船用动力系统的制作方法

本发明实施例涉及锂电池应用技术，尤其涉及一种船用动力系统。

背景技术：

针对水上交通的发展规划和国家节能环保新能源要求，锂电池作为船舶电力推进新能源已得到广泛应用。因此锂电池动力系统的安全性，可靠性，维护便利性至关重要，决定整个船舶动力系统的安全性。

基于电池温度对锂电池充放电特性和使用安全的影响，电池模块箱内的电池散热和内部热失控将是首要解决的问题。当前通常是将所有电池模块集中放置于一个箱体中，并通过在箱体中设置散热风扇或在箱体侧面开自然通风孔的方式对电池模块进行散热。该方法存在如下不足：一方面，散热风扇的电源由模块箱中的电池提供，这将会消耗掉电池的一部分容量，导致船舶推进电池系统的整体设计性能有所下降，影响电池系统的整体性能和电池寿命。另一方面，由于水上、内河内湖环境长久潮湿，在箱体中安装散热风扇或开自然通风孔，就需要采取一系列额外的措施来提高配电系统的防尘和防水等级，防止电源系统出现进水、生锈、短路等质量问题及事故，不仅增加了成本，且防护效果并不理想。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种船用动力系统，以解决电池模组的散热、防水防尘和安全性问题。

本发明实施例提供了一种船用动力系统，包括至少一个锂电池模组，所述锂电池模组包括控制箱和至少两个电池箱，其中，

每个所述电池箱均包括电池组和bms采集模块，所述bms采集模块用于采集所述电池组的状态信息；相邻两个所述电池箱中的所述电池组连接；其中一所述电池箱还包括bms主控模块，所述bms主控模块用于与各所述bms采集模块通信连接，接收各个所述bms采集模块采集的信息；

所述控制箱包括bms控制开关，所述bms控制开关连接于所述bms主控模块所在的所述电池组与配电箱之间，所述bms控制开关的控制信号端连接所述bms主控模块，所述bms控制开关用于响应所述bms主控模块的控制信号对所述电池组的供电回路进行通断控制。

可选的，所述电池箱还包括火灾探测控制器，至少两个所述电池箱中的各所述火灾探测控制器串联；所述火灾探测控制器用于采集所述电池箱内的热失控参数；

所述控制箱还包括火灾探测集中器，所述火灾探测集中器的输入端与其中一所述火灾探测控制器相连，所述火灾探测集中器的输出端连接船舶监控系统，所述火灾探测集中器用于采集各所述火灾探测控制器的输出信息，并为各所述火灾探测控制器供电。

可选的，所述控制箱还包括dc/dc模块，所述dc/dc模块的输出端分别连接所述bms主控模块和所述火灾探测集中器，用于为所述bms主控模块和所述火灾探测集中器供电。

可选的，所述电池箱的箱体内设置有隔离板，所述隔离板将所述电池箱的内腔分为上下两层，所述电池组设置于下层，所述bms采集模块设置于上层；所述隔离板与所述电池箱的一个内壁设有间隙，形成气体流通通道，所述火灾探测器设置于上层的所述气体流通通道处。

可选的，所述控制箱还包括断路器，所述断路器连接在相邻所述电池组的输出端与所述bms控制开关之间，所述断路器的控制信号端连接电池操作面板，所述断路器响应所述电池操作面板的控制信号控制对应所述电池组的通断。

