电动船舶供电装置、为电动船舶充电的方法与流程

本发明涉及船舶电池技术领域，尤其涉及一种电动船舶供电装置、为电动船舶充电的方法。

背景技术：

目前，能源危机与全球变暖问题正引起原来越多的关注。我国船舶90％以上采用柴油机动力系统，技术等级低，航行和进港过程产生大梁的油污水和有害气体及颗粒物，且噪音污染严重，对水域生态环境造成严重影响。船舶的“油改电”是一种有效解决该弊端的方式，具有能耗低、零排放、低噪音、无污染的电动船舶是实现节能减排和转型的重要路径。

现有的大部分电动船舶使用的电池主要有铅酸电池和锂电池这两种，铅酸电池的优点是技术成熟、电压稳定、价格便宜、质量稳定，可靠性高；缺点是比能低、使用寿命短、日常维护频繁。锂电池优点是技术成熟、体积小，具有良好的散热和续航功能，缺点是价格高、容量会逐年衰减、有起火爆炸隐患。

为了解决铅酸电池和锂电池存在的问题，液流电池成为了电池领域的一个重要突破口。

中国专利申请号为2019105444872公开了一种包含铁流电池的船舶供电装置，铁液流电池以船舶短途动力电池的方式作为船舶供电装置，可以与风力发电、光伏发电配套，解决电动船舶充电问题，即使在无法进行外部充电的时候，可以现场配置充电态电解液，实现电池瞬间充电，解决船舶临时断电问题。该专利对配备该电池的船舶如何充电未做说明，只是讲述了一种外部无法充电时的方法，并且这种方法存在以下缺点：(1)配制电解液只有专业人员才能完成，实际应用中不可能在船舶上都配备专业人员，此方案较难实现；(2)风能发电、光伏发电的设备会增加船舶的体积和载重，增加耗电量。

船舶电池的充电方式一般是通过电网、充电装置或者离岸的移动充电电源进行充电。中国专利申请号为2019101971782公开了一种船舶供电设备及船舶充电系统，该专利的电能全部来源于电网，电网、充电装置与船载电池之间ac/dc或者dc/ac转换的能耗大，充电耗时长。

因此，亟需发明一种能够快速、稳定、能耗小地为船舶液流电池供电装置及充电方法。

技术实现要素：

本发明的技术目的就在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种电动船舶供电装置、为电动船舶供电的方法，能够快速、稳定地为电动船舶上的电池进行充电。

作为本发明的第一个方面，本发明提供一种电动船舶供电装置，包括：

船载液流电池系统，设置在船舶上，包括船载正极储罐、船载负极储罐；

港口电堆组，设置在港口处；

卸液储罐，设置在港口处，包括正极卸液储罐、负极卸液储罐，用于回收船载正极储罐和船载负极储罐内放完电的电解液；

供液储罐，设置在港口处，包括正极供液储罐、负极供液储罐；所述供液储罐用于向船载正极储罐和船载负极储罐供应满电的电解液；

多组泵液组件，设置在港口处，用于将船载正极储罐与正极卸液储罐连接、和/或将船载正极储罐与正极供液储罐连接，还用于将船载负极储罐与负极卸液储罐连接、和/或将船载负极储罐与负极供液储罐连接；

电源，设置在港口处，与港口电堆组连接，用于通过港口电堆组对放完电的电解液进行充电。

根据本发明的一示例实施方式，所述电动船舶供电装置还包括充电储罐，所述充电储罐与所述港口电堆组连接，包括正极充电储罐、负极充电储罐，所述正极卸液储罐与所述正极充电储罐连接并且电解液只能由正极卸液储罐向正极充电储罐单向流动，所述负极卸液储罐与所述负极充电储罐连接并且电解液只能由负极卸液储罐向负极充电储罐单向流动；所述正极供液储罐与所述正极充电储罐连接并且电解液只能由正极充电储罐向正极供液储罐单向流动，所述负极供液储罐与所述负极充电储罐连接并且电解液只能由负极充电储罐向负极供液储罐单向流动；或

