一种船舶动力电池大功率充电系统
阅读说明：本技术 一种船舶动力电池大功率充电系统 (High-power charging system of ship power battery ) 是由 卢峰 刘海峰 郑松松 邢建旭 雷江平 宋锦海 肖超云 周丹 吴艳 周佩祥 薛钦 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：一种船舶动力电池大功率充电系统,其特征是,包括直流端、共模干扰抑制器、功率模块、差模干扰抑制器、滤波模块、软启动模块和交流输出模块,直流端输出通过交流断路器与共模干扰抑制器的输入连接,共模干扰抑制器的输出与功率模块的输入连接,功率模块的输出与滤波模块输入连接,滤波模块输出与分别与软启动模块和差模干扰抑制器的输入端连接,差模干扰抑制器的输出端与交流输出模块连接。提供一种大公里动力电池充电系统满足船舶运营所需的大功率动力电池的充电需求,推动港口智慧能源系统的发展。采用直流交流双向拓扑结构,能量可双向流动,满足双向充放电。(A high-power charging system for a ship power battery is characterized by comprising a direct current end, a common-mode interference suppressor, a power module, a differential-mode interference suppressor, a filtering module, a soft start module and an alternating current output module, wherein the output of the direct current end is connected with the input of the common-mode interference suppressor through an alternating current breaker, the output of the common-mode interference suppressor is connected with the input of the power module, the output of the power module is connected with the input of the filtering module, the output of the filtering module is connected with the input ends of the soft start module and the differential-mode interference suppressor respectively, and the output end of the differential-mode interference suppressor is connected with the alternating current output module. The power battery charging system for the kilometer meets the charging requirement of a high-power battery required by ship operation, and the development of a port intelligent energy system is promoted. By adopting a direct current and alternating current bidirectional topological structure, energy can flow in two directions, and bidirectional charging and discharging are met.)
技术领域
本发明涉及船舶供电技术领域，尤其涉及一种船舶动力电池大功率充电系统。
背景技术
随着国家经济持续快速发展，伴随航运业体量不断增大，航运业以约5%的燃油消耗造成了超过20%的二氧化硫和8.9%的氮氧化物排放，船舶柴油机带来油污水排放占水体油污染总量的70%。船舶柴油机动力系统对环境造成很大污染，以京杭运河为分析对象，京杭运河运行柴油机船舶约2.1万艘，每年耗油约48万吨，产生大气污染CO2151.3万吨，NOX4.2万吨，SOX2.4万吨，以及其它废气废物；每年因舱底水而产生的油污约1.2万吨；每艘船上船舶柴油机噪声约为100分贝。对沿江沿海城市影响巨大，已经引起了广泛关注，国家主管部门相继出台相应法规严控船舶污染。
内河（湖泊）污染日趋严重。目前内河船舶大多采用柴油机作为动力，这些船舶会不可避免的向水域排放油污染水和船舶洗舱水，而且柴油机运行过程中会排放大量的碳氧化合物、氮氧化合物以及硫氧化合物等有害物质，这些都会使水体质量明显恶化。
石化能源日趋枯竭。英国石油公司（BP）发表的一份报告称，全世界拥有的石油储量还够用40年。目前船舶大多数均以柴油机作为动力源，但是伴随着石油的枯竭，为了维持航运业的发展，必须提前寻找新的动力源。
