[发明专利]电池动力船舶的电池容量精确设计方法

说明书

本发明公开了一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法，包括步骤：1）锂电池动力船航行的航线调研；2）锂电池动力船舶方案设计；3）锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算；4）电池组配置优化：建立锂电池容量多目标优化模型，采用差分进化算法求解计算，得到帕累托最优解，输出电池容量配置方案。本发明通过精细化的设计，实现经济高效的电池容量配置。

技术领域

本发明涉及纯电池电动船储能装置技术领域，具体地指一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法。

背景技术

我国作为世界能源消费大国，能源转型势在必行，我国将建立以可再生能源为中心的能源体系，大工业电价或者实体经济获得电力和使用电力的成本会进一步降低。水运方面，为实现水运的绿色可持续发展，使用纯电池电力推进可以享受各种优惠政策，纯电池电力推进系统的研发与推广应用被给以政策和资金上的鼓励。船用电池方面，用于船舶的磷酸铁锂电池，单体能量密度已由过去的100Wh/kg提升到170Wh/kg以上，系统能量密度大幅提升，使得电池重量也得以减轻，而磷酸铁锂电芯价格也大幅下降。发展以纯电池动力为代表的新能源船舶实现船舶动力的产业化升级面临前所未有的机遇。但相对于传统的机械推进船舶，因锂电池价格仍然相对较高，导致锂电池动力船舶的初始采购成本相对还是太高，因此对电池容量的精确计算就显得非常关键，可以有效控制动力系统的采购成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法，通过航线调研、船舶方案设计、不同航速锂电池输出功率计算和电池组配置优化，提高电池动力船舶的锂电池容量的精确性，提高锂电池动力船舶的经济性和适装性。

为实现上述目的，本发明所设计的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1）锂电池动力船航行的航线调研：采集拟建造的锂电池动力船将航行的航线信息、该航线执行同等运输任务的船舶信息；

2）锂电池动力船舶方案设计：形成锂电池动力船设计方案，得到锂电池动力船的主尺寸、总布置方案、静水情况下不同推进轴功率的船舶航速以及不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响；

3）锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算：采集锂电池动力船动力设备的功率数据，得到各个工况i下的锂电池动力船舶日用负荷值Pⁱ_load，以此计算船舶静水航速V₁下的电池输出总功率、电池最小能量需求；

4）电池组配置优化：采集锂电池产品型号、性能参数和尺寸重量信息，建立锂电池容量多目标优化模型，采用差分进化算法求解计算，得到帕累托最优解，输出电池容量配置方案。

优选地，步骤1）中所述航线信息包括航线距离、航道深度、水流速度和受潮水影响值；所述船舶信息包括船舶主尺度、动力系统配置、船舶布局、装载量、重载静水设计航速、轻载静水设计航速和单次航程的航行时间。

优选地，步骤2）中船舶航速对应的推进轴功率通过计算流体力学方法进行船舶阻力校核，并根据经验估算的推进功率进行第三方校核，第三方校核方法为比较主尺度和载重量相同的新设计船和已使用船在同样航行速度下所需的推进功率，若，则校核通过，否则不通过，为根据经验估算的静水航速V₁时的推进功率，为设计方案中静水航速V₁时的推进功率。

优选地，所述步骤2）的设计方案中不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响包括航道水深影响值、航道宽度不够充裕造成的额外阻力影响值。

优选地，所述根据经验估算的静水航速V₁时的推进功率的计算公式为：