供电连接舰船载用电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的能量单元为储能器件，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。2.根据权利要求1所述的舰船电气系统，其特征在于，所述的隔离单元为开关管、接触器或继电器。3.根据权利要求1所述的舰船电气系统，其特征在于，所述的隔离单元还包括控制电路，所述的控制电路包括控制接口和第一检测接口，所述第一检测接口用于检测启动电机是否启动，所述控制接口用于在第一检测接口检测到启动电机要启动时，断开功率单元与能量单元的电气连接。4.根据权利要求3所述的舰船电气系统，其特征在于，所述的控制电路还包括用于检测功率单元电量是否充足的第二检测接口，当第一检测接口检测到启动电机不工作且第二检测接口检测到功率单元电量不足时，功率单元与能量单元通过隔离单元并接，否则不并接。5.根据权利要求1所述的舰船电气系...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄淑君，李远锋，梁亚丽，孙艺嘉，路永广，
申请(专利权)人：洛阳尹太科智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41