电动船混合主电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电动船混合主电源系统，由超级电容器组和主锂离子电池组组成混合主电源，由DC/DC接口变换器和超级电容器组组合为集成储能装置，电动船混合主电源系统分为三种结构，分别为直流母线直流电力推进主电源系统、直流母线交流电力推进主电源系统、交流母线交流电力推进主电源系统；本实用新型专利技术采用具有功率密度高、充电时间短、瞬间输出功率大、可吸收再生能量等特点的超级电容器和锂离子电池组成混合主电源，利用各自的特性实行优势互补，从而减轻锂离子电池负担，延长其使用寿命和起到稳定船舶电网的作用。

Hybrid Main Power Supply System for Electric Vessel

【技术实现步骤摘要】
电动船混合主电源系统
本技术涉及一种电动船混合主电源系统，属于舰船电源装置

技术介绍
主电源由蓄电池组成的船舶，通常称为电动船，当前被认为是船舶实现节能环保的措施之一。在CCS《钢质内河船舶建造规范》(2016版第3篇第3章第1节)中，规定主电源装置可采用蓄电池组，但对其系统的结构未进一步提出要求。目前，对电动船的主电源设计尚处在探索阶段。船舶在航行中受到多种因素的影响，电力主推进负载会出现瞬间峰值功率。电化学蓄电池具有能量密度高、放电时间长、输出电流平稳等特点，但功率密度较低，不能满足负载瞬间最大功率的需求，从而引起电网电压波动和闪变，造成电气设备不能正常工作，严重时可能使电网瓦解。为了克服这一弊端，采用具有功率密度高、充电时间短、瞬间输出功率大、可吸收再生能量等特点的超级电容器和性能优越的锂离子电池组成混合主电源(锂离子电池+超级电容器)，利用各自的特性实行优势互补，起到稳定船舶电网的作用。本技术针对内河电动船不同的电力主推进系统，提供了电动船主电源系统结构以及主电源系统中的主备电池组热备用的控制电路。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种电动船混合主电源系统，采用具有功率密度高、充电时间短、瞬间输出功率大、可吸收再生能量等特点的超级电容器和锂离子电池组成混合主电源，利用各自的特性实行优势互补，从而减轻电池负担，延长其使用寿命和起到稳定船舶电网的作用。解决现有技术的电动船采用电化学蓄电池，功率密度较低，不能满足负载瞬间最大功率的需求，引起电网电压波动和闪变，造成电气设备不能正常工作，以及可能使电网瓦解的技术问题。本技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种电动船混合主电源系统，由超级电容器组4和主锂离子电池组2组成混合主电源，由DC/DC接口变换器6和超级电容器组4组合为集成储能装置，电动船混合主电源系统分为三种结构，其中：直流母线直流电力推进主电源系统，包括直流母线1、主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3、电池管理系统BMS34、超级电容器组4、充电装置5、DC/DC接口变换器6、DC/DC功率变换器7、DC/AC逆变器8、驱动控制保护电路10、直流主推进电动机12、直流负载13、交流负载14；所述主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3与直流母线1相连，所述充电装置5分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，为主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3充电，所述电池管理系统BMS34分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，所述DC/DC接口变换器6的一端与直流母线1相连，DC/DC接口变换器6的另一端与超级电容器组4相连，所述DC/DC功率变换器7的输入端与直流母线1相连，DC/DC功率变换器7的输出端与直流主推进电动机12相连，所述驱动控制保护电路10分别与DC/DC接口变换器6、DC/DC功率变换器7相连，所述直流负载13与直流母线1相连，所述DC/AC逆变器8的一端与直流母线1相连，DC/AC逆变器8的另一端与交流负载14相连；直流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线1、主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3、电池管理系统BMS34、超级电容器组4、充电装置5、DC/DC接口变换器6、变频器71、第一DC/AC逆变器81、第二DC/AC逆变器82、驱动控制保护电路10、直流负载13、交流负载14、交流主推进电动机15；所述主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3与直流母线1相连，所述充电装置5分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，为主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3充电，所述电池管理系统BMS34分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，所述DC/DC接口变换器6的一端与直流母线1相连，DC/DC接口变换器6的另一端与超级电容器组4相连，所述第二DC/AC逆变器82的一端与直流母线1相连，第二DC/AC逆变器82的另一端与变频器71输入端相连，所述变频器71输出端与交流主推进电动机15相连，所述驱动控制保护电路10分别与DC/DC接口变换器6、变频器71相连，所述第一DC/AC逆变器81的一端与直流母线1相连，第一DC/AC逆变器81的另一端与交流负载14相连，所述直流负载13与直流母线1相连；交流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线1、交流母线101、主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3、电池管理系统BMS34、超级电容器组4、充电装置5、DC/DC接口变换器6、变频器71、DC/AC逆变器8、驱