針對(duì)電力推進(jìn)船舶面臨的由負(fù)載波動(dòng)帶來(lái)的難題,提出了在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中加入儲(chǔ)能單元的解決辦法。比較了常見(jiàn)儲(chǔ)能元件的特性,闡述了船用鋰電池和超級(jí)電容器技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀,分析了兩者的應(yīng)用前景。最后,提出了含混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力推進(jìn)船舶交流母線和直流母線的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并說(shuō)明了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用中所面臨的問(wèn)題,為后繼開(kāi)展更為深入的研究提供借鑒與參考。 

【文章來(lái)源】：船舶工程. 2016,38(S2)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

常見(jiàn)儲(chǔ)能元件能量/功率密度比較

哂懈?康募鄹裼攀疲?具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和安全性。單個(gè)的電池單元容量小電壓低，在實(shí)際應(yīng)用中需要將小的電池單元加以擴(kuò)展和封裝。加拿大鋰電池生產(chǎn)商Corvus生產(chǎn)的AT-6500系列電池是典型的船用鋰電池，如圖2所示。單個(gè)的鋰電池單元容量只有0.27kWh，電壓4.2V。每個(gè)電池模塊含有24個(gè)單獨(dú)的鋰電池，電壓為50.4V，能量6.5kW。21個(gè)電池模塊集成在一起形成的電池簇容量增加至137kWh，電壓也增加到1050V。更大的電池陣可以由11個(gè)電池簇并聯(lián)得到，其容量已經(jīng)增大到1500kWh，已經(jīng)達(dá)到兆瓦的級(jí)別，可以滿足船舶動(dòng)力的需求。圖2AT-6500船用鋰電池封裝示意圖目前鋰電池已經(jīng)在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中的得到應(yīng)用，如表2所示[12]。在新建的電力推進(jìn)船舶中，鋰電池主要應(yīng)用于直流母線電力推進(jìn)系統(tǒng)，一般采用中低壓電力系統(tǒng)。豪華郵輪對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和舒適度要求較高，可以采取全電池推進(jìn)電力系統(tǒng)。對(duì)于科考船、工程支援船、遠(yuǎn)洋漁船、海岸救援船等工程船舶來(lái)說(shuō)，在電力推進(jìn)系統(tǒng)中加入鋰電池可以維護(hù)電站的穩(wěn)定，平復(fù)負(fù)載波動(dòng)帶來(lái)的影響。相比全電池推進(jìn)的船舶來(lái)說(shuō)，在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中加入適量的鋰電池，可以明顯改善系統(tǒng)性能，具有很高的性價(jià)比，這種方案已經(jīng)被越來(lái)越多的船東和船廠認(rèn)可�？梢灶A(yù)見(jiàn)，鋰電池大規(guī)模應(yīng)用于電力推進(jìn)船舶將會(huì)逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。1.2船用超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)超級(jí)電容器是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型電力儲(chǔ)能器件，其工作原理是基于1879年德國(guó)人亥姆霍茲發(fā)現(xiàn)的雙電層原理[13,14]。超級(jí)電容器的電容量極大，可達(dá)數(shù)千法拉。它通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存能量，其儲(chǔ)能過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因如此，超級(jí)電容才可以反復(fù)充放電使用達(dá)數(shù)十萬(wàn)次之多。其中應(yīng)用最為廣泛的就是雙電層式超級(jí)電容，物理結(jié)?

船舶電氣、導(dǎo)航與觀通設(shè)備—188—分有高聚合碳粒子聚合而成，中間則有鋁制薄膜連接。表2鋰電池在電力推進(jìn)船舶中的應(yīng)用案例船舶類型船名所在地母線電壓電池個(gè)數(shù)電池容量豪華郵輪Deutschland德國(guó)932VDC252×6.5kWh1.6MWh科考船BhagwanD澳大利亞450VDC20×6.5kWh130kWh工程支援船EddaFreya挪威1050VDC84×6.5kWh540kWh漁船El-Max挪威750VDC30×6.5kWh195kWh海岸救援船SanLorenzo意大利750VDC15×6.5kWh97.5kWh圖3超級(jí)電容物理結(jié)構(gòu)在電力系統(tǒng)中，超級(jí)電容器作為新型的快速動(dòng)態(tài)能量存儲(chǔ)器件已被廣泛地使用在各個(gè)工業(yè)鄰域中。超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)包括：1）高功率密度，超級(jí)電容的內(nèi)阻小，輸出功率密度高，是一般蓄電池的數(shù)十倍；2）循環(huán)壽命長(zhǎng)。具有至少十萬(wàn)次以上的充電壽命；3）充電速度快，可以用大電流給超級(jí)電容充電，充電時(shí)間很短；4）工作溫度范圍寬，能在40℃～60℃的環(huán)境溫度中正常工作；5）綠色環(huán)保，超級(jí)電容器在生產(chǎn)過(guò)程中不使用重金屬和其他有害化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長(zhǎng)，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。超級(jí)電容自身也存在一定的缺點(diǎn)：1）線性放電，超級(jí)電容線性放電的特性使他無(wú)法完全放電；2）低能量密度，目前超級(jí)電容可儲(chǔ)存的能量比化學(xué)電源少得多；3）低電壓，超級(jí)電容單元個(gè)體電壓低，需要多個(gè)電容串聯(lián)才能提升整體電壓；4）高自放電，其自放電速率比化學(xué)電源要高。目前超級(jí)電容生產(chǎn)商Maxwell已經(jīng)生產(chǎn)出不同規(guī)格的大容量超級(jí)電容器，如表3所示[15]。單個(gè)超級(jí)電容器模塊的最高電壓可以達(dá)到160V，最大的容量可以達(dá)到165F，48V模塊的能量密度可以高達(dá)3.9Wh/kg，功率密度6800Wh/kg。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將這些模塊加以組合形成更大容量的陣列，將646個(gè)48V模塊組合成一個(gè)陣列，陣列的容量可以達(dá)到372F，電?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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