可选的，所述电池操作面板设置有显示屏，所述显示屏通信连接所述船舶监控系统，用于获取所述船舶监控系统的监控信号。

可选的，所述电池操作面板设置有第一报警器，所述第一报警器通信连接所述bms主控模块，用于在接收到所述bms主控模块输出的第一报警触发信号时，进行声和/光报警。

可选的，所述bms主控模块的输出端连接船舶监控系统，用于向所述船舶监控系统反馈各所述电池组的状态信息；

所述船舶监控系统设置有第二报警器，所述第二报警器通信连接所述火灾探测集中器，用于在接收到所述火灾探测集中器输出的第二报警触发信号时，进行声和/或光报警。

可选的，所述状态信息至少包括所述电池组中各电芯的温度信息和电压信息。

可选的，所述控制箱和所述电池箱均采用铝合金材料制成。

本发明实施例提供一种船用动力系统，通过将该动力系统配置为不止一个电池模组，并为每个电池模组配置多个电池箱，将电池模组中的多个电池组分开布设在不同的电池箱中，实现通过电池箱对电池组进行物理隔离。因为每个电池箱中仅布设有限数量的电池组，大大降低了电池组的聚集数量，从而避免出现因为大量电池组布设在一起而产生的温度过高和易失控气体的浓度过高的问题，从源头上控制了每个电池箱内的热量，因而不需要配置辅助散热装置进行散热处理。同时因为各个电池箱无需额外配置散热装置，因而电池箱的密封性较好，可以进一步避免灰尘和水汽的入侵，从而解决了现有技术中电池模组的散热、防护和安全性问题，实现在电池模组安全使用的情况下降低对电池模组的维护费用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种船用动力系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图；

图3是本发明实施例提供的电池箱的侧视图；

图4是本发明实施例提供的电池箱的另一侧视图；

图5为本发明实施例提供的电池箱的内部俯视图；

图6为本发明实施例提供的控制箱的侧视图；

图7为本发明实施例提供的控制箱的内部俯视图；

图8是本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图；

图9是本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种船用动力系统的结构框图，该动力系统可作为船舶的动力源，为船舶提供动力输出。如图1所示，该船用动力系统包括：至少一个锂电池模组，锂电池模组包括控制箱20和至少两个电池箱10；

每个电池箱10均包括电池组110和bms采集模块120，bms采集模块120用于采集电池组110的状态信息；相邻两个电池箱10中的电池组110连接；其中一电池箱10还包括bms主控模块130，bms主控模块130用于与各bms采集模块120通信连接，接收各个bms采集模块120采集的信息；

控制箱20包括bms控制开关210，bms控制开关210连接于bms主控模块130所在的电池组110与配电箱之间，bms控制开关210的控制信号端连接bms主控模块130，bms控制开关210用于响应bms主控模块130的控制信号对电池组110的供电回路进行通断控制。

具体地，该动力系统可包括不止一个锂电池模组，以通过不止一个锂电池模组级联后输出符合需求的动力。例如，在一个实施例中，电池模组的数量设置为四组，四组锂电池模组共同输出动力至船舶的配电系统，为船舶提供推进动力。

电池箱10用于布设和装配电池组110，每个电池箱10布设预设数量的电池组110，将一个电池模组中的各个电池箱10中的电池组110进行串联，串联后的总输出作为该电池模组的动力输出。每个电池箱10所允许布设的电池组110的数量可根据电池组110在工作中温度增加情况进行规划，使得每个电池箱10中的电池组110在正常工作中所产生的温度不超过所确定的高温阈值，以此可以最大限度地保证每个电池箱10中的电池组110都能工作在安全的温度范围内。通过对锂电池模组进行分组，并将各组电池模组所包含的多个电池组110布设在预设数量的电池箱10中，使得每个电池箱10仅包含有限数量的电池组110，从而每个电池箱10中的发热温度大大降低，避免了过多的电池组110布设在一起时，容易出现温度过高和易燃气体浓度超标的情况。

电池箱10中配置的bms采集模块120与对应电池组110相连，用于采集对应电池组110的状态信息，bms采集模块120将采集的电池组110的状态信息发送至bms主控模块130，从而bms主控模块130能够对各个电池组110进行实时监控，并可以基于所获取的各个电池组110的状态信息按照预设的控制策略通过对应bms采集模块120对相应的电池组110进行控制。可选的，可在bms主控模块130中集成bms采集模块120的功能，使得bms主控模块130同时具有采集和控制功能，相应地，可在该电池箱10中仅配置一个bms主控模块130而无需额外配置bms采集模块120，由bms主控模块130一方面采集本电池箱10中的电池组110的状态信息，另一方面采集其他各电池箱10中的bms采集模块120输出的各状态信息，并控制其他各bms采集模块120。

