一种纯电动船的动力集成系统技术方案

本实用新型专利技术涉及纯电动船舶领域，更具体的说是一种纯电动船的动力集成系统，包括安装在船身舱体内多组储能电源系统、电力推进系统、推进器、逆变器和纯正弦波装置；所述多组储能电源系统包括超级电容模组和锂电池模组，用于提供整船动力电源；所述电力推进系统包括水冷式电机驱动变频装置和变频电机，用于控制电源系统向推进器提供动力；所述推进器为舵浆合一的直翼全向推进器，用于推动船舶航行并控制航向；所述逆变器和纯正弦波装置用于将直流电逆变滤波为交流电，用以得到全船交流AC380V 50HZ三相三线及AC220V 50HZ单相二线动力电源；该系统具有更高的集成度、驱动力和灵活性，使其在船舶领域具有更广泛的应用前景。

A dynamic integrated system for a pure electric ship

The utility model relates to the field of pure electric ship, more specifically a power integration system for a pure electric ship, including a multigroup energy storage power system, an electric propulsion system, a thruster, an inverter and a pure sine wave device installed in the body of a ship's body. The multi group energy storage power system includes a supercapacitor module and a lithium battery die. The electric propulsion system includes a water cooled motor driven frequency conversion device and a variable frequency motor used to control the power system to drive the propeller; the propeller is a straight winged omnidirectional propeller with a rudder pulps to drive the ship and control the course; the inverter and pure sinusoid are used. The wave device is used to filter DC inverter into alternating current, so as to get all ship AC AC380V 50HZ three-phase three wire and AC220V 50HZ single phase two line power supply. The system has higher integration, driving force and flexibility, so that it has a wider application prospect in the field of ship.