所述港口电堆组为两套，分别与卸液储罐和供液储罐连接；或

所述港口电堆组与供液储罐连接，所述正极供液储罐与所述正极卸液储罐连接并且电解液只能由正极卸液储罐向正极供液储罐单向流动，所述负极供液储罐与所述负极卸液储罐连接并且电解液只能由负极卸液储罐向负极供液储罐单向流动；或

所述港口电堆组与卸液储罐连接，所述正极供液储罐与所述正极卸液储罐连接并且电解液只能由正极卸液储罐向正极供液储罐单向流动，所述负极供液储罐与所述负极卸液储罐连接并且电解液只能由负极卸液储罐向负极供液储罐单向流动。

根据本发明的一示例实施方式，所述电源包括风力发电机和/或光伏组件和/或电网。

根据本发明的一示例实施方式，所述电源采用风力发电机和/或光伏组件，还采用电网；

所述风力发电机和/或光伏组件直接与港口电堆组连接，所述电网通过ac-dc转换模块与港口电堆组连接，所述风力发电机和/或光伏组件通过储能变流器与所述电网连接。

根据本发明的一示例实施方式，所述电动船舶供电装置还包括能量管理系统，与风力发电机和/或光伏组件、港口电堆组和电网连接，用于根据港口电堆组的充电状态调整风力发电机和/或光伏组件、电网的供电方向。

当风力发电机和/或光伏组件的总电量能够充满电解液且有冗余时，风力发电机和/或光伏组件向电网供电；

当风力发电机和/或光伏组件的总电量不足以给电解液充满电时，电网向港口电堆组供电。

根据本发明的一示例实施方式，每组泵液组件包括母头接头、自吸泵和泵液软管；母头接头设置在泵液软管的一端，用于与船载正极储罐或船载负极储罐连接，泵液软管的另一端与正极供液储罐、负极供液储罐、正极卸液储罐或负极卸液储罐连接；自吸泵设置在泵液软管上。

根据本发明的一示例实施方式，船载正极储罐和船载负极储罐均包括排液接口、注液接口和罐体；

所述排液接口和注液接口均包括公头接头、螺纹转接头、锁紧螺母和硬管；

所述螺纹转接头一端为外螺纹，另一端为内螺纹，中间为环形凸起结构；所述螺纹转接头的外螺纹一端通过罐体顶部的圆孔伸入罐体内；使得环形凸起结构的底部与罐体的顶部贴合；

锁紧螺母为内螺纹，与螺纹转接头的外螺纹配合锁紧螺纹转接头，使得锁紧螺母的顶部与罐体的内壁贴合；

硬管竖直设置，上端与螺纹转接头固定连接，下端伸至接近罐体的底部；

公头接头的一端为外螺纹，与螺纹转接头的内螺纹相配合，另一端与泵液组件的母头接头相配合。

根据本发明的一示例实施方式，所述硬管的下端与罐体的底部距离2-5mm。

根据本发明的一示例实施方式，所述公头接头、螺纹转接头、锁紧螺母和硬管均采用防腐材质。

根据本发明的一示例实施方式，所述公头接头、螺纹转接头、锁紧螺母和硬管均采用pp、pvc或其他防腐材料。

根据本发明的一示例实施方式，所述电解液包括钒电解液、铁电解液、多硫化钠/溴电解液、锌溴电解液。

作为本发明的第二个方面，提供一种根据所述电动船舶供电装置为电动船舶充电的方法，包括如下步骤：

船舶停靠港口，将泵液组件与船载正极储罐、船载负极储罐连接；

将船载正极储罐内的电解液通过泵液组件排至正极卸液储罐内，将船载负极储罐内的电解液通过泵液组件排至负极卸液储罐内；

将正极供液储罐内的电解液通过泵液组件排至船载正极储罐内，将负极供液储罐内的电解液通过泵液组件排至船载负极储罐内；

电源通过港口电堆组对放完电的电解液进行充电。

本发明的有益效果是：

本发明提供的供电装置对液流电池进行供电，通过交换港口和船舶上电解液的方式进行充电，换至港口的电解液在港口进行充电后又能为下一艘船舶提供电解液。采用这样的方式，能够快速、稳定地为电动船舶的液流电池进行充电，电解液循环利用，解决能源，同时由于采用风力、太阳能充电的方式，减少了电网与电动船舶的电池之间ad-dc间转换的能量耗损。