动控制保护电路10、直流负载13、交流负载14、交流主推进电动机15、AC/AC电压变换器16；所述主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3与直流母线1相连，所述充电装置5分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，为主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3充电，所述电池管理系统BMS34分别与主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3相连，所述DC/DC接口变换器6的一端与直流母线1相连，DC/DC接口变换器6的另一端与超级电容器组4相连，所述交流母线101通过DC/AC逆变器8与直流母线1相连，所述交流负载14通过AC/AC电压变换器16与交流母线101相连，所述变频器71的输入端与交流母线101相连，变频器71的输出端与交流主推进电动机15相连，所述驱动控制保护电路10分别与DC/DC接口变换器6、变频器71相连，所述直流负载13与直流母线1相连。本技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：前述电动船混合主电源系统，还包括主备蓄电池组热备用电路，主备蓄电池组热备用电路包括直流母线1、主锂离子电池组2、后备锂离子电池组3、超级电容器组4、DC/DC接口变换器6、断路器1Q、断路器2Q，所述主锂离子电池组2经断路器1Q与直流母线1相连，所述后备锂离子电池组3经断路器2Q与直流母线1相连，所述直流母线1与DC/DC接口变换器6相连，所述DC/DC接口变换器6与超级电容器组4相连，主备蓄电池组热备用电路控制电路，包括熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU、熔断器4FU、主令开关1S、主令开关2S、中间继电器K、断路器1Q失压脱扣线圈1T、断路器2Q失压脱扣线圈2T，所述熔断器1FU的进线端接主锂离子电池组2的正极，熔断器1FU的出线端经主令开关1S、断路器2Q的常闭辅助触点、断路器1Q的线圈、熔断器2FU接主锂离子电池组2的负极，所述断路器1Q的常开辅助触点与断路器1Q失压脱扣线圈1T串联，串联电路的两端分别连接熔断器1FU、熔断器2FU的出线端，所述中间继电器K的线圈两端分别连接熔断器1FU、熔断器2FU的出线端，所述熔断器3FU的进线端接后备锂离子电池组3正极，熔断器3FU的出线端经中间继电器K的常闭触点、主令开关2S、断路器1Q的常闭辅助触点、断路器2Q的线圈、熔断器4FU接后备锂离子电池组3的负极，所述断路器2Q的常闭辅助触点的一端接于中间继电器K常闭触点和主令开关2S之间，断路器2Q的常闭辅助触点的另一端串联断路器2Q失压脱扣线圈2T后接熔断器4FU的出线端。前述电动船混合主电源系统，其中DC/DC接口变换器6选用双向型，在直流母线与超级电容器组之间进行双向能量传输，其功率、电压与超级电容器组的功率、电压相匹配；DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动船混合主电源系统，其特征在于，由超级电容器组和主锂离子电池组组成混合主电源，由DC/DC接口变换器和超级电容器组组合为集成储能装置，电动船混合主电源系统分为三种结构，其中：直流母线直流电力推进主电源系统，包括直流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、DC/DC功率变换器、DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流主推进电动机、直流负载、交流负载；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述DC/DC功率变换器的输入端与直流母线相连，DC/DC功率变换器的输出端与直流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、DC/DC功率变换器相连，所述直流负载与直流母线相连，所述DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，DC/AC逆变器的另一端与交流负载相连；直流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、变频器、第一DC/AC逆变器、第二DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流负载、交流负载、交流主推进电动机；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述第二DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，第二DC/AC逆变器的另一端与变频器输入端相连，所述变频器输出端与交流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、变频器相连，所述第一DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，第一DC/AC逆变器的另一端与交流负载相连，所述直流负载与直流母线相连；交流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线、交流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、变频器、DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流负载、交流负载、交流主推进电动机、AC/AC电压变换器；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述交流母线通过DC/AC逆变器与直流母线相连，所述交流负载通过AC/AC电压变换器与交流母线相连，所述变频器的输入端与交流母线相连，变频器的输出端与交流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、变频器相连，所述直流负载与直流母线相连。...