【技术实现步骤摘要】
一种纯电动船的动力集成系统
本技术涉及电动船舶领域，更具体的说是一种纯电动船的动力集成系统。
技术介绍
纯电动船舶作为一种新型的海洋或河道运输工具，具有节省能源，安静且不会污染水体等优点，在未来将会得到广泛的应用。现有的电动船基本上是在现有内燃机船体上进行改造，将动力机构改造成电动或者混动的结构，但多数是将电动机作为辅助动力，如在泊船时采用电动驱动系统进行微调节船身。目前纯电动的船型集中在小型船只上，比如快艇之类。现在也有厂家开始尝试建造大型吨位的纯电动船，但由于全船动力系统的集成研发技术复杂，加之全船电气的设备布局及其船身结构等均要进行全新设计，目前基本上还处于试验阶段，尚未出现一种能够适用于千吨级以上大型船体的纯电动动力系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有机动或油电混动船舶的技术缺陷，提供一种设计合理、简单实用、安全可靠，能够进行实际应用于千吨级电动船的一种纯电动船的动力集成系统。本技术通过以下技术方案实现上述目的，本技术公开了一种纯电动船的动力集成系统，包括安装在船身舱体内的储能电源系统、电力推进系统、直翼全向推进器、电力负荷供配电系统及其控制系统。所述储能电源系统包括采用双电结构的动力锂电池组、超级电容模组和岸电充电机，用于提供整船动力电源，并可利用配套的岸电充电机进行重复充电储能；所述电力推进系统包括交流变频控制系统和变频电动机，用于控制电源系统向推进器提供动力；所述推进器为“舵浆合一”的直翼全向推进器。该技术方案采用动力锂电池结合超级电容、交流变频控制系统向变频电动机提供可控动力，驱动直翼全向推进器的船用动力系统集成，具有系统集成度高、占用空间小、动力强大及控制灵活等优点，能够适用于大型船只使用，甚至能够给2000吨级以上的货船提供动力，而且适合在狭窄的内河航道中灵活运作。为了使所述电源系统不仅提供船只的驱动动力，还能够为作业船只上的作业设备提供动力，使得船上的所有设备都采用电动方式驱动。本技术所述电源系统还包括电力多组锂电池、变压器、逆变器及纯正弦波装置、岸电直流充电机和交流配电设施，所述电力多组锂电池通过逆变器及纯正弦波装置提供三相三线制380V三相电源，380V三相电源通过变压器转变成单相220V电源。所述三相三线制380V交流电源供船上的很多作业设备如自卸胶带机、风机、起重机、压载水泵等提供动力。所述二线单相220V电源能够为其他用电设备如照明、空调等提供电力。所述岸电交流配电设施用于向船舶提供日常待泊或正常作业工况下的三相三线制380V交流电源，以节省船舶电力电池组的耗能。本技术将电动船的动力电锂电池组与电力锂电池组及其直流分段母线、岸电交流电源与电动船交流母线分别独立管理并互为备用，不仅保证了全船电源系统的独立性及安全性，而且实现了船舶电源系统的冗余及岸电电源后备，有效保证了船舶航行和作业过程中的连续性和可靠性。所述多组动力锂电池通过汇流铜母排连接2组独立的变频驱动装置，所述多组电力锂电池通过汇流铜母排联接船载电力设备负荷，全船BMS电池管理系统PLC控制器主机通过以太网TCP/IP环形网络与电池模组I/O单元进行通讯及数据传输，直接采集并实时监控全船动力和电力锂电池模组，所述岸电直流一体式充电机用于向多组动力锂电池和电力锂电池同时进行“一对一”分组充电，各岸电充电机控制器通过以太网TCP/IP环形网络分别与全船BMS电池管理系统控制器建立握手通信机制，接受并响应全船BMS电池管理系统控制器发出的充电指令，匹配输出要求数值的直流充电电压及电流。本技术包括两组独立设置的电力变频推进装置和直翼全向推进器，所述直翼全向推进器对称分布于船身舱体尾部并设有转向伺服电机，采用转向伺服电机驱动的舵机系统，具有转向灵活、高效、精度高等有点。所述电力变频推进装置和直翼全向推进器包括就地机旁控制和驾驶台遥控，所述机旁控制优先于驾驶台遥控，这样更有利于紧急情况下对船的动力和转向的控制。为了方便直流、交流、高压/低压等用电设备的供配电，且有利于提高维修维护的便利性，本技术还包括与电源和驱动及负载系统连接的直流分段母线、交流汇流母线、直流配电板、交流配电板和交流逆变器及正弦波装置。通过统一的配电板或母线进行区分配供电及热备用自投，具有高识别度和电气自动化集成度，不仅简化了设备及系统，而且具有更高的系统安全性。本技术动力集成系统的合理设计及布局，也是该系统是否能够应用于实际大型船只的关键。所述船身舱体在尾部分别设置安装两组电力推进系统的变频电机和推进器的左、右轮机舱，紧邻轮机舱对称分布在船身舱体两侧的左右电池舱和位于两者中间的左右电气设备舱。纯电动船不同于现有的机械动力船只，动力系统完全不同，用输电电线/电缆及驱动电机替代了复杂的机械传动结构，合理的考虑推进轮机舱、电池舱和电气设备舱的布局，能够提高系统集成度，减小动力系统占用的空间，为船身及载荷的设计提供更大的灵活度。为保持船身的左右平衡，将多组动力及电力锂电池平均分配安装在船身左右两个电池舱内，将两组独立的水冷变频驱动电机和直翼推进器平均分配安装在船身左右两个轮机舱内，将两组独立的变频驱动柜、交直流配电板、交流逆变器、正弦波装置等供配电设备平均分配安装在船身左右两个电气设备舱内。为了控制电池舱的温度，保证锂电池能够在合适的温度阈值下正常工作，本技术还包括自动温控通风系统，所述通风系统包括在左右两个电池舱分别设有的按温控方式自动启动的两台通风机。对于电力推进系统发热电气设备的冷却：本技术专门设立单独的循环水冷却系统，所述冷却系统包括依次连接的舱底抽水总管、水泵和冷却管路，所述舱底抽水总管穿过船身舱体底部，经水泵和冷却水管路，冷却水管路分别经过两组交流变频驱动装置和变频电动机，冷却水管路出口设置在船身舱体舷外。本技术全新设计了纯电动动力船舶的动力集成系统，改变了现有采用改造方式制造油电混动或电动船的方式，使新的动力集成系统具有更高的集成度、驱动力和灵活性，使其具有更广泛的应用领域。船身对系统设备的布局也更加简洁合理，相对于传统同等级别船只具有更多的载货/人空间。通过设置专门的轮机舱、电气设备舱室、电池舱室和供配电设备，使全船动力及电气系统的安全性更高、设备的维修维护也更加快捷便利。通过设置了多套冗余的电源保障系统和两组相互独立的电力推进系统，保证了航行的可靠性、持续性和稳定性。附图说明图1为本技术实施例的动力系统模块图。图2为本技术实施例的电源系统模块图。图3为本技术实施例的动力系统控制拓扑模块图。图4为本技术实施例的全船动力系统总布置平面图。图5为本技术实施例的全船动力系统局部布置图。具体实施方式以下结合附图对本技术的系统结构和工作原理做进一步的说明。实施例本实施例为一艘为双电、双机、双浆纯电力推进的2000吨级自卸货船的动力集成系统，采用DC600V直流分段A、B母线将6组动力锂电池按每3组电池平均分配后并列运行，6组动力锂电池即可同时并联运行，也可采用断开母线联络开关的方式按每3组电池两两同时独立运行，故障及检修情况下可选择单组电池和任一套驱动装置运行。同时将2组电力锂电池接入DC600V直流分段C母线上，除为船舶正常航行的电力负荷提供动力电源外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纯电动船的动力集成系统，包括安装在船身舱体内的超级电容+锂电池的多组电源系统、双电力推进系统和双直翼全向推进器、双逆变器和双正弦波装置；所述多组电源系统包括多组动力锂电池、多组电力锂电池和超级电容，用于为船舶提供动力电源；所述双电力推进系统包括彼此独立的2组变频驱动装置+变频电机，用于控制电源系统向推进器提供可调节动力；所述双直翼全向推进器包括彼此独立的2组直翼全向推进器，用于推动船舶并控制转向，其特征在于，通过单独设置的动力和电力电源系统、驱动装置、变频电机、推进器和逆变器为船舶提供所需动力及电源，该系统采用双电机模式驱动，或采用单电机模式驱动，2组动力系统同时工作，或单独工作并互为备用；不仅实现了驱动装置和推进器的冗余，而且实现了储能电源系统的冗余。