在一个实施例中，电池组110的状态信息至少包括电池组110中各电芯的温度信息和电压信息。当出现电芯间的温度和/或电压值相差较大时，可通过bms主控模块130进行相应处理例如断开该电池组110与其他电池组110的连接，或者向上级系统例如监控系统进行报警反馈等，以对电池组110中的各电芯进行均衡管理。

通常将配置有bms主控模块130的电池箱10与控制箱20相邻放置，以通过控制箱20中的供电单元为bms主控模块130供电，再通过bms主控模块130为各个bms采集模块120供电。同时，可以让电池模组的布设更加简洁。

控制箱20用于布设具有控制和/或具有开关功能的器件，由控制箱20与船舶系统的控制单元进行相应连接，以实现通过控制箱20对各电池箱10进行控制。本实施例中，将bms控制开关210设置在控制箱20中，bms控制开关210连接相邻电池组110与配电箱之间，能够对电池组110的动力输出进行通断控制。

bms控制开关210的控制信号端与bms主控模块130相连，从而bms主控模块130可以基于各电池箱10中的电池组110的状况通过bms控制开关210对该电池模组进行控制。例如，当bms主控模块130监测到某一电池组110的放电电压过高时，bms主控模块130可按照预设策略通过bms控制开关210切断该电池模组与配电箱的连接，停止该电池模组进行动力输出，以隔离该电池组110，避免该电池组110的状态进一步恶化。

可选的，bms控制开关210可以与船舶的相应控制单元进行连接，从而还可以通过船舶的控制单元对bms控制开关210进行相应控制。

本发明实施例提供一种船用动力系统，通过将该动力系统配置为不止一个电池模组，并为每个电池模组配置多个电池箱10，将电池模组中的多个电池组110分开布设在不同的电池箱10中，实现通过电池箱10对电池组110进行物理隔离。因为每个电池箱10中仅布设有限数量的电池组110，大大降低了电池组110的聚集数量，从而避免出现因为大量电池组110布设在一起而产生的温度过高和易失控气体的浓度过高的问题，从源头上控制了每个电池箱10内的热量，因而不需要配置辅助散热装置进行散热处理。同时因为各个电池箱10无需额外配置散热装置，因而电池箱10的密封性较好，可以进一步避免灰尘和水汽的入侵，从而解决了现有技术中电池模组的散热、防护和安全性问题，实现在电池模组安全使用的情况下降低对电池模组的维护费用。

在上述技术方案的基础上，可选的，bms主控模块130通过控制箱20中的供电单元进行供电，具体地，控制箱20还包括dc/dc模块，dc/dc模块的输出端分别连接bms主控模块130和火灾探测集中器，用于为bms主控模块130和火灾探测集中器供电。

其中的dc/dc模块可以由船舶的配电系统直接输出直流电进行供电，这样一方面可以保证dc/dc模块能够得到稳定的直流输入电源，另一方面可避免直接使用电池组110供电因为对电池组110造成额外的损耗而造成电池管理不便的问题。

可选的，图2为本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图。在上述实施例的基础上，如图2所示，为了进一步对电池箱10的热量进行监测，以及对火灾进行预警和监测，电池箱10中布设有火灾探测装置，具体地，电池箱10还包括火灾探测控制器140，至少两个电池箱10中的各火灾探测控制器140串联；火灾探测控制器140用于采集电池箱10内的热失控参数；

控制箱20还包括火灾探测集中器220，火灾探测集中器220的输入端与相邻火灾探测控制器140相连，火灾探测集中器220的输出端连接船舶监控系统，火灾探测集中器220用于采集各火灾探测控制器140的输出信息，并为各火灾探测控制器140供电。

