一种电动货船的智能充换电系统及其设计方法技术方案

一种电动货船的智能充换电系统及其设计方法，其中系统包括若干个电池模组

【技术实现步骤摘要】
一种电动货船的智能充换电系统及其设计方法


[0001]本专利技术涉及电动船电池智能系统
，特别是一种电动货船的智能充换电系统及其设计方法
。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的高速发展，动力电池的能量密度及安全性可靠性也逐步提高
。
同时，伴随着环保意识的提高，相关环保法规的完善，各类交通运输工具由燃料动力转为电池动力成为趋势
。
另一方面，电动船舶相比较于常规柴油机船舶，无论是从运营成本还是船舶智能化的角度，都有更大的优势
。
[0003]需要注意的是小型游船的电池容量要求不大，所以使用到的动力电池相对来说功率和容量要求不高，实现电动化难度不大，在各类景区景点已经广泛得使用电动船舶；大型轮船对于动力要求和续航要求太高，目前很难实现动力
(
纯电
)
电动化
。
本专利技术更多的是针对固定业务的电动货运船舶
。
[0004]与其他用途的船舶不同，货运船舶的航线航程相对明确且固定，有明确的去程和返程载重，因此去程和返程的电池容量与功率要求明确
。
如往返于原材料货运码头和火力发电站之间，用作运输煤炭燃料的货运船舶
。
[0005]由于船舶靠岸后，停泊时间有限，如果使用交流充电
(
慢充
)
，难以满足电动货船的运营时长要求
。
目前直流快充装置已经广泛应用，但对于大容量电池，其充电时间仍然过长
。
>具体的，以常见的
4000kWh
的货船为例，如果使用目前市面上常见的
480kW
的直流快充，两台快充充电器同时进行充电，其充电时间仍要
4h
以上，对于运营型的货船来说，大量时间浪费在等待充电上
。
会极大地拉低船舶的运营效益
。
同时，直流快充，尤其是大电流本身对于线缆的要求极高，且船只在港时仍然也会随水流浮动，对于充电接口的寿命而言，也是一个极大挑战
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种充电速度快，成本低的电动货船的智能充换电系统及其设计方法
。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]本专利技术之一种电动货船的智能充换电系统，包括：
[0009]若干个电池模组，所述电池模组作为可操作和替换的最小换电单元，其包括
M
个并联连接的电池簇和电池管理系统，其中
M≥1
；所述电池簇由多个电芯串联形成；船舶按照整船额定配置的电池模组数量为
N
；船舶按照实际航行过程中的电能需求配置的实际装载的电池模组数量为
n
，且
n≤N
；实际装载的电池模组数量配置要比配置数量理论计算值的临界点至少大1，使得单个电池模组发生故障时，剩下的电池模组能支撑整船完成剩余的航行；所述电池管理系统用于对电池模组进行充放电启停和均衡控制
、
对电芯的电压电流与温度进行监测，以及与后台管理平台或智能充电装置进行通讯；
[0010]智能充电装置，设于充电站，用于为电池模组提供充电的电能，并与所述电池管理系统进行通讯，获取电池模组的参数信息；
[0011]智能换电装置，设于换电站，用于将用过的电池模组运输至充电站，以及将满充的电池模组装载至船舶上
。
[0012]进一步，所述若干个电池模组以并联形式连接到船舶的汇流条上
。
[0013]进一步，所述电池模组还包括与电池管理系统连接的触摸屏和指示灯；所述电池管理系统的
MCU
包括运算逻辑模块
、ADC
模块
、CAN
模块和
Uart
模块；电池模组经充放电控制模块和均衡模块连接所述运算逻辑模块，以对电池模组进行充放电启停和均衡控制；运算逻辑模块还用于对电池模组的
SOC、SOH
进行计算；电池模组还连接用于检测电芯温度的电芯温度传感器
、
用于检测电芯电压
、
电流的电压
/
电流检测传感器；电芯温度传感器和电流的电压
/
电流检测传感器均连接至
BMS
的
ADC
模块，用于对电芯的电压电流与温度进行监测；运算逻辑模块的输出端连接指示灯；
CAN
模块用于与上级管理平台或智能充电装置进行通讯；
Uart
模块连接触摸屏，通过触摸屏监测电池模组的参数信息
。
[0014]进一步，所述智能充电装置包括：
[0015]大功率直流电源模块，用于为电池模组提供充电的电能；
[0016]通讯模块，用于与所述电池管理系统进行通讯；
[0017]人机交互模块，包括触摸屏与后台管理平台，所述触摸屏用于对单台智能充电装置进行设置与状态检查；所述后台管理平台为所有智能充电装置汇总的平台，对接入系统的智能充电装置进行信息汇总与集中控制，产生运营信息记录，以辅助后续充电与控制策略的制定；
[0018]主控模块，用于综合来自外部的指令与系统当前的运行状态，对整个系统进行控制，当系统发生运行异常时，及时发起相应的告警动作和保护动作；
[0019]充电接口模块，用于连接若干个电池模组
