[发明专利]船用多系统集装箱式动力电池单元及其系统架构

说明书

本发明公开了一种船用多系统集装箱式动力电池单元及其系统架构；船用多系统集装箱式动力电池单元包括集装箱箱体和电池系统，电池系统包括至少两个电池子系统，每个电池子系统的电芯均相同，每个电池子系统的电池包均相同，每个电池子系统的电池成组方式均相同；每个电池子系统均设有电池管理系统；集装箱箱体上设有快速连接器。本发明中电池均衡性高，有利于电池寿命的延长；系统冗余性高；接口连接器配置参数小，尺寸小，经济性高；可组成不同的电力系统构架，使用更加灵活。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种船用多系统集装箱式动力电池单元及其系统架构。

背景技术

随着全球对环境保护的日益重视，以及新能源技术的快速发展，锂电池越来越多地应用于船舶储能及动力。由于船舶用电量大，特别是纯电池动力船舶，需配置的锂电池容量通常为MWh级别，结合安全性的考虑，船舶锂电池系统通常由多个电池模块/电池包串联和并联组成。锂电池组在船上的布置方式通常有两种：一种是固定安装于船体内的电池舱中，需在码头对电池系统进行充电；另一种是集成于一个集装箱内，可在码头对集装箱进行更换，实现船舶的换电，载有电池系统的集装箱可通过公路运输至充电场站进行充电。

与电动汽车类似，锂电池充电的时长是制约纯电池动力船舶应用的重要因素之一，特别是以营运效率为主要盈利指标的运输船舶。因此，船舶换电运营模式成为业内研究的热点之一。

目前，国内尚未有集装箱式电池动力单元取得中国船级社的认证。但是锂电池作为船舶主电源及推进电源已在内河游船中有所应用。目前的技术存在以下问题：

1、动力电池集装箱采用电缆固定连接的形式与船舶电网相连，接口电流越大，所需电缆规格及数量越多。无法频繁操作众多电缆的连接与断开，因此，该种类型的电池单元仅适用于固定安装于船舶的应用场景，无法满足换电运营船舶的使用要求。

2、考虑到运营的经济性，单个集装箱的电量越高，则运营的经济性越好。而电量越高，接口电流越大。一个标准的20尺集装箱，如考虑内部设置环境控制系统、安全系统及辅助系统等设备，基于目前已取得中国船级社的船用电池包产品，满足中国船级社的布置要求，大约可搭载的电量约为1500kWh～2000kWh。采用直流接口进行电量输出，按照船舶负载的用电特性，接口电流大约在千安培级别。通常船用大电流连接器多为交流电制，而电动汽车常用的直流连接器通常在200A或250A，因此为该级别直流接口配置快速连接器较为困难，市面上很难找到可选型的成熟产品。

3、1500kWh容量的电池组，其电池管理系统管理难度大，均衡效果差，对锂电池的寿命不利。

4、采用单电池系统的集装箱式电池动力单元，当出现电池系统单个故障时，将导致整个集装箱电池系统无法运行，系统冗余度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种船用多系统集装箱式动力电池单元及其系统架构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种船用多系统集装箱式动力电池单元，其包括集装箱箱体和设于集装箱箱体内的电池系统，电池系统包括至少两个电池子系统，每个电池子系统的电芯均相同，每个电池子系统的电池包均相同，每个电池子系统的电池成组方式均相同；每个电池子系统均设有电池管理系统；电池管理系统用于对各个电池子系统进行独立控制；集装箱箱体上设有快速连接器。

一种船用多系统集装箱式动力电池单元系统架构，其包括若干如前所述的船用多系统集装箱式动力电池单元；所述船用多系统集装箱式动力电池单元系统架构还包括直流配电板，直流配电板上设有直流母排，直流母排上连接有用于和船用多系统集装箱式动力电池单元连接的DC/DC斩波模块；直流母排上还连接有逆变器。