一种用于新能源船舶的混合动力电池系统的制作方法

本发明涉及动力技术，具体是一种用于新能源船舶的混合动力电池系统。

背景技术：

近年来，随着全球范围内环境保护和能源可持续发展的要求，开发利用新型的能源动力已迫在眉睫。与此同时，国家对新能源船舶领域提出了更高的要求。开发环保、节能及可持续发展的新能源动力技术已提上日程。而锂离子电池和燃料电池组合形成的混合动力电池系统可以同时满足环保、节能以及可持续发展的要求，已广泛应用于新能源船舶领域。

目前，锂离子电池和燃料电池单独的作为新能源船舶的动力电源，会有不同的局限性。例如，锂离子电池在实际使用过程中存在充电较慢、续航里程较短等问题；而燃料电池使用时存在启动较慢、功率输出不稳定，进而导致燃料电池寿命缩短等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用于新能源船舶的混合动力电池系统。这种系统可以克服锂离子电池续航里程短、充电较慢以及燃料电池功率输出不稳定、寿命较短的问题，能为新能源船舶提供充足的动力。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用于新能源船舶的混合动力电池系统，与现有技术不同处在于，包括顺序连接的电气驱动单元、能源储存单元、充电控制装置和能量供给单元，所述电气驱动单元包括逆变器和与逆变器连接的电动机组；所述能源储存单元包括互为并联的锂离子电池组，其中一个锂离子电池组为主供电电源，当其为新能源船舶进行供电时，其他锂离子电池组为备用储能电源，从而达到“多备一用”的供电模式；所述充电控制装置包括充电控制单元和与充电控制单元连接的外部充电设备和继电器组；所述能量供给单元为燃料电池组。

所述燃料电池组为氢燃料电池组、金属空气电池组、碱性燃料电池组、磷酸燃料电池组、熔融碳酸盐燃料电池组、固体氧化物燃料电池组、质子交换膜燃料电池组或直接甲醇燃料电池组中的一种电池组或他们中任意几种电池组混合组合的电池组，燃料电池组作为能量供给单元的核心组成部分，其作用在于为锂离子电池组提供恒定的功率输出。

所述锂离子电池组为磷酸铁锂电池组、三元电池即镍钴锰酸锂电池组、锰酸锂电池组、磷酸锰锂电池组或磷酸锰铁锂电池组中的一种电池组或他们中任意几种电池组混合组合的电池组，锂离子电池组作为能源储存单元中的核心组成部分，其能量来源一方面来自燃料电池组的供给，另一方面可以通过外部充电设备直接供给。

所述外部充电设备为可充电的装置，如充电桩。

所述锂离子电池组的组数为至少3组。

上述混合动力电池系统中充电控制装置的作用在于由充电控制单元分别对燃料电池组和外部充电设备输出端的电压、电流进行反馈、管理、调节以及均衡处理，最终汇总到继电器接电，输出到锂离子电池组输入端。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

（1）可以大幅度提高锂离子电池组的续航能力：单独使用锂离子电池组作为新能源船舶动力源时，受锂离子电池组能量密度低的局限性，使得锂离子电池组的续航里程较短，达不到新能源船舶对续航里程的需求，采取本技术方案的混合动力电池系统后，锂离子电池组可以在不同的使用模式下，分别通过燃料电池组或外部充电设备对其进行充电，从而达到新能源船舶领域对续驶能力的要求；

（2）可以延长燃料电池组的使用寿命：单独使用燃料电池组作为新能源船舶动力源时，在船舶启动、加减速等情况下引起的输出功率变化频繁，使燃料电池组处于一个不稳定的工作环境，导致其使用寿命衰减严重，本技术方案混合动力电池系统中，将锂离子电池组作为新能源船舶的主动力源，燃料电池组仅起到为锂离子电池组提供能量供给的作用，这种工作模式下，燃料电池不受输出功率频繁变化的影响，始终在恒功率的工作中状态下运行，从而使得燃料电池组的使用寿命大大提高。

这种系统可以克服锂离子电池续航里程短、充电较慢以及燃料电池功率输出不稳定、寿命较短的问题，能为新能源船舶提供充足的动力。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的的限定。