附图说明

图1给出了电动船舶供电装置的布置图

图2给出了电动船舶供电装置电流向图；

图3给出了港口电堆组和供液储罐的连接图；

图4给出了泵液组件的结构图；

图5给出了船载液流电池系统结构图；

图6给出了船载正极储罐结构图；

图7给出了排液接口结构图；

图8给出了公头接头、螺纹转换头和锁紧螺母的爆炸图。

其中，1—港口电堆组，2—卸液储罐，21—正极卸液储罐，22—负极卸液储罐，3—泵液组件，31—自吸泵，32—泵液软管，33—母头接头，4—船载液流电池系统，41—船载正极储罐，411—排液接口，411a—公头接头，411b—螺纹转接头，411c—锁紧螺母，411d—硬管，412—注液接口，413—电解液进口法兰，414—电解液出口法兰，415—人孔，416—罐体，42—船载负极储罐，43—船载电池管路系统，44—船载电堆组，5—船舶，6—供液储罐，61—正极供液储罐，62—负极供液储罐，7—电源，71—风力发电机，72—光伏组件，73—电网，8—电池室，9—控制室，10—港口。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

根据本发明的第一个实施方式，提供了一种电动船舶供电装置，如图1和图2所示，包括：港口电堆组1、卸液储罐2、4组泵液组件3、船载液流电池系统4、供液储罐6、电源7和能量管理系统。

港口电堆组1、卸液储罐2、4组泵液组件3、供液储罐6、电源7和能量管理系统均设置在港口10处，其中港口电堆组1、卸液储罐2、泵液组件3和供液储罐6设置在电池室8内，能量管理系统设置在控制室9内，控制室9内还设置有pcs(储能变流器)等其他控制设备，将控制设备和电池设备分隔开。

船载液流电池4设置在船舶5上，如图5所示，包括船载正极储罐41、船载负极储罐42、船载电池管路系统43和船载电堆组44。船载电堆组44与船载正极储罐41、船载负极储罐42连接，在船载电池管路系统43的控制下为船舶5提供电力。船载正极储罐41和船载负极储罐42内装有电解液，电解液可以采用钒电解液、铁电解液、多硫化钠/溴电解液、锌溴电解液。船舶5航行时，电解液为船舶5提供电力，船舶5靠岸时，电解液已放完电，需要进行充电。

如图2和图3所示，港口电堆组1与供液储罐6、电源7连接。电源7通过港口电堆组1为供液储罐6内的电解液充电。

如图1和图2所示，电源7包括风力发电机71、光伏组件72和电网73。风力发电机71和光伏组件72均为多个并设置在控制室9的外侧。光伏组件72安装时倾斜一定的角度，以利于太阳能的接收。电网73通过ac-dc转换模块与港口电堆组1连接，风力发电机71和光伏组件72通过储能变流器与电网72连接，风力发电机71和光伏组件72直接与港口电堆组1连接。能量管理系统与风力发电机71、光伏组件72、港口电堆组1和电网73连接，根据港口电堆组1的充电状态调整风力发电机71、光伏组件72和电网73的供电方向。当风力发电机71和光伏组件72的总电量能够充满电解液且有冗余时，风力发电机71和光伏组件72向电网73供电。当风力发电机71和光伏组件72的总电量不足以给电解液充满电时，电网73向港口电堆组1供电。

供液储罐6包括正极供液储罐61和负极供液储罐62。供液储罐6内装有满电的电解液，用于船载正极储罐41和船载负极储罐42供应满电的电解液。

卸液储罐2包括正极卸液储罐21和负极卸液储罐22，用于回收船载正极储罐41和船载负极储罐42内放完电的电解液。

正极供液储罐61与正极卸液储罐21连接并且电解液只能由正极卸液储罐21向正极供液储罐61单向流动，负极供液储罐62与负极卸液储罐22连接并且电解液只能由负极卸液储罐62向负极供液储罐22单向流动。

