一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船的製作方法
2023-06-11 04:38:21
一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，包括控制器、儲能電堆、DC/DC充電機、超級電容堆、並聯式輸出系統和快速充電裝置插件，控制器分別與儲能電堆、DC/DC充電機和超級電容堆相連，用於控制能源補充、傳遞和儲能；儲能電堆的輸出端與DC/DC充電機相連，儲能電堆用於存儲能源，DC/DC充電機用於將儲能電堆中的能源轉移至超級電容堆；超級電容堆的輸入端與DC/DC充電機相連，輸出端與並聯式輸出系統相連，超級電容堆用於瞬間釋放能量，並聯式輸出系統用於進行通道擴容；並聯式輸出系統的輸出端通過輸出集合裝置與快速充電裝置插件相連。本實用新型實現了對被補給船的快速充電。
【專利說明】一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種能源補給船，特別是涉及一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船。
【背景技術】
[0002]在傳統的概念中，「飛機的空中能源補給」是人們所認知的，一架具有足夠燃油的加油機在空中飛行的過程中，對一架需要燃油補給的飛機實施航行過程中的動態能源補
5口 O
[0003]在設計純電動船的過程中，為了提高船舶的續航能力，必須加大整船的動力電池的配置數量，以提高能量的儲備增加續航能力。可是，船舶的負載能力是有限的，即所能承載的電池容量是有限的，為了增加其續航裡程，利用「飛機的空中能源補給」操作方式，對航道中運行的船舶在其出現能量不足時採用動態能源補給成了亟需解決的問題。而在動態補給過程中，最重要的就是如何在短時間內使得被補給船迅速充滿電。研究和提出快速充電過程時，將被電能的提供渠道或裝置的瞬間爆發能力所制約，幾十甚至上百千瓦的瞬時功率提供，在短時間內給出數千安培以上的電流，這在電網的提供上本身處於一種嚴重的瓶頸，現實幾乎是無可想像的，這就嚴重製約了充電過程時間問題。目前普遍的現實規律是，一輛純電動船的充電時間往往是數小時或4?8小時，甚至更長。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，實現了對被補給船的快速充電。
[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，包括控制器、儲能電堆、DC/DC充電機、超級電容堆、並聯式輸出系統和快速充電裝置插件，所述控制器分別與儲能電堆、DC/DC充電機和超級電容堆相連，用於控制能源補充、傳遞和儲能；所述儲能電堆的輸出端與所述DC/DC充電機相連，所述儲能電堆用於存儲能源，所述DC/DC充電機用於將儲能電堆中的能源轉移至所述超級電容堆；所述超級電容堆的輸入端與所述DC/DC充電機相連，輸出端與所述並聯式輸出系統相連，所述超級電容堆用於瞬間釋放能量，所述並聯式輸出系統用於進行通道擴容；所述並聯式輸出系統的輸出端通過輸出集合裝置與所述快速充電裝置插件相連。
[0006]所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船還包括與控制器相連的輸入充電裝置，所述輸入充電裝置的輸入端與電源輸入端相連，輸出端與所述儲能電堆的輸入端相連，所述輸入充電裝置用於為所述儲能電堆充電。
[0007]所述控制器由DSP數字控制器和FPGA邏輯組合控制器構成。
[0008]所述輸入充電裝置為AC/DC充電機系統或DC/DC充電機系統。
[0009]所述並聯式輸出系統由2-20個過程通道並聯而成。
[0010]所述儲能電堆包括鋰電池系統和電池管理系統，所述鋰電池系統用於存儲能源和向能源補給船提供能源，所述電池管理系統用於對所述鋰電池系統進行管理和控制。
[0011]有益效果