其中，热失控参数是指能够产生不可控热量的参数。例如，浓烟或者易燃气体等。通过在每个电池箱10中配置火灾探测控制器140，由火灾探测控制器140采集对应电池箱10的热失控参数并反馈至火灾探测集中器220，再由火灾探测集中器220向船舶监控系统等上级系统反馈。

在一个实施例中，火灾探测控制器140可选用集成的一体化器件，其包括传感器和控制器，其中的传感器包括温度探测器、气体探测器和烟雾探测器三类传感器，用于采集电池箱10中因为电池组110内短路、过充过放、外短路等情况所产生的烟雾、特殊气体(例如类co气体)以及电池箱10内温度的变化。控制器按照预设策略对传感器组采集的数据进行数据处理和模数转换后输出至火灾探测集中器220。进一步的，火灾探测控制器140可以按照预设算法基于采集的数据生成不同等级的触发信号，并将触发信号发送至火灾探测集中器220，由火灾探测集中器220反馈至船舶系统。所生成的不同等级的触发信号可用于作为报警触发信号。

在一个实施例中，火灾探测集中器220通过can总线分别与各火灾探测控制器140以及船舶监控系统等上级系统通信，以采集各火灾探测控制器140的输出信号并将各火灾探测控制器140的输出信号反馈至上级系统。

下面结合附图对电池箱和控制箱的结构作进一步介绍。

图3为本发明实施例提供的电池箱的侧视图，从图3可以看出，因为无需额外设置散热器件，因而电池箱10的密封性较好，仅需在电池箱10的箱体上布设必要的线缆连接接口即可，线缆接口采用标准化接口。线缆连接接口可以包括通信接口，火灾探测信号接口，电池组110的正负极接口以及控制信号接口等。

图4为本发明实施例提供的电池箱的另一侧视图，从图4可以看出，bms采集模块120与电池组110在电池箱10中按照上下两层布设，火灾探测控制器140设置在电池箱10内腔一侧的气体流通通道处。

图5为本发明实施例提供的电池箱的内部俯视图，从图6可以看出，电池箱10中的8个电池组110被有序布设在固定位上，8个电池组110相互串联，相邻的电池组110之间留有一定的空隙，通过在电池箱10中布设有限数量的电池组110，使得电池箱10内的温度能够被有效控制。电池箱10中还设置有熔断器150，熔断器150例如可以为保险丝，将熔断器150设置于电池组110的供电输出回路，当电池组110的输出电流超过规定值时，熔断器150熔断以断开电池组110与外部电路的连接，对电池组110进行保护。火灾探测控制器140布设在电池箱10内腔的一侧。

图6为本发明实施例提供的控制箱的侧视图，从图中可以看出，控制箱20的箱体上设置有线缆接口，线缆接口采用标准化设置，使得当任一控制箱20存在故障时，可以通过备用控制箱20进行快速替换。接口可选的包括电池组110的正负极接口，火警信号接口，断路器接口，dc/dc模块供电接口，以及控制信号接口等。

图7为本发明实施例提供的控制箱20的内部俯视图，从图7可以看出，控制箱20包括bms控制开关210，火灾探测集中器220，断路器230，dc/dc模块240，以及熔断器150，其中，熔断器150设置在断路器230与电池组110的供电回路之间，以对整个电池组110形成过电流保护。

可选的，图8为本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图。在上述实施例的基础上，在船舶的驾控台设置有电池操作面板30，船舶驾驶人员可以通过电池操作面板30对电池模组进行监测和控制。如图8所示，控制箱20还包括断路器230，断路器230连接在相邻电池组110的输出端与bms控制开关210之间，断路器230的控制信号端连接电池操作面板30，断路器230响应电池操作面板30的控制信号控制对应电池组110的通断。