泵液组件3为4组，第1组泵液组件3将船载正极储罐41与正极卸液储罐21连接，第2组泵液组件3将船载正极储罐41与正极供液储罐61连接，第3组泵液组件3将船载负极储罐42与负极卸液储罐22连接，第4组泵液组件3将船载负极储罐42与负极供液储罐62连接。

如图4所示，每组泵液组件3包括母头接头33、自吸泵31和泵液软管32。母头接头33设置在泵液软管32的一端，用于与船载正极储罐41或船载负极储罐42连接。泵液软管32的另一端与正极供液储罐61、负极供液储罐62、正极卸液储罐21或负极卸液储罐22连接。自吸泵31设置在泵液软管32上，用于将一个储罐内的电解液泵入另一个储罐。

如图6所示，船载正极储罐41包括与正极卸液储罐21相对应的排液接口411、与正极供液储罐61相对应的注液接口412、电解液进口法兰413、电解液出口法兰414、人孔415和罐体416。电解液进口法兰413和电解液出口法兰414用于其他途径排放和装入电解液。专业人员可通过人孔415进入罐体416内部。

如图7和图8所示，排液接口411包括公头接头411a、螺纹转接头411b、锁紧螺母411c和硬管411d。螺纹转接头411b一端为外螺纹，另一端为内螺纹，中间为环形凸起结构，凸起部分的外径大于两端的外径。螺纹转接头411b的外螺纹一端通过罐体416顶部的圆孔伸入罐体416内；使得环形凸起结构的底部与罐体416的顶部贴合。锁紧螺母411c为内螺纹，与螺纹转接头411b的外螺纹配合锁紧螺纹转接头411b，使得锁紧螺母411c的顶部与罐体416的内壁贴合。硬管411d竖直设置，上端插入螺纹转接头411b内，与螺纹转接头411b通过胶水或热熔的方式固定连接，下端伸至接近罐体416的底部，与罐体416的底部距离2-5mm。公头接头411a的一端为外螺纹，与螺纹转接头411b的内螺纹相配合，另一端与泵液组件3的母头接头33相配合。公头接头411a、螺纹转接头411b、锁紧螺母411c和硬管411d均采用防腐材质，优选pp、pvc或其他防腐材料。

注液接口412的结构与排液接口411的结构相同。图6中示出了一个注液接口412和一个排液接口411，在实际应用中，可以将两个接口合二为一，卸液时将该接口与正极卸液储罐21连接，注液时再将该接口与正极供液储罐61连接。相比于采用法兰连接需要拆、紧螺栓的方式，采用注液接口412和排液接口411能够快速对插公头和母头，提高充电效率。

船载负极储罐42的结构与船载正极储罐41的结构相同。

如图2所示，采用电动船舶供电装置为船舶5进行供电，方法包括如下步骤：

船舶5停靠港口，将4组泵液组件3的泵液软管32拉长，将4个母头接头33分别与船载正极储罐41的排液接口411、船载正极储罐41的注液接口412、船载负极储罐42的排液接口、船载负极储罐42的注液接口连接；

通过泵液组件3的自吸泵31将船载正极储罐41内的电解液排至正极卸液储罐21内，将船载负极储罐42内的电解液排至负极卸液储罐22内；

通过泵液组件3的自吸泵31将正极供液储罐61内的电解液排至船载正极储罐41内，将负极供液储罐62内的电解液排至船载负极储罐42内；

将正极卸液储罐21内的电解液排至正极供液储罐61内，将负极卸液储罐22内的电解液排至负极供液储罐62内；

电源通过港口电堆组1对供液储罐61内放完电的电解液进行充电。

根据本发明的第二个实施方式，提供了一种电动船舶供电装置，该装置与第一个实施方式的装置基本相同，不同的地方在于，港口电堆组不与供液储罐连接，港口电堆组与卸液储罐连接，正极供液储罐与正极卸液储罐连接并且电解液只能由正极卸液储罐向正极供液储罐单向流动，负极供液储罐与负极卸液储罐连接并且电解液只能由负极卸液储罐向负极供液储罐单向流动。电源通过港口电堆组为卸液储罐内的电解液充电。

