锂电池/超级电容器在电力推进船舶中的应用
发布时间：2021-06-07 02:59
针对电力推进船舶面临的由负载波动带来的难题,提出了在船舶电力推进系统中加入储能单元的解决办法。比较了常见储能元件的特性,阐述了船用锂电池和超级电容器技术发展的现状,分析了两者的应用前景。最后,提出了含混合储能系统的电力推进船舶交流母线和直流母线的两种拓扑结构并说明了各自的优缺点及应用中所面临的问题,为后继开展更为深入的研究提供借鉴与参考。
【文章来源】：船舶工程. 2016,38(S2)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
常见储能元件能量/功率密度比较
哂懈?康募鄹裼攀疲?具有优良的热稳定性和安全性。单个的电池单元容量小电压低，在实际应用中需要将小的电池单元加以扩展和封装。加拿大锂电池生产商Corvus生产的AT-6500系列电池是典型的船用锂电池，如图2所示。单个的锂电池单元容量只有0.27kWh，电压4.2V。每个电池模块含有24个单独的锂电池，电压为50.4V，能量6.5kW。21个电池模块集成在一起形成的电池簇容量增加至137kWh，电压也增加到1050V。更大的电池阵可以由11个电池簇并联得到，其容量已经增大到1500kWh，已经达到兆瓦的级别，可以满足船舶动力的需求。图2AT-6500船用锂电池封装示意图目前锂电池已经在船舶电力推进系统中的得到应用，如表2所示[12]。在新建的电力推进船舶中，锂电池主要应用于直流母线电力推进系统，一般采用中低压电力系统。豪华邮轮对系统的稳定性和舒适度要求较高，可以采取全电池推进电力系统。对于科考船、工程支援船、远洋渔船、海岸救援船等工程船舶来说，在电力推进系统中加入锂电池可以维护电站的稳定，平复负载波动带来的影响。相比全电池推进的船舶来说，在船舶电力推进系统中加入适量的锂电池，可以明显改善系统性能，具有很高的性价比，这种方案已经被越来越多的船东和船厂认可。可以预见，锂电池大规模应用于电力推进船舶将会逐步变为现实。1.2船用超级电容器储能技术超级电容器是近年发展起来的一种新型电力储能器件，其工作原理是基于1879年德国人亥姆霍兹发现的双电层原理[13,14]。超级电容器的电容量极大，可达数千法拉。它通过极化电解质来储存能量，其储能过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因如此，超级电容才可以反复充放电使用达数十万次之多。其中应用最为广泛的就是双电层式超级电容，物理结?
船舶电气、导航与观通设备—188—分有高聚合碳粒子聚合而成，中间则有铝制薄膜连接。表2锂电池在电力推进船舶中的应用案例船舶类型船名所在地母线电压电池个数电池容量豪华邮轮Deutschland德国932VDC252×6.5kWh1.6MWh科考船BhagwanD澳大利亚450VDC20×6.5kWh130kWh工程支援船EddaFreya挪威1050VDC84×6.5kWh540kWh渔船El-Max挪威750VDC30×6.5kWh195kWh海岸救援船SanLorenzo意大利750VDC15×6.5kWh97.5kWh图3超级电容物理结构在电力系统中，超级电容器作为新型的快速动态能量存储器件已被广泛地使用在各个工业邻域中。超级电容器的优点包括：1）高功率密度，超级电容的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍；2）循环寿命长。具有至少十万次以上的充电寿命；3）充电速度快，可以用大电流给超级电容充电，充电时间很短；4）工作温度范围宽，能在40℃～60℃的环境温度中正常工作；5）绿色环保，超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。超级电容自身也存在一定的缺点：1）线性放电，超级电容线性放电的特性使他无法完全放电；2）低能量密度，目前超级电容可储存的能量比化学电源少得多；3）低电压，超级电容单元个体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压；4）高自放电，其自放电速率比化学电源要高。目前超级电容生产商Maxwell已经生产出不同规格的大容量超级电容器，如表3所示[15]。单个超级电容器模块的最高电压可以达到160V，最大的容量可以达到165F，48V模块的能量密度可以高达3.9Wh/kg，功率密度6800Wh/kg。在实际应用中，可以将这些模块加以组合形成更大容量的阵列，将646个48V模块组合成一个阵列，阵列的容量可以达到372F，电?