实施例1：

参照图1，一种用于新能源船舶的混合动力电池系统，包括顺序连接的电气驱动单元、能源储存单元、充电控制装置和能量供给单元，所述电气驱动单元包括逆变器和与逆变器连接的电动机组；所述能源储存单元包括互为并联的锂离子电池组，其中一个锂离子电池组为主供电电源，当其为新能源船舶进行供电时，其他锂离子电池组为备用储能电源，从而达到“多备一用”的供电模式；所述充电控制装置包括充电控制单元和与充电控制单元连接的外部充电设备和继电器组；所述能量供给单元为燃料电池组。

所述燃料电池组为氢燃料电池组、金属空气电池组、碱性燃料电池组、磷酸燃料电池组、熔融碳酸盐燃料电池组、固体氧化物燃料电池组、质子交换膜燃料电池组或直接甲醇燃料电池组中的一种电池组或他们中任意几种电池组混合组合的电池组，燃料电池组作为能量供给单元的核心组成部分，其作用在于为锂离子电池组提供恒定的功率输出，本例燃料电池组为甲醇-氢燃料电池组。

所述锂离子电池组为磷酸铁锂电池组、三元电池即镍钴锰酸锂组、锰酸锂电池组、磷酸锰锂电池组或磷酸锰铁锂电池组中的一种电池组或他们中任意几种电池组混合组合的电池组，锂离子电池组作为能源储存单元中的核心组成部分，其能量来源一方面来自燃料电池组的供给，另一方面可以通过外部充电设备直接供给。

所述外部充电设备为可充电的装置，本例为充电桩。

所述锂离子电池组的组数为至少3组，本例为3组。

上述混合动力电池系统中充电控制装置的作用在于由充电控制单元分别对燃料电池组和外部充电设备输出端的电压、电流进行反馈、管理、调节以及均衡处理，最终汇总到继电器接电，输出到锂离子电池组输入端，其中，充电控制单元使用lth7、ch4054、cn3052a、smc401以及sl1053等常规充电芯片。

该新能源船舶若单独使用甲醇-氢燃料电池作为动力源时，其工作时间最长不超过5000h，其中原因主要是因为新能源船舶在启动，加减速过程中，输出功率变化频繁，使得燃料电池组长期处于不稳定的工作状态，最终导致燃料电池的使用寿命大大缩短，但在本例中，当新能源船舶在启动或加减速过程中，使用锂离子电池组作为动力源对船舶进行供电，甲醇-氢燃料电池仅作为能量供给系统，为锂离子电池组供电，在这种工作模式下，甲醇-氢燃料电池可以持续工作50000小时以上，大大的延长甲醇-氢燃料电池组的使用寿命。

实施例2：

参照图1，一种用于新能源船舶的混合动力电池系统，本例中，锂离子电池组为磷酸铁锂电池组，其余同实施例1，假设该新能源船舶若单独使用磷酸铁锂电池组作为动力源时，其在岸边充一次电，实际续航里程最多只能达到300km-500km，但在本例中，将燃料电池组作为辅助供电电源，在磷酸铁锂电池组使用过程中出现电量不足时，负责给磷酸铁锂电池组提供充足、稳定的功率输出，从而大幅度提高磷酸铁锂电池组的续航里程。

实施例3：

参照图1，一种用于新能源船舶的混合动力电池系统，本例中，锂离子电池组为三组锂离子电池组并联的形式，其中一组作为主供电电源，为新能源船舶供电，其他两组作为备用储能电源，其余同实施例2，在桂林漓江水域某纯电动船项目中，新能源船舶采用双电机工作模式，2台30kw交流变频推进电机，总功率为60kw，配制一套功率为180kw·h的磷酸铁锂电池组为其供电，岸电充电时间为6h，这种工作模式下，纯磷酸铁锂电动船工作时间最长为3h，在人流量较多的情况下，纯磷酸铁锂电动旅游船的续航里程远远达不到人们的需求，但采用本例中的方案，同样的双电机工作模式，总功率为60kw，配制3套功率为60kw·h的磷酸铁锂电池组，将三套磷酸铁锂电池组以并联的连接方式进行放置，岸电充电时间为6h，同时选用燃料电池组为磷酸铁锂电池组进行供电，具体的工作模式是新能源船舶在航行过程中，其中一组磷酸铁锂电池组作为主供电电源为船舶持续供电，与此同时燃料电池组为其他两组磷酸铁锂电池组持续供电，待主供电电源剩余电量不足时，切换到其他两组备用磷酸铁锂电池组中的任意一组上，持续为船舶进行供电，此时，燃料电池组再为电量不足的磷酸铁锂电池组进行供电，这种持续循环使用的工作模式，大幅度的提高了新能源船舶的续航里程，满足了人们的基本需求。