其中，相邻于控制箱20的电池组110即为该电池模组的最后一级电池组110，该电池组110的输出端即为该电池模组的总输出端。通过将断路器230设置在bms可控开关与该电池模组的最后一级电池组110之间，船舶驾驶人员通过设置驾控台的电池操作面板30可以远程操作该电池模组。例如，当船舶驾驶人员接收到监控室传送的某一电池箱10的温度超标时，船舶驾驶人员可通过电池操作面板30立即切断该电池箱10所属的电池模组，从而实现对电池模组的远程控制。

可选的，为了进一步方便船舶驾驶人员监控各电池模组的状况，电池操作面板30设置有显示屏，显示屏通信连接船舶监控系统，用于获取船舶监控系统的监控信号。

具体地，显示屏可以通过rs485总线与船舶监控系统相连，以获取到船舶监控系统的监控信号，从而船舶驾驶人员可以实时查看各电池模组的状态信息，并基于监控信号通过电池操作面板30对相应电池模组进行远程控制。

实际操作中，船舶驾驶人员可能无法时刻监视显示屏，此时，为了更便于船舶驾驶人员获取到关键信息，在电池操作面板30上设置有报警装置，具体地，电池操作面板30设置有第一报警器，第一报警器通信连接bms主控模块130，用于在接收到bms主控模块130输出的第一报警触发信号时，进行声和/光报警。

其中，将bms主控模块130的信号输出端与第一报警器相连，当bms主控模块130经过数据处理发现有电池组110的状态信息存在异常时，bms主控模块130按照既定策略生成第一报警触发信号，触发第一报警器进行报警，以通知船舶驾驶人员，从而便于船舶驾驶人员在第一时间获取到电池组110的异常状况并基于电池操作面板30立即采取控制措施。

可选的，bms主控模块130可按照预设策略基于各bms采集模块120的输出信号生成不同等级的报警触发信号，以触发第一报警器按照不同等级进行报警，方便船舶驾驶人员进行区分。在一个可选的实施例方式中，bms主控模块130实行三级控制和保护策略，分别为低级、中级和高级。相应地，报警触发信号可分为三个报警等级。例如，当bms主控模块130监测到某一电池组110的电压高于设定的高限值时，bms主控模块130向第一报警器发送高级报警触发信号，触发第一报警器进行最高等级报警。同时，bms主控模块130控制充电和放电开关断开，以隔离该电池组110。进一步的，还可以在显示屏上按照设定的等级对电池组110的状态信息进行分级显示，例如，当某一电池组110的电压过高时，对应于该电池组110的电压信息被高亮显示在显示屏上，以引起船舶驾驶人员的注意。

可选的，第一报警器例如可以为蜂鸣器和/或发光二极管，以进行蜂鸣报警和/或发光报警。第一报警器可设置为按照第一报警触发信号的触发等级进行不区别报警。例如，当电池组110的温度高于设定的高温阈值时，bms主控模块130触发第一报警器按照急促的声音进行高频报警；当电池组110的电压刚超出设定的正常电压值时，bms主控模块130触发第一报警器发出平缓的报警信号。

可选的，图9为本发明实施例提供的另一种船用动力系统的结构框图。在上述实施例的基础上，如图9所示，为了更好地对电池组110进行监控，bms主控模块130的输出端连接船舶监控系统40，用于向船舶监控系统40反馈各电池组110的状态信息。

具体地，通过将bms主控模块130的输出端与船舶监控系统40相连，使得船舶监控系统40能够实时获取各电池组110的当前状态信息，从而当发现任意电池组110存在例如放电电压高等异常情况时，船舶工作人员可通过船舶监控系统40第一时间获取到相应信息，从而针对该电池组110采取相应控制措施。

在一个实施例中，船舶监控系统40也设置有报警装置，具体地，船舶监控系统40设置有第二报警器，第二报警器通信连接火灾探测集中器220，用于在接收到火灾探测集中器220输出的第二报警触发信号时，进行声和/或光报警。