[0012]由於採用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本實用新型的能量通過積木疊加的形式進行擴容，其能量的傳遞過程，可以在瞬間達到數千安排甚至更高，實現了對被補給船的快速充電，其充電時間取決於快速充電機的並聯個數，當並聯個數多時，系統所需的充電時間就短，基本的時間單位可以是數十分鐘或更短。本實用新型中除了電流可以受控擴大，其構成功率特徵的電壓也可以疊加至上千伏特，並且在進行能量釋放或極快地傳遞時，由於是獨立的儲能系統的能量釋放，因此，對外界不產生影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的系統結構框圖；
[0014]圖2是本實用新型的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0016]本實用新型的實施方式涉及一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，如圖1所示，包括控制器1、儲能電堆4、DC/DC充電機6、超級電容堆7、並聯式輸出系統8和快速充電裝置插件10，所述控制器I分別與儲能電堆4、DC/DC充電機6和超級電容堆7相連，用於控制能源補充、傳遞和儲能；所述儲能電堆4的輸出端與所述DC/DC充電機6相連，所述儲能電堆4用於存儲能源，所述DC/DC充電機6用於將儲能電堆4中的能源轉移至所述超級電容堆7 ;所述超級電容堆7的輸入端與所述DC/DC充電機6相連，輸出端與所述並聯式輸出系統8相連，所述超級電容堆7用於瞬間釋放能量，所述並聯式輸出系統8用於進行通道擴容；所述並聯式輸出系統8的輸出端通過輸出集合裝置9與所述快速充電裝置插件10相連。
[0017]所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船還包括與控制器I相連的輸入充電裝置3，所述輸入充電裝置3的輸入端與電源輸入端2相連，輸出端與所述儲能電堆4的輸入端相連，所述輸入充電裝置3用於為所述儲能電堆4充電。
[0018]本實用新型補給船的所有能量傳遞過程都受控於控制器，該控制器由DSP數字控制器和FPGA邏輯組合控制器構成。所有能源的補充、傳遞、儲能，以及動態過程的監管，都受制於此。本控制器構成了全船的網絡系統，所有的控制監管過程全部由網絡系統完成協調控制。
[0019]首先，本實用新型的補給船需要自身能源的補充，其可以是通過直流系統接入DC/DC系統，也可以通過交流系統提供，即AC/DC提供能量，這一部分為輸入充電裝置3，該輸入充電裝置3的輸入端與電源輸入端2相連。能量首先被存入船上的儲能電堆4中，並在系統控制器的協調控制下，經由BMS系統對鋰電池系統進行管理和控制。鋰電池的能量通過通道5轉移，通過DC/DC充電機系統6將能量轉移至超級電容堆7，考慮到整個能量轉移過程中要儘量地縮短時間，因此使用具有很大瞬時功率的超級電容組成超級電容堆。超級電容的能量通過一組並聯式的DC/DC充電系統8，將傳遞能量的過程通道擴容，其並聯的數量可以視需求量而定，可以從2個到20個不等，通過靈活的組合，即能滿足能量快速傳遞的需求。並聯組合後的電能，通過輸出集合裝置9和快速充電裝置的插件10與被補給船相連接，完成了最終能量的傳遞。其中，所有的能量控制過程都受控於控制器。
[0020]本實用新型將動力鋰電池構成的儲能電堆架構安裝於船上，構成了能源補給船。該補給船的主要功能就是將岸電的能量轉移至船上，利用儲存的電能給移動航行中的純電動船舶補充能量，以使行進中的被充電船舶完成航行任務。
[0021]被補給的船在航道中運行，可以在補給船的前方或後方，通過快速的充電插口連結，即能將補給船的能量轉移到被補給的、需要能量的船舶，由於充電過程都是在航行中完成的，因此充電過程不影響船舶的航行和運輸。
[0022]由於本實用新型的出現，可以將一些內河船舶的航行距離大大增強，實現了遠距離的電動船航行，即這一增程模式為新能源在船舶航行領域無疑將起到巨大的推動作用。
