动力电池单元及其使用、充电和故障维护方法技术

本发明专利技术公开了一种动力电池单元及其使用、充电和故障维护方法；动力电池单元包括箱体，箱体内设有多个锂电池包；箱体上开设有箱门；箱体内设有搁架和内部控制柜；锂电池包和内部控制柜均设于搁架上；锂电池包与内部控制柜电连接；内部控制柜连接有对外快速接口；对外快速接口嵌设于箱体的侧面；箱体内腔的底部上固设有导轨，搁架底部固设有滚轮，滚轮滑设于导轨上；搁架和箱体之间设有可拆卸式的锁止机构。本发明专利技术使动力电池系统形成标准化单元模块，电池包可连同搁架移出箱体进行维护；可以避免电池在船上充电带来的安全隐患，提高船舶运营安全。

【技术实现步骤摘要】
动力电池单元及其使用、充电和故障维护方法
本专利技术涉及船舶
，特别涉及一种动力电池单元及其使用、充电和故障维护方法。
技术介绍
近年来，电池性能的发展、电池上船安全性的提高以及价格的下降，电储能在船舶上的应用越来越广泛。通过在船上设置锂电池储能系统并将其接入船舶电网，可以起到应急备用、削峰填谷、调峰调频等作用，从而优化船舶发动机的运行状态，实现降低排放、提升船舶运营经济性的目的。但随着排放政策的日趋严格，电池与常规油、气发动机混合使用的方案将无法满足未来即将生效的最严苛的废气污染物及碳排放限值要求，因而采取更大规模电池应用的纯电池动力船舶需求将逐年增多。目前已经有纯电池动力船舶投入使用，其技术方案及系统设备较多借鉴了纯电动汽车领域的技术。公开号为CN111547203A的专利公开了一种模块化设计的内河小型锂电池动力船，这种技术方案是当前较为典型的采用纯电池作为动力的船舶技术方案。在当前应用较为广泛的技术方案中，锂电池组替代原有的常规油、气发动机，作为船舶的电力来源布置在船体内部，电池系统与船舶电网相连，同时在船体上设置了对外接口，用于连接岸端充电枪，利用陆地电网对船上的电池组进行充电。在这种技术方案中，由于电池组固定安装在船体内部，对电池组的维护以及故障后的更换等工作均需在船上舱室内完成。现有技术中另一类方案借鉴了陆地箱式储能单元的技术方案，将锂电池组布置在集装箱内，再将集装箱装设在船舶的露天甲板上，电池组通过电缆与船舶电气系统相连。公开号为CN110481748A的专利公开了一种集装箱式船用电池储能系统。与前一种技术相比，这种技术方案一定程度上节约了船舶的内部空间，但充电依然需要依靠岸基设施，通过充电枪先将岸电连接至船舶电网、再通过电网向电池充电。同时，该技术方案中电池组固定安装在集装箱内部，对电池组的维护以及故障后的更换等工作需要在集装箱内完成。现有技术方案将锂电池组布置在船体内部时，受电池本身能量密度和船体空间限制，难以达到较高的功率输出或总能量储存；现有技术方案将锂电池布置在集装箱内时，由于需要考虑电池的更换和维护，会导致集装箱内部空间无法充分利用，同样降低了总能量储存。上述因素导致纯电池动力船舶单位空间携带能量低、浪费空间、影响船舶经济性。现有技术方案中，锂电池组的充电需要依靠岸上设置与船舶相连，在船舶靠岸时完成充电。受制于充电功率、码头充电设施以及港口配电状况，现有技术方案的船舶难以在短时间内完成能量补充，在能量消耗后需要长时间占用码头停泊时间进行能量补充，影响船舶运营效率。以上电池技术方案造成的对空间的影响和对效率的影响导致纯电池动力船舶的应用场景收到制约，目前纯电池动力船舶基本仅能应用于小型船舶，且局限于短航程、有固定运营时段、有较长码头停泊时间的游览船、渡船等，难以将方案向货物运输船领域推广。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种动力电池单元及其使用、充电和故障维护方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种动力电池单元，其包括箱体，箱体内设有多个锂电池包；箱体上开设有箱门；箱体为长方体状的金属箱体；箱体内设有搁架和内部控制柜；锂电池包和内部控制柜均设于搁架上；锂电池包与内部控制柜电连接；内部控制柜连接有对外快速接口；对外快速接口嵌设于箱体的侧面；箱体内腔的底部上固设有导轨，搁架底部固设有与可使搁架在导轨上移动的滚轮，滚轮设于导轨上；搁架和箱体之间设有可拆卸式的锁止机构；箱体内还设有用于控制集装箱内部环境温度的内部环境控制系统和用于在火灾发生时发出报警并灭火的内部消防系统；箱体内还设有用于在动力电池单元处于非供电及充电工况时向内部系统和监测装置提供电力的内部维持系统；内部环境控制系统和内部消防系统均连接于内部维持系统。搁架具有多个可放置锂电池包的放置层。箱门和对外快速接口设于箱体的同一侧面上。箱体内表面设有防火绝缘层。箱门的宽度大于搁架的宽度。锁止机构不与箱门所在的箱体侧面连接。内部控制柜和对外快速接口之间通过动力电缆和控制电缆连接。箱门上还嵌有可以显示动力电池单元的运行参数并对动力电池单元进行控制操作的就地监控器；就地监控器连接于内部维持系统。箱体为船用集装箱的箱体。搁架的材料为钢质。一种动力电池单元的使用方法，其包括以下步骤：将前述的动力电池单元吊装于船舶上，船舶上设有与动力电池单元的对外快速接口相适配的外部接口，船舶上还设有用于驱动外部接口的接口连接机构；接口连接机构驱动外部接口与动力电池单元的对外快速接口接通；动力电池单元向船舶电力系统供电。接口连接机构固定于船舶上，接口连接机构具有能够使外部接口移动的液压机构或电动机构。船舶上设有可以对动力电池单元内部的状态参数进行监测并进行控制的船舶监控系统。一种动力电池单元的充电方法，其包括以下步骤：将如权利要求1～10任意一项所述的动力电池单元运送至设于陆地上的运维场站内，运维场站内设有与动力电池单元的对外快速接口相适配的外部接口和接口连接机构；接口连接机构推动外部接口与动力电池单元的对外快速接口接通，对动力电池单元进行充电。