其中，第二报警器用于当电池箱10内的热失控参数超标时进行报警。第二报警器例如可以设置在监控系统的触摸显示屏上，通过将第二报警器连接火灾探测集中器220，当火灾探测集中器220经过分析和数据处理后发现有电池箱10的热失控参数存在异常时，可以通过报警的方式对工作人员进行提醒。第二报警器例如可以为蜂鸣器和/或发光二极管，进行蜂鸣报警和/或发光报警。

进一步的，为了更加方便工作人员进行监控，火灾探测集中器220可以设置多报警级别，具体地，可在火灾探测集中器220中设置多个不同级别的报警信号阈值，达到相应的报警信号阈值后向第二报警器发送对应的触发信号，从而第二报警器可以根据所述接收到的报警触发信号进行分等级报警。例如，当电池箱10中的温度刚高于正常值时，火灾探测集中器220经过数据处理触发第二报警器按照平缓的蜂鸣声音进行报警；当探测到烟雾浓度超过阈值时，火灾探测集中器220经数据处理后触发第二报警器按照急促的声音进行蜂鸣报警。需要说明的是，上述仅为对第二报警器示例性的报警方式，具体可根据各电池箱10的状况和船舶的运行需求进行设置，本实施例对此不作限定。

在一个实施例中，为了让火灾探测控制器140发挥最佳的信号采集功能，对电池箱10进行如下设置：电池箱10的箱体内设置有隔离板，隔离板将电池箱10的内腔分为上下两层，电池组110设置于下层，bms采集模块120设置于上层；隔离板与电池箱10的一个内壁设有间隙，形成气体流通通道，火灾探测器设置于上层的气体流通通道处。

具体地，通过设置隔离板，可以将电池组110与bms采集模块120进行物理隔离，避免电池组110与bms采集模块120之间产生不必要的干扰。通过将火灾探测控制器140设置于电池箱10内的气体流通通道处，使得火灾探测控制器140可以采集到更加准确的热失控参数。在本实施例的一优选实施方式中，将火灾探测控制器140设置在电池箱10的上部气体流通通道处。

在上述技术方案的基础上，可选的，本实施例中的控制箱20和电池箱10均采用铝合金材料制成。将电池箱10和控制箱20的箱主体采用导热系数较高的铝合金材质，在不增加通风性开孔的情况下即可满足正常的散热需求。

可选的，在上述实施例的基础上，将各电池模组(包括各电池箱10和控制箱20)安装在配有机械通风或空调系统的船舱室内，可以为各电池模组的工作提供适宜的外部环境，可进一步保障各电池组110能够安全稳定运行。

在一个实施例中，采用本发明实施例提供的电池箱10和控制箱20式设置，并将电池箱10和控制箱20的箱体设置为铝合金箱体，通过30米漓江城市段五星级观光游船实船验证，观光游船运行6h，电池组110的温升小于1℃。在内湖长久潮湿的环境下，各电池组110的绝缘性能良好，未触发任何报警。

本发明实施例所提供的船用动力系统，通过设置电池箱10和控制箱20，根据锂电池工作时的温升特性设置电池箱10的尺寸，使得电池箱10能容纳有限数量的电池组110，因为集中放置电池组110的数量得以减少，同时集中布设的电池组110的数量是基于电池组110的温升特性所布设，从而使得各电池箱10的温度都可控。本实施例技术方案，通过将电池模组分组布设在不同的电池箱10中，降低电池组110的聚集数量，从而降低了每个电池箱10的温度增加量，从源头上减少了每个电池箱10内的热量，因而不需要配置其他的散热器件进行散热处理；同时，因为无需额外配置散热器件，因而电池箱10的密封性得以保证，从而解决了现有技术中电池模组的散热、防护和安全性问题，实现在电池模组安全使用的情况下降低对电池模组的维护费用。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。