新能源内河船舶动力CAT蓄电池卡特电瓶发展研究

摘要：绿色可持续开展战略关于我国内河船只动力蓄电池提出更高要求。未来我国新能源内河船只将会逐步向着绿色化、智能化方向开展。为促进我国新能源内河船只行业的转型晋级，需求运用电力体系的优化晋级，进步我国新能源内河船只动力蓄电池体系。本文以笔者曾参加规划制作的珠江公主号纯电动力游船项目为例，剖析国外内河船只新能源动力蓄电池开展趋势，探究新能源内河船只功用动力蓄电池体系开展的技能要点，以期为我国内河船只动力体系的高质量开展供给参考。

关键词：新能源；内河船只；动力；蓄电池

导言：传统的内河船只的动力体系在运转过程中将会发生很多的二氧化碳、烟尘等污染物，关于我国生态环境发生晦气影响。新能源内河船只动力蓄电池开展，将会选用纯电池动力，代替原有的动力体系，确保内河船只运转过程中不会发生很多的污染物，促进我国内河船只的绿色化转型晋级。因而，我国内河船只的纯电池动力体系将会成为船只动力体系开展的主旋律。相关企业及技能部门应该加大关于新能源内河船只动力体系的研讨力度，进步其绿色化水平。

一、国内内河电力推动船只开展案例

笔者曾参加多次新能源船只的规划和制作项目，例如，300客位新能源参观游览船规划制作、380客位纯电动力客船规划制作、400客位客货船规划及制作等项目。本文笔者将简要介绍2020年10月至2021年7月参加规划和制作的珠江公主号纯电动力游船项目。

珠江公主号纯电动力游船推动体系布置在船只尾部。推动设备选用电机推动，电机电源来源于电池舱。本船规划有冷却水体系，压缩空气体系，舱底水体系，消防体系，七氟丙烷救活体系，日子污水处理设备，全船通风体系，空调体系，全船供水体系，全船日子污水管系，液压帆杆体系等等。笔者首要担任轮机及管系体系调试及报验，技能弄清、功用演示，设备调试毛病排查，方案组织等。在试航期间，几乎全天候的调试作业，完成了推动电机负荷试验，航速测试，舵桨定置试验，而且以1天的高效率、高质量地完成船只试航作业。

珠江公主号纯电动力游船的规划与制作关于我国新能源内河船只的绿色化开展具有里程碑式的意义。未来我国内河船只的动力体系也逐步将向着纯电动力体系方向转型，确保我国生态环境的绿色可持续开展。

二、国外内河船只新能源动力蓄电池开展趋势

目前，国外的内河船只动力体系的首要方式已经是电力体系。运用直流电力和反转舵桨构建出组合动力体系，满意内河船只运转的动力需求[1]。跟着经济全球化开展，碳中和等理念的提出，电动船只商场迎来了开展的黄金时期。电动船只首要可以分为三类，即纯电动、柴油混合动力、燃料电池电动船只。可是，相较而言，纯电动船只和燃料电池电动船只的技能成熟度缺乏，国外的电动船只公司关于这两类电动船只还处于试验阶段。电动船只的首要商场还是以柴油混合动力船只为主。这种电动船只尽管比较于传统的内河船只而言，环境污染程度有所缓解，但仍具有较强的环境污染性[2]。

全反转舵桨等设备的运用，关于内河船只的操纵性水平起到绝对的促进作用。以莱茵河-多瑙河的河流船只规范的大型化开展为例，全反转舵桨等设备的运用在满意航道通航船只规范的大型化开展的一起，进步了船只的反转功用，促进了该航道的河流船只机舱布局的高质量开展，扩展了该航道内河船只的可运用空间。

内河船只的电动推动技能不光可以进步内河船只的可操纵性，还可以进步内河船只的归纳功用。电动推动技能的运用将会下降内河船只运转过程中的振荡噪音，延伸船舱的内部空间，进步内河船只的运转过程中的舒适性[3]。

现阶段，我国国内的内河船只电池动力体系的关键技能是动力电池和电力推动的直流组网技能。因而，学习国外内河船只新能源动力蓄电池开展经验，运用直流推动和全反转舵桨的组合形式，关于我国国内的内河船只电力推动的直流组网技能进行优化晋级，为动力电池的高质量开展奠定基础。