[0023]能源補給電動船首先必須接受岸電能量的傳輸，如圖2所示，岸電的輸入可以是通過大功率充電機3的DC/DC或AC/DC，將能量傳送至補給船的鋰電池儲能系統4，該鋰電池儲能系統4的容量由該船舶的空間容量決定，其電量可以是IOOKwh?IOMwh或更高，該儲存的能量除了一部分用於自身的航行需要，即與被補給船同時航行若干時段的提供動力夕卜，其餘的將都被用作能量的補給給它船。在補給的過程中，首先要將鋰電池的能量通過DC/DC充電機6將轉移至超級電容堆7上，這樣結構安排是考慮超級電容所以能提供的功率特徵明顯優於鋰電池系統，由於有了超級電容的存在，因此，後續並聯式充電系統6便可以提供很大的瞬間能量，所有的能量提供過程全部將受控於控制器1，該控制器I為能量補給船的核心船載控制器，負責監管了整個能量的轉移過程，包括岸電能量的轉移、儲能等等。
[0024]當能源補給船與被補給船同向航行過程中，二條船的相對速度是靜止的，因此通過充電機的快速插件10，即能將能量傳輸至被補給的船。在這個過程中，充電電纜11起到了能量的連接作用，在充電過程中，控制電纜12將控制訊息進行連結傳遞，以確保在安全條件下將能量快速轉移。通過二條船的通向一段航行距離，被補給船的儲能系統的能量得到了有效的補充，增加了該船的續航裡程。
[0025]不難發現，本實用新型的能量通過積木疊加的形式進行擴容，其能量的傳遞過程，可以在瞬間達到數千安排甚至更高，實現了對被補給船的快速充電，其充電時間取決於快速充電機的並聯個數，當並聯個數多時，系統所需的充電時間就短，基本的時間單位可以是數十分鐘或更短。本實用新型中除了電流可以受控擴大，其構成功率特徵的電壓也可以疊加至上千伏特，並且在進行能量釋放或極快地傳遞時，由於是獨立的儲能系統的能量釋放，因此，對外界不產生影響。
【權利要求】
1.一種超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，包括控制器(I)、儲能電堆(4)、DC/DC充電機(6)、超級電容堆(7)、並聯式輸出系統(8)和快速充電裝置插件(10)，其特徵在於，所述控制器(I)分別與儲能電堆(4)、DC/DC充電機(6)和超級電容堆(7)相連，用於控制能源補充、傳遞和儲能；所述儲能電堆(4)的輸出端與所述DC/DC充電機(6)相連，所述儲能電堆(4 )用於存儲能源，所述DC/DC充電機(6 )用於將儲能電堆(4 )中的能源轉移至所述超級電容堆(7);所述超級電容堆(7)的輸入端與所述DC/DC充電機(6)相連，輸出端與所述並聯式輸出系統(8)相連，所述超級電容堆(7)用於瞬間釋放能量，所述並聯式輸出系統(8)用於進行通道擴容；所述並聯式輸出系統(8)的輸出端通過輸出集合裝置(9)與所述快速充電裝置插件(10 )相連。
2.根據權利要求1所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，其特徵在於，還包括與控制器(I)相連的輸入充電裝置(3 )，所述輸入充電裝置(3 )的輸入端與電源輸入端(2)相連，輸出端與所述儲能電堆(4)的輸入端相連，所述輸入充電裝置(3)用於為所述儲能電堆(4)充電。
3.根據權利要求1所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，其特徵在於，所述控制器(I)由DSP數字控制器和FPGA邏輯組合控制器構成。
4.根據權利要求1所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，其特徵在於，所述輸入充電裝置(3)為AC/DC充電機系統或DC/DC充電機系統。
5.根據權利要求1所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，其特徵在於，所述並聯式輸出系統(8)由2-20個過程通道並聯而成。
6.根據權利要求1所述的超級電容和動力鋰電池構成的能源補給船，其特徵在於，所述儲能電堆(4)包括鋰電池系統和電池管理系統，所述鋰電池系統用於存儲能源和向能源補給船提供能源，所述電池管理系統用於對所述鋰電池系統進行管理和控制。
【文檔編號】B63B35/00GK203691007SQ201420016568
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】陸政德 申請人:上海瑞華(集團)有限公司