。
[0020]进一步，所述智能换电装置包括起重装置和运输装置，所述运输装置设于换电站与充电站之间，通过既定的传输路径对满电或待充电的电池模组进行输送
。
[0021]本专利技术之一种电动货船的智能充换电系统的设计方法，包括电池模组的规格设计，步骤如下：
[0022](1)
设计货运航线的实际使用场景以“顺流运货，逆流返航”为主；
[0023](2)
设计实际装载的电池模组数量配置要比配置数量理论计算值的临界点至少大1；
[0024](3)
多个电芯以串联组成达到工作电压的电池簇，其容量
C
rack
取决于电芯型号，在直流母线电压设计值确定后，电芯串数为定值；最小换电单元由
M
个电池簇并联形成，结构上为一体且不可拆分的电池模组，其中
M≥1
；
[0025](4)
将单个电池模组的电量记为
w
P
，则
w
P
＝
M*C
rack
；整船额定配置的电池模组数量为
N
，即整船的最大电量为
N*w
P
；
[0026](5)
设计货船满载由上货点到卸货点所消耗的总能量需求为
W
f
，空载由卸货点返回上货点所消耗的总能量需求为
W0；实际运行情况中，船舶的航线运行过程
W0与...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电动货船的智能充换电系统，其特征在于，包括：若干个电池模组，所述电池模组作为可操作和替换的最小换电单元，其包括
M
个并联连接的电池簇和电池管理系统，其中
M≥1
；所述电池簇由多个电芯串联形成；船舶按照整船额定配置的电池模组数量为
N
；船舶按照实际航行过程中的电能需求配置的实际装载的电池模组数量为
n
，且
n≤N
；实际装载的电池模组数量配置要比配置数量理论计算值的临界点至少大1，使得单个电池模组发生故障时，剩下的电池模组能支撑整船完成剩余的航行；所述电池管理系统用于对电池模组进行充放电启停和均衡控制
、
对电芯的电压电流与温度进行监测，以及与后台管理平台或智能充电装置进行通讯；智能充电装置，设于充电站，用于为电池模组提供充电的电能，并与所述电池管理系统进行通讯，获取电池模组的参数信息；智能换电装置，设于换电站，用于将用过的电池模组运输至充电站，以及将满充的电池模组装载至船舶上
。2.
根据权利要求1所述的电动货船的智能充换电系统，其特征在于，所述若干个电池模组以并联形式连接到船舶的汇流条上
。3.
根据权利要求1所述的电动货船的智能充换电系统，其特征在于，所述电池模组还包括与电池管理系统连接的触摸屏和指示灯；所述电池管理系统的
MCU
包括运算逻辑模块
、ADC
模块
、CAN
模块和
Uart
模块；电池模组经充放电控制模块和均衡模块连接所述运算逻辑模块，以对电池模组进行充放电启停和均衡控制；运算逻辑模块还用于对电池模组的
SOC、SOH
进行计算；电池模组还连接用于检测电芯温度的电芯温度传感器
、
用于检测电芯电压
、
电流的电压
/
电流检测传感器；电芯温度传感器和电流的电压
/
电流检测传感器均连接至
BMS
的
ADC
模块，用于对电芯的电压电流与温度进行监测；运算逻辑模块的输出端连接指示灯；
CAN
模块用于与上级管理平台或智能充电装置进行通讯；
Uart
模块连接触摸屏，通过触摸屏监测电池模组的参数信息
。4.
根据权利要求1所述的电动货船的智能充换电系统，其特征在于，所述智能充电装置包括：大功率直流电源模块，用于为电池模组提供充电的电能；通讯模块，用于与所述电池管理系统进行通讯；人机交互模块，包括触摸屏与后台管理平台，所述触摸屏用于对单台智能充电装置进行设置与状态检查；所述后台管理平台为所有智能充电装置汇总的平台，对接入系统的智能充电装置进行信息汇总与集中控制，产生运营信息记录，以辅助后续充电与控制策略的制定；主控模块，用于综合来自外部的指令与系统当前的运行状态，对整个系统进行控制，当系统发生运行异常时，及时发起相应的告警动作和保护动作；充电接口模块，用于连接若干个电池模组
。5.
根据权利要求1所述的电动货船的智能充换电系统，其特征在于，所述智能换电装置包括起重装置和运输装置，所述运输装置设于换电站与充电站之间，通过既定的传输路径对满电或待充电的电池模组进行输送
。6.
一种电动货船的智能充换电系统的设计方法，其特征在于，包括电池模组的规格设计，步骤如下：
(1)
设计货运航线的实际使用场景以“顺流运货，逆流返航”为主；
(2)
设计实际装载的电池模组数量配置要比配置数量理论计算值的临界点至少大1；
(3)
多个电芯以串联组成达到工作电压的电池簇，其容量
C
rack
取决于电芯型号，在直流母线电压设计值确定后，电芯串数为定值；最小换电单元由

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天宇，樊成芳，
申请(专利权)人：武汉天和技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：