三、内河船只新能源动力蓄电池体系技能要点

（一）新能源动力内河船只的首要装备

为了促进我国内河船只运转过程中完成零排放这一目标，需求在内河船只的动力源体系上进行调整。传统的柴油混合动力船只的污染物排放量较大，环境污染能力较强。因而，可以选用动力蓄电池体系，关于内河新能源船只技能的电力推动技能进行优化晋级，将动力蓄电池作为船只电力推动的源能量，打破传统机械推动的技能束缚，如图1所示[4]。

新能源动力内河船只的首要装备首要包含七大体系，即储能、电池消防、配电、推动、定制化充电、船只自动化、长途信息化及附加功用。

新能源动力内河船只的储能体系首要是担任满意船只的动力性需求，运用两套处于独立状态的动力蓄电池组（磷酸铁锂动力蓄电池），为新能源动力内河船只的推动体系、信息化体系、日常服务体系等进步电力资源，确保船只的运转安全。在动力蓄电池选择过程中，需求满意我国CCS（我国船级社）关于动力电池的办理规范，确保动力蓄电池的安全性的前提下，选取能力密度较为合理，且便于操作的动力蓄电池。一旦动力蓄电池在作业过程中呈现热失控等问题，相邻的动力蓄电池模块不会遭到干扰，仍旧可以正常运转。

新能源动力内河船只的电池消防体系首要是担任电池组的运转安全管控作业。电池消防体系首要是运用电池舱消防管控形式，关于舱内维护区域进行区分，一般状况下会区分为两个维护区域，并在每个维护区域内设置一套独立式的七氟丙烷救活体系。一旦动力电池组作业过程中呈现毛病问题引发火灾时，该体系会自动被触发进行救活处理，确保电池组运转安全。

新能源动力内河船只的配电体系首要是担任船只的直流组网、能量回馈等规划作业。运用双向直流转直流电源、整流器、回馈变频器等设备，进步船只配电体系的电力供应线路的运转安全。

新能源动力内河船只的推动体系首要是运用直推轴体系和永磁推动电机等设备，结合配套的沟通变频电动机的驱动需求，将POD（吊舱）推动器、永磁推动电机、船只的螺旋桨等组合在一起，完成集成推动和操控的一体化开展。

新能源动力内河船只的定制化充电体系是运用岸电接入箱，在船只充电过程中呈现的短路、过载等问题进行有针对性地处理。一起关于充电过程中的相序问题进行自动转化，确保船只充电过程中船只的电源处于切断状态。而且，运用长途运维维护体系，进行船只自动化检测，制定个性化的船只充电方案，确保定制化充电体系运转安全。

新能源动力内河船只的船只自动化体系内含智能机舱、物联网等技能。其主推动自动化操控体系中包含全触屏操控面板、推动形式选择模块、电池体系监控、参数设置等功用。运用较高功用的可编程逻辑操控体系，对船只自动化体系进行实时监测以及危险预警。并将危险预警信息在人机交互界面进行显现。

新能源动力内河船只的长途信息化及附加功用首要由岸基长途操控体系担任，运用船只运转过程中的专业化体系，进行船只运转重要数据搜集，并树立三维模型，帮助船只长途体系操控人员及时把握船只运转信息，并进行体系化办理。

图1动力电池船只电力推动体系拓扑结构图

（二）新能源动力内河船只的动力蓄电池选型

现阶段，我国新能源动力内河船只的动力蓄电池体系首要包含：单体电池模块、电池模块、电池包、电池办理体系等。根据动力蓄电池的安全等级以及船只本身运转状况进行动力蓄电池的选择。一般状况下，国内新能源内河船只的动力蓄电池首要是选择磷酸铁锂电池，该类电池的安全等级为2级，需求在运用过程中选用有毒可燃气体防护措施，减轻电池运转过程中污染物的产出量。

