[发明专利]一种集装箱船的模块化电池供电系统

说明书

本发明提出了一种集装箱船的模块化电池供电系统，该系统包括柴油机、发电机、配电屏、充电逆变单元、冷藏集装箱、控制单元、箱式蓄电池，应用在集装箱船上。本发明系统利用箱式蓄电池组为冷藏集装箱供电，能大幅降低船舶柴油发电机组的总装机功率，进而降低发电机设备的投资成本。本发明中的箱式蓄电池的数量可以根据船上冷藏集装箱在港口的装卸情况自适应变化，实现能源的合理利用；并且在排放控制严格的沿海和内河地区，本发明能有效降低船舶的排放，满足区域要求。因此，在集装箱船大型化的趋势下，本发明有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种集装箱船的模块化电池供电系统。

背景技术

船舶电力系统主要是由电源装置、配电装置、电网和负载等组成。其中，电源装置通常为多台柴油发电机组组成，其产生的电能经船舶电网供给各类负载使用。船舶在航行中，除电力推进船舶外，像散货船、杂货船和油船等船上所有动力设备运行的所需的电网负荷一般为300～600kW左右，最多一般不会超过1000kW，但集装箱船比较特殊，因为船上装载非常多冷藏集装箱，每个冷藏集装箱需要用电制冷，所以集装箱船舶电网其运行负荷远远大于散货船、杂货船和油船等类型船舶。当前，超大型集装箱船最大可装载2000个以上的40尺冷藏集装箱，单个集装箱的功率约5kW，船舶电网运行峰值负荷可达到10000kW以上。为了满足集装箱船舶在冷藏集装箱装载数量最多的条件下，且船舶电网保持船舶动力设备和所有冷藏集装箱正常电力供应，再考虑船舶电网预留一定的盈余度，因此这样集装箱船船舶电源装置的电网装机容量非常大，通常需要配备多台的柴油发电机组，且每台发电机组输出功率较大，并且预留1～2台备用柴油发电机组在工作的柴油发电机组发生故障时投入使用。因此，相对于其他类型船舶，这种配备较多的柴油发电机组和单台发电机组较大的输出功率，使集装箱船舶电源装置的初期投资成本特别高。

冷藏集装箱制冷系统的工作原理为：当箱内温度低于所设温度的下限值时，制冷系统停止工作，当温度高于所设温度的上限值时，制冷系统重新启动。但实际上，冷藏集装箱的运行工况的规律性较差，制冷系统的启动和停车随机性太强，有时同时运行的冷藏集装箱数量较多，有时同时运行的数量较少；并且由于在不同的港口的冷藏集装箱装卸数量不一致，导致在每个航段船舶装载的冷藏集装箱数量差别很大(航段，此处是指相邻两个港口的船舶航行)。以上因素都导致在同一航段船舶柴油发电机组的输出负荷有很大的波动，不同航段船舶柴油发电机组的输出负荷波动更大。通常，这类船舶航行时整个航线的负载的平均运行功率约5000kW左右，相对于配备了10000kW的总装机容量而言，这造成了船上柴油发电机所提供的功率严重的冗余问题。

不仅如此，发电机的输出功率波动较大时会影响发电机的稳态稳定性，对电源装置要求较高。尽管对于一些冷藏集装箱可以采用延时启动的方式降低发电机输出功率的波动，但可能会存在冷藏集装箱达偏离设定的温度，进而有可能导致货物损坏。因此，如何减少集装箱船柴油发电机组的总装机容量，降低船舶冷藏集装箱负载功率的波动(也就是降低柴油发电机组输出功率波动)，是当前大型集装箱船舶亟需解决的重要难题之一。

当前，在其他类型船舶上，有人提出了蓄电池并联供电的方法。例如，专利号为CN107947316B的中国专利提出了一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法，该专利利用蓄电池供电解决了船舶负载功率超过发电机额定功率的问题，提升了船舶电力系统的最大输出功率。专利号为CN105550462B的中国专利提出一种混合动力系统动力电池组存储能量与电池模块数量计算方法，该专利在电力推进船舶上利用蓄电池辅助发电机提供推进动力或储存发电机剩余电能，优化了电力推进船舶动力系统的运行效率。但电力推进船舶的推进功率是有规律的周期性的变化，而集装箱船的冷藏集装箱运行工况的规律性较差，并且每个航段冷藏集装箱的装载数量差别很大。上述两专利都没有解决集装箱船因船舶电网运行负荷变化，导致柴油发电机输出功率波动的问题。