采用本供电装置为船舶进行供电，方法包括如下步骤：

船舶停靠港口，将4组泵液组件的泵液软管拉长，将4个母头接头分别与船载正极储罐的排液接口、船载正极储罐的注液接口、船载负极储罐的排液接口、船载负极储罐的注液接口连接；

通过泵液组件的自吸泵将船载正极储罐内的电解液排至正极卸液储罐内，将船载负极储罐内的电解液排至负极卸液储罐内；

通过泵液组件的自吸泵将正极供液储罐内的电解液排至船载正极储罐内，将负极供液储罐内的电解液排至船载负极储罐内；

电源通过港口电堆组1对卸液储罐内放完电的电解液进行充电；

将正极卸液储罐内的电解液排至正极供液储罐内，将负极卸液储罐内的电解液排至负极供液储罐内。

根据本发明的第三个实施方式，提供了一种电动船舶供电装置，该装置与第一个实施方式的装置基本相同，不同的地方在于，港口电堆组为两套，一套与供液储罐连接，另一套与卸液储罐连接。电源通过港口电堆组分别为供液储罐和卸液储罐内的电解液充电。

采用本供电装置为船舶进行供电，方法包括如下步骤：

船舶停靠港口，将4组泵液组件的泵液软管拉长，将4个母头接头分别与船载正极储罐的排液接口、船载正极储罐的注液接口、船载负极储罐的排液接口、船载负极储罐的注液接口连接；

通过泵液组件的自吸泵将船载正极储罐内的电解液排至正极卸液储罐内，将船载负极储罐内的电解液排至负极卸液储罐内；

通过泵液组件的自吸泵将正极供液储罐内的电解液排至船载正极储罐内，将负极供液储罐内的电解液排至船载负极储罐内；

电源通过港口电堆组对正极卸液储罐和负极卸液储罐内放完电的电解液进行充电；

将充满电的卸液储罐作为供液储罐为下一艘船舶的船载液流电池系统提供电解液，将排放完毕的供液储罐作为卸液储罐为下一艘船舶的船载液流电池系统回收放完电的电解液。

根据本发明的第四个实施方式，提供了一种电动船舶供电装置，该装置与第一个实施方式的装置基本相同，不同的地方在于，港口电堆组不与供液储罐连接，电动船舶供电装置还包括充电储罐。

充电储罐与港口电堆组连接，包括正极充电储罐、负极充电储罐。正极卸液储罐与正极充电储罐连接并且电解液只能由正极卸液储罐向正极充电储罐单向流动，负极卸液储罐与负极充电储罐连接并且电解液只能由负极卸液储罐向负极充电储罐单向流动。正极供液储罐与正极充电储罐连接并且电解液只能由正极充电储罐向正极供液储罐单向流动，负极供液储罐与负极充电储罐连接并且电解液只能由负极充电储罐向负极供液储罐单向流动。电源通过港口电堆组为充电储罐内的电解液充电。

采用本供电装置为船舶进行供电，方法包括如下步骤：

船舶停靠港口，将4组泵液组件的泵液软管拉长，将4个母头接头分别与船载正极储罐的排液接口、船载正极储罐的注液接口、船载负极储罐的排液接口、船载负极储罐的注液接口连接；

通过泵液组件的自吸泵将船载正极储罐内的电解液排至正极卸液储罐内，将船载负极储罐内的电解液排至负极卸液储罐内；

通过泵液组件的自吸泵将正极供液储罐内的电解液排至船载正极储罐内，将负极供液储罐内的电解液排至船载负极储罐内；

将正极卸液储罐内的电解液排至正极充电储罐内，将负极卸液储罐内的电解液排至负极充电储罐内；

电源通过港口电堆组对正极充电储罐和负极充电储罐内放完电的电解液进行充电；

将正极充电储罐内的电解液排至正极供液储罐内，将负极充电储罐内的电解液排至负极供液储罐内。

通过上述四个实施方式，以交换港口和船舶的方式上电解液进行充电，换至港口的电解液在港口进行充电后又能为下一艘船舶提供电解液。采用这样的方式，能够快速、稳定地为电动船舶的液流电池进行充电，电解液循环利用，解决能源，同时由于采用风力、太阳能充电的方式，减少了电网与电动船舶的电池之间ad-dc间转换的能量耗损。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。