【技术特征摘要】
1.一种纯电动船的动力集成系统，包括安装在船身舱体内的超级电容+锂电池的多组电源系统、双电力推进系统和双直翼全向推进器、双逆变器和双正弦波装置；所述多组电源系统包括多组动力锂电池、多组电力锂电池和超级电容，用于为船舶提供动力电源；所述双电力推进系统包括彼此独立的2组变频驱动装置+变频电机，用于控制电源系统向推进器提供可调节动力；所述双直翼全向推进器包括彼此独立的2组直翼全向推进器，用于推动船舶并控制转向，其特征在于，通过单独设置的动力和电力电源系统、驱动装置、变频电机、推进器和逆变器为船舶提供所需动力及电源，该系统采用双电机模式驱动，或采用单电机模式驱动，2组动力系统同时工作，或单独工作并互为备用；不仅实现了驱动装置和推进器的冗余，而且实现了储能电源系统的冗余。2.根据权利要求1所述的一种纯电动船的动力集成系统，其特征在于，所述多组电源系统还包括动力系统多组锂电池和多组超级电容；所述动力系统多组锂电池采用具有高比能量的动力锂电池串、并联组成；所述多组超级电容采用具有高比功率的超级电容串、并联组成，该动力电源系统利用船舶航行速度的调节过程，通过瞬态响应优异的超级电容完成能量的回收和加速效率的提高。3.根据权利要求1所述的一种纯电动船的动力集成系统，其特征在于，所述多组电源系统还包括动力系统多组锂电池和多组超级电容，分别通过两段独立直流DC600V母排向2组独立的驱动装置和推进器供电，两段母线之间的联络开关为常闭状态。4.根据权利要求1所述的一种纯电动船的动力集成系统，其特征在于，所述动力系统中的多组锂电池、多组超级电容与电力系统中的多组锂电池通过三段直流母排构成热备自投关系，即当动力系统电池储能不足或故障紧急情况下，一经合闸分段联络开关，电力系统的多组锂电池即可作为动力系统锂电池的备用电源，提供驱动电能。5.根据权利要求1所述的一种纯电动船的动力集成系统，其特征在于，所述多组电源系统还包括电力系统多组锂电池，通过逆变器及纯正弦波装置，将直流逆变为交流及整形滤波后，再通过三相交流380V母排分配电能，提供船用负载三相三线交流380V电源，三相电源再通过变压器转变成二相电源，为船用单相二线交流220V负载供电。6.根据权利要求1所述的一种纯电动船的动力集成系统，其特征在于，所述多组动力锂电池和电力锂电池设置有全船BMS电池管理系统，全船BMS电池管理系统PLC主机采用以太网TCP/IP通讯方式监控全船锂电池模组，并协调控制岸电充电机向多组动力锂电池和电力...

【专利技术属性】
技术研发人员：付银河，陆政德，严晓军，
申请(专利权)人：广州发展瑞华新能源电动船有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44