【技术特征摘要】
1.一种电动船混合主电源系统，其特征在于，由超级电容器组和主锂离子电池组组成混合主电源，由DC/DC接口变换器和超级电容器组组合为集成储能装置，电动船混合主电源系统分为三种结构，其中：直流母线直流电力推进主电源系统，包括直流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、DC/DC功率变换器、DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流主推进电动机、直流负载、交流负载；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述DC/DC功率变换器的输入端与直流母线相连，DC/DC功率变换器的输出端与直流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、DC/DC功率变换器相连，所述直流负载与直流母线相连，所述DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，DC/AC逆变器的另一端与交流负载相连；直流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、变频器、第一DC/AC逆变器、第二DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流负载、交流负载、交流主推进电动机；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述第二DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，第二DC/AC逆变器的另一端与变频器输入端相连，所述变频器输出端与交流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、变频器相连，所述第一DC/AC逆变器的一端与直流母线相连，第一DC/AC逆变器的另一端与交流负载相连，所述直流负载与直流母线相连；交流母线交流电力推进主电源系统，包括直流母线、交流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、电池管理系统BMS、超级电容器组、充电装置、DC/DC接口变换器、变频器、DC/AC逆变器、驱动控制保护电路、直流负载、交流负载、交流主推进电动机、AC/AC电压变换器；所述主锂离子电池组、后备锂离子电池组与直流母线相连，所述充电装置分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，为主锂离子电池组、后备锂离子电池组充电，所述电池管理系统BMS分别与主锂离子电池组、后备锂离子电池组相连，所述DC/DC接口变换器的一端与直流母线相连，DC/DC接口变换器的另一端与超级电容器组相连，所述交流母线通过DC/AC逆变器与直流母线相连，所述交流负载通过AC/AC电压变换器与交流母线相连，所述变频器的输入端与交流母线相连，变频器的输出端与交流主推进电动机相连，所述驱动控制保护电路分别与DC/DC接口变换器、变频器相连，所述直流负载与直流母线相连。2.如权利要求1所述的电动船混合主电源系统，其特征在于，还包括主备蓄电池组热备用电路，主备蓄电池组热备用电路包括直流母线、主锂离子电池组、后备锂离子电池组、超级电容器组、DC/DC接口变换器、断路器1Q、断路器2Q，所述主锂离子电池组经断路器1Q与直流母线相连，所述后备锂离子电池组经断路器2Q与直流母线相连，所述直流母线与DC/DC接口变换器相连，所述DC/DC接口变换器与超级电容器组相连，主备蓄电池组热备用电路控制电路，包括熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU、熔断器4FU、主令开关1S、主令开关2S、中间继电器K、断路器1Q失压脱扣线圈1T、断路器2Q失压脱扣线圈2T，所述熔断器1FU的进线端接主锂离子电池组的正极，熔断器1FU的出线端经主令开关1S、断路器2Q的常闭辅助触点、断路器1Q的线圈、熔断器2FU接主锂离子电池组的负极，所述断路器1Q的常开辅助触点与断路器1Q失压脱扣线圈1T串联，串联电路的两端分别连接熔断器1FU、熔断器2FU的出线端，所述中间继电器K的线圈两端分别连接熔断器1FU、熔断器2FU的出线端，所述熔断器3FU的进线端接后备锂离子电池组正极，熔断器3FU的出线端经中间继电器K的常闭触点、主令开关2S、断路器1Q的常闭辅助触点、断路器2Q的线圈、熔断器4FU接后备锂离子电池组的负极，所述断路器2Q的常闭辅助触点的一端接于中间继电器K常闭触点和主令开关2S之间，断路器2Q的常闭辅助触点的另一端串联断路器2Q失压脱扣线圈2T后接熔断器4FU的出线端。3.如权利要求1所述的电动船混合主电源系统，其特征在于，其中DC/DC接口变换器选用双向型，在直流母线与超级电容器组之间进行双向能量传输，其功率、电压与超级电容器组的功率、电压相匹配；DC/DC接口变换器根据超级电容器组与直流母线的动态电压变化，自动控制超级电容器组进行充/放电；DC/DC接口变换器对超级电容器组的荷电状况进行管理，根据混合主电源电力系统的实时功率状况，自动控制超级电容器组的充/放电的电流大小和速度，能对直流母线进行补偿和提供瞬间峰值功率；DC/DC接口变换器在直流母线和超级电容器组之间进行功率分配，即负载正常平稳功率由锂离子电池组供电，由超级电容器进行功率补偿提高电网稳定性，出现瞬间峰值功率由超级电容器组提供功率减小电网波动；DC/DC接口变换器设置超级电容器的响应灵敏度，按主推进的技术要求，当出现瞬间峰值功率时，超级电容器的动态响应时间应符合混合主电源保持稳定的要求；DC/DC接口变换器对超级电容器组进行监测，显示超级电容器组的运行参数，并提供远程监测接口；DC/DC接口变换器对超级电容器组的短踣、过流、过压、过温...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁笑寒，温莉，张发平，陈智同，高波，周洋，
申请(专利权)人：江苏中智海洋工程装备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32