我国在新能源动力内河船只的动力蓄电池体系的关键性技能领域已经取得了一定的开展。研讨结果表明，磷酸铁锂电池与我国电动船只的适配度较高。而且，磷酸铁锂电池的功用较为均衡，应用成本相对较低，可运用时刻较长，其是现阶段我国新能源内河船只动力蓄电池的最优选择。目前，磷酸铁锂电池无论是在车用还是船用领域的功用并未有太高的差异。可是，船用的动力蓄电池体系比较于车用动力蓄电池系动而言，关于磷酸铁锂电池的安全和消防问题具有较高要求。电池办理（BMS）体系的办理水平与动力电池的高速开展相匹配，目前我国已经有多家电动船只电池出产厂家，开端进行动力电池产品出产，并在相应的试验检测后，表明我国电动船只电池出产厂家的动力电池产品可以满意新能源动力内河船只的动力蓄电池的功用需求，符合我国CCS（我国船级社）的动力蓄电池技能规范。

结合兆瓦级容量的新能源内河船只动力蓄电池的实践运用来看，我国新能源内河船只动力蓄电池的单体电池和电池模组的供货商相对单一。而且，单一的供货商在进行动力体系集成过程中，首要依托自主研制的动力电池电芯，或是与动力集成体系配套的设备。因而，我国其他动力蓄电池的供货商应该活跃参加内河船只动力蓄电池研制之中，政企校多方协作，结合我国CCS（我国船级社）的动力蓄电池安全规范，促进我国船只动力蓄电池产品的体系化、规范化、实用化开展。

（三）新能源动力内河船只动力蓄电池的安全性剖析

根据我国新能源动力轿车的动力蓄电池的开展状况，关于动力蓄电池中的三元、磷酸铁、钛酸锂电池的功用进行剖析。从能量密度视点进行剖析，能量密度最高的是三元锂电池，其次是磷酸铁锂电池，能量密度最低的是钛酸锂电池。从安全性视点剖析，钛酸锂电池的安全性最高，其次是磷酸铁锂电池，安全性最低的是三元锂电池。由此可知，磷酸铁锂电池的归纳功用相对较好。而且，目前我国针对除磷酸铁锂电池外的其他两种电池的体系检验攻略暂时处于缺失状态，所以在我国新能源内河船只动力蓄电池的选择上首要是磷酸铁锂电池。

磷酸铁锂电池在内河船只中应用时需求关于其安全和消防体系进行重点规划，结合现阶段车用动力蓄电池的规划思路，即关于热失控传达进行推迟操控，使得动力蓄电池运转毛病引发的燃烧或爆破的时刻延伸，确保车内人员安全。现阶段，我国动力蓄电池体系引发的安全事故首要是因为电池外部热源被破坏或是呈现短路等问题，使得电池单体等呈现热失控问题，使得电池温度上升，从而引发周围区域电池单体发生热失控，影响整个动力蓄电池体系的运转，造成运转安全事故，如图2所示。

我国新能源内河船只动力蓄电池体系在运转需求的总能量在几兆瓦时以下，几百千瓦时以上，能量需求相对较高。在船只电池体系舱中为满意总能量需求，其电池体系舱的单位体积功率相对较小，内部空间相对较大，其单位体积功率在30W/L左右，上下浮动在10W/L以内，这使得新能源船只的动力蓄电池体系关于冷却体系的要求相对宽松。一起，为了满意总能量需求需求关于船只电池模块规划成大规模阵列，运用电池柜等方式进行船只电池模块的规划，确保新能源内河船只的电力推动体系电压的直流电压在600V以上，1000v以下。运用分簇办理的电池办理方式，将不同电池簇并联在一起，运用能源办理体系关于船只的充电和放电进行操控。为了确保船只动力蓄电体系进行正常且安全的电池运转及养护作业，需求在动力蓄电池舱中设置合理的检修通道，并确保电池之间的间隔处于安全间隔以内。

此外，在新能源内河船只运转过程中，其动力蓄电池体系关于运转环境有着较高要求，需求确保每个电池在温和且适合的环境中运转。在船只运转过程中一旦电池体系的总储能达到兆瓦时，需求马上关于动力蓄电池的电芯进行阻断处理，防止热失控传达，进步船只运转安全。

图2动力蓄电池体系运转毛病原因示意图

定论：新能源内河船只的动力体系向着纯电动方向开展是我国绿色可持续开展战略影响下的必然结果。运用动力蓄电池作为内河船只的动力体系，可以满意内河船只运转过程中关于电池安全性的需求，进步我国船只运转过程中的安全性，确保我国内河运输事业的高质量开展，促进我国经济的跨区域交融。