接口连接机构固定于运维场站上，接口连接机构具有能够使外部接口移动的液压机构或电动机构。运维场站内设有可对动力电池单元内部的状态及参数进行监测并进行控制的场站监控系统。一种动力电池单元的故障维护方法，其包括以下步骤：将前述的动力电池单元运送至设于陆地上的运维场站内，开启动力电池单元的箱门，解开动力电池单元的锁止机构，通过拖曳装置将搭载有内部控制柜和锂电池包的搁架由箱体内拖出，对动力电池单元进行故障维护作业。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采取将锂电池包及内部控制柜置于可移动式搁架上，与其他辅助系统共同装设在标准集装箱内，并在箱体上设置快速对外接头的方式，使动力电池系统形成标准化单元模块，电池包可连同搁架移出箱体进行维护，箱体内部空间得到充分利用从而提高能量密度；通过在外部设置与箱体快速对外接头配套的外部接头以及接头连接机构，实现电池单元充电、供电的快速接通与断开，从而使应用本专利技术方案的船舶可以通过更换动力电池单元的方式快速补充能量；通过设置带有与箱体快速对外接头配套的外部接头以及接头连接机构的陆上专用运维场地，使动力电池单元无需在船上补充电能，从而避免充电环节事故风险对船舶的安全影响。通过应用本专利技术的技术方案，纯电池动力船舶所能携带的能量总量得到提升，可实现换电模式运营，避免因充电造成的码头停靠时间延长，使纯电池动力技术的应用得以扩展至长航程的货物运输船舶；可以避免电池在船上充电带来的安全隐患，提高船舶运营安全；可以为电池充电、维护提供适宜环境，延长电池寿命，提升系统可靠性；可以为人员简化操作、改善操作环境，提高人员作业安全。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的箱体内部俯视示意图。图2为图1中A-A剖视示意图。图3为本专利技术较佳实施例在船舶上使用时的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池单元，其包括箱体，箱体内设有多个锂电池包；箱体上开设有箱门；其特征在于，箱体为长方体状的金属箱体；箱体内设有搁架和内部控制柜；锂电池包和内部控制柜均设于搁架上；锂电池包与内部控制柜电连接；内部控制柜连接有对外快速接口；对外快速接口嵌设于箱体的侧面；箱体内腔的底部上固设有导轨，搁架底部固设有与可使搁架在导轨上移动的滚轮，滚轮设于导轨上；搁架和箱体之间设有可拆卸式的锁止机构；箱体内还设有用于控制集装箱内部环境温度的内部环境控制系统和用于在火灾发生时发出报警并灭火的内部消防系统；箱体内还设有用于在所述动力电池单元处于非供电及充电工况时向内部系统和监测装置提供电力的内部维持系统；内部环境控制系统和内部消防系统均连接于内部维持系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力电池单元，其包括箱体，箱体内设有多个锂电池包；箱体上开设有箱门；其特征在于，箱体为长方体状的金属箱体；箱体内设有搁架和内部控制柜；锂电池包和内部控制柜均设于搁架上；锂电池包与内部控制柜电连接；内部控制柜连接有对外快速接口；对外快速接口嵌设于箱体的侧面；箱体内腔的底部上固设有导轨，搁架底部固设有与可使搁架在导轨上移动的滚轮，滚轮设于导轨上；搁架和箱体之间设有可拆卸式的锁止机构；箱体内还设有用于控制集装箱内部环境温度的内部环境控制系统和用于在火灾发生时发出报警并灭火的内部消防系统；箱体内还设有用于在所述动力电池单元处于非供电及充电工况时向内部系统和监测装置提供电力的内部维持系统；内部环境控制系统和内部消防系统均连接于内部维持系统。


2.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，搁架具有多个可放置锂电池包的放置层。


3.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，箱门和对外快速接口设于箱体的同一侧面上。


4.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，箱体内表面设有防火绝缘层。


5.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，箱门的宽度大于搁架的宽度。


6.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，锁止机构不与箱门所在的箱体侧面连接。


7.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，内部控制柜和对外快速接口之间通过动力电缆和控制电缆连接。


8.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，箱门上还嵌有可以显示动力电池单元的运行参数并对动力电池单元进行控制操作的就地监控器；就地监控器连接于内部维持系统。


9.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，箱体为船用集装箱的箱体。


10.如权利要求1所述的动力电池单元，其特征在于，搁架的材料为钢质。...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁爽，张亦弛，杜鹏飞，陆懿东，
申请(专利权)人：上海船舶研究设计院中国船舶工业集团公司第六零四研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31