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能系统在分布式发电中的应用[J]. 章建峰,杨祯,鲍陈磊,张艳军. 船舶工程. 2015(S1)
[2]智能电网中储能技术应用规划及其效益评估方法综述[J]. 王承民,孙伟卿,衣涛,颜志敏,张焰. 中国电机工程学报. 2013(07)
[3]储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析[J]. 高飞,杨凯,惠东,李大贺. 中国电机工程学报. 2013(05)
[4]大容量先进飞轮储能电源技术发展状况[J]. 戴兴建,邓占峰,刘刚,唐西胜,张凤阁,邓自刚. 电工技术学报. 2011(07)
[5]基于超级电容的混合动力客车动力系统设计[J]. 尹安东,冯瑞,赵韩. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(04)
[6]吊舱推进器研究开发与应用新进展[J]. 董涛,王志新. 船舶工程. 2007(01)
[7]动力电池与超级电容混合驱动系统设计与仿真[J]. 李贵远,陈勇. 系统仿真学报. 2007(01)
[8]超级电容器储能技术及其应用[J]. 张步涵,王云玲,曾杰. 水电能源科学. 2006(05)
本文编号：3215710
【文章来源】：船舶工程. 2016,38(S2)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
常见储能元件能量/功率密度比较
哂懈?康募鄹裼攀疲?具有优良的热稳定性和安全性。单个的电池单元容量小电压低，在实际应用中需要将小的电池单元加以扩展和封装。加拿大锂电池生产商Corvus生产的AT-6500系列电池是典型的船用锂电池，如图2所示。单个的锂电池单元容量只有0.27kWh，电压4.2V。每个电池模块含有24个单独的锂电池，电压为50.4V，能量6.5kW。21个电池模块集成在一起形成的电池簇容量增加至137kWh，电压也增加到1050V。更大的电池阵可以由11个电池簇并联得到，其容量已经增大到1500kWh，已经达到兆瓦的级别，可以满足船舶动力的需求。图2AT-6500船用锂电池封装示意图目前锂电池已经在船舶电力推进系统中的得到应用，如表2所示[12]。在新建的电力推进船舶中，锂电池主要应用于直流母线电力推进系统，一般采用中低压电力系统。豪华邮轮对系统的稳定性和舒适度要求较高，可以采取全电池推进电力系统。对于科考船、工程支援船、远洋渔船、海岸救援船等工程船舶来说，在电力推进系统中加入锂电池可以维护电站的稳定，平复负载波动带来的影响。相比全电池推进的船舶来说，在船舶电力推进系统中加入适量的锂电池，可以明显改善系统性能，具有很高的性价比，这种方案已经被越来越多的船东和船厂认可。可以预见，锂电池大规模应用于电力推进船舶将会逐步变为现实。1.2船用超级电容器储能技术超级电容器是近年发展起来的一种新型电力储能器件，其工作原理是基于1879年德国人亥姆霍兹发现的双电层原理[13,14]。超级电容器的电容量极大，可达数千法拉。它通过极化电解质来储存能量，其储能过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因如此，超级电容才可以反复充放电使用达数十万次之多。其中应用最为广泛的就是双电层式超级电容，物理结?
船舶电气、导航与观通设备—188—分有高聚合碳粒子聚合而成，中间则有铝制薄膜连接。表2锂电池在电力推进船舶中的应用案例船舶类型船名所在地母线电压电池个数电池容量豪华邮轮Deutschland德国932VDC252×6.5kWh1.6MWh科考船BhagwanD澳大利亚450VDC20×6.5kWh130kWh工程支援船EddaFreya挪威1050VDC84×6.5kWh540kWh渔船El-Max挪威750VDC30×6.5kWh195kWh海岸救援船SanLorenzo意大利750VDC15×6.5kWh97.5kWh图3超级电容物理结构在电力系统中，超级电容器作为新型的快速动态能量存储器件已被广泛地使用在各个工业邻域中。超级电容器的优点包括：1）高功率密度，超级电容的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍；2）循环寿命长。具有至少十万次以上的充电寿命；3）充电速度快，可以用大电流给超级电容充电，充电时间很短；4）工作温度范围宽，能在40℃～60℃的环境温度中正常工作；5）绿色环保，超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。超级电容自身也存在一定的缺点：1）线性放电，超级电容线性放电的特性使他无法完全放电；2）低能量密度，目前超级电容可储存的能量比化学电源少得多；3）低电压，超级电容单元个体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压；4）高自放电，其自放电速率比化学电源要高。目前超级电容生产商Maxwell已经生产出不同规格的大容量超级电容器，如表3所示[15]。单个超级电容器模块的最高电压可以达到160V，最大的容量可以达到165F，48V模块的能量密度可以高达3.9Wh/kg，功率密度6800Wh/kg。在实际应用中，可以将这些模块加以组合形成更大容量的阵列，将646个48V模块组合成一个阵列，阵列的容量可以达到372F，电?
【参考文献】：
期刊论文
[1]储能系统在分布式发电中的应用[J]. 章建峰,杨祯,鲍陈磊,张艳军. 船舶工程. 2015(S1)
[2]智能电网中储能技术应用规划及其效益评估方法综述[J]. 王承民,孙伟卿,衣涛,颜志敏,张焰. 中国电机工程学报. 2013(07)
[3]储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析[J]. 高飞,杨凯,惠东,李大贺. 中国电机工程学报. 2013(05)
[4]大容量先进飞轮储能电源技术发展状况[J]. 戴兴建,邓占峰,刘刚,唐西胜,张凤阁,邓自刚. 电工技术学报. 2011(07)
[5]基于超级电容的混合动力客车动力系统设计[J]. 尹安东,冯瑞,赵韩. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2011(04)
[6]吊舱推进器研究开发与应用新进展[J]. 董涛,王志新. 船舶工程. 2007(01)
[7]动力电池与超级电容混合驱动系统设计与仿真[J]. 李贵远,陈勇. 系统仿真学报. 2007(01)
[8]超级电容器储能技术及其应用[J]. 张步涵,王云玲,曾杰. 水电能源科学. 2006(05)
本文编号：3215710
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