随着船舶工业发展，内河流域燃油船舶有望逐步被电动船舶所取代。其中，电动船借由船上的能源电池系统转变成电力驱动动力以协同或取代燃油产生动力，减低对环境的冲击，并减少消耗能源。由于电动船可以大幅降低船舶废气排放，部分甚至可以实现零排放，其应用规模迅速扩大，有望成为未来发展重点。我国电动船舶特别在内河货船、沿江沿海城市渡船/观光船和港口工作船三大领域均存在良好市场机会，已涌现出一批示范项目。其中以内河货船市场最大，电能替代潜力最高。近年来，得益于相关技术的快速发展，以及电池价格的下降，加上环保要求的提高，电动船舶用大功率动力电池集装箱得到更加广泛的应用。电动船舶用动力电池的电量已经达到兆瓦级，由于船舶运营的特殊性，靠岸充电时间较短，因此亟需解决电动船舶动力电池大功率充电难题。
发明内容
本发明是为了克服现有港口岸电系统无法满足船舶运营所需的大功率动力电池的充电需求的问题，提供一种能够满足船舶大功率动力电池充电需求的充电系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种船舶动力电池大功率充电系统，包括电网模块、共模干扰抑制器、功率模块、差模干扰抑制器、滤波模块、软启动模块和交流输出模块，电网模块输出通过交流断路器与共模干扰抑制器的输入连接，共模干扰抑制器的输出与功率模块的输入连接，功率模块的输出与滤波模块输入连接，滤波模块输出与分别与软启动模块和差模干扰抑制器的输入端连接，差模干扰抑制器的输出端与交流输出模块连接。
作为优选，所述交流断路器与共模干扰抑制器输入端之间还连接有第一防雷器FV1，所述防雷器正极与共模干扰抑制器输入端正极连接，所述第一防雷器FV1负极与共模干扰抑制器输入端负极连接。
作为优选，所述功率模块包括泄放回路、三个的功率单元HB4、HB5、HB6，三路LC滤波器，泄放回路与共模干扰抑制器并联，HB4并联在泄放回路两端，HB5并联在HB4两端，HB6并联在HB5两端。所述三个的功率单元HB4、HB5、HB6并排设置的每个功率单元包括6个直流电容和两个IGBT，两个IGBT通过共用母排连接到6个直流电容上。
作为优选，所述功率模块还包括一个直流采样霍尔I_LEM1、若干交流采样霍尔，若干交流采样霍尔分别为I_LEM2、I_LEM3、I_LEM4，所述直流采样霍尔I_LEM1设置在直流滤波器输出端正极，所述I_LEM2设置在HB4输出端，I_LEM3设置在HB5输出端，I_LEM4设置在HB6输出端。l_LEM1 是直流采样霍尔，采集直流侧电压值，用作做直流过流保护；I_LEM2、I_LEM3、I_LEM4，是交流采样霍尔，采集交流侧电压值，采样霍尔采用LEM公司的LV25-P/SP5。
作为优选，所述滤波模块包括三相电感模块L1、三相电感模块L2，三相电容模块C1，所述三相电感模块L1的输入端分别与HB5、HB6、HB7的输出端相连，所述三相电感模块L1的输出端与三相电感模块L2的输入端连接，所述三相电容模块C1第一引线端、第二引线端、第三引线端分别与三相电感模块L1的输出端连接。滤波模块采用LCL滤波电路，使用全电流电抗器。
作为优选，所述软启动模块包括直流断路器KM2、电阻R41、电阻R42和电阻R43、软启动接口A1，所述直流断路器KM2一端与滤波模块连接、直流断路器KM2另一端三个接口分别通过电阻R41、电阻R42、电阻R43与软启动接口A1的三个端口相连。交流软起电阻值越小，则主接触器吸合时电压波动越小，在滤波电容上引起的电压波动也越小，但稳态下电流也越大，电阻损耗大，因此软起电阻选择型号为RXLG 500W-3R KM。
作为优选，所述交流输出模块包括交流断路器QF3交流输出端口A2，差模干扰抑制器通过交流断路器QF3与交流输出端口A2连接。
作为优选，所述差模干扰器输出端还连接有第二防雷器FV2，第二防雷器FV2输入端通过断路器QF5与差模干扰抑制器输出端连接，所述交流侧第二防雷器FV2输出端接地。
作为优选，所述直流端包括断路器QF1和断路器QF2，所述断路器QF1和断路器QF2并联且断路器QF1和断路器QF2不共用负极。
作为优选，所述泄放回路包括开关管T1和电阻R1，二极管D1，二极管D2，开关管T1集电极与电阻R1一端连接，开关管T1发射极与共模干扰抑制器输出端负极连接，电阻R1另一端与共模干扰抑制器输出端正极连接，开关管T1并联有二极管D1，电阻R1并联有二极管D2。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）提供一种大公里动力电池充电系统满足船舶运营所需的大功率动力电池的充电需求，推动港口智慧能源系统的发展。（2）采用直流交流双向拓扑结构，能量可双向流动，满足双向充放电。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例的功率单元结构示意图。
图中：1、直流电容 2、IGBT。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例：
如图1~2所示的一种船舶动力电池大功率充电系统，包括直流端、共模干扰抑制器、功率模块、差模干扰抑制器、滤波模块、软启动模块和交流输出模块，直流端输出通过交流断路器与共模干扰抑制器的输入连接，共模干扰抑制器的输出与功率模块的输入连接，功率模块的输出与滤波模块输入连接，滤波模块输出与分别与软启动模块和差模干扰抑制器的输入端连接，差模干扰抑制器的输出端与交流输出模块连接。交流输出端输出电压为315V，最大直流侧电压为1000V。
交流断路器与共模干扰抑制器输入端之间还连接有第一防雷器，所述防雷器正极与共模干扰抑制器输入端正极连接，所述第一防雷器负极与共模干扰抑制器输入端负极连接。第一防雷器选用DG-M-YPV-SCI-1000-FM。
功率模块包括泄放回路、三个的功率单元HB4、HB5、HB6，三路LC滤波器，泄放回路与共模干扰抑制器并联，HB4并联在泄放回路两端，HB5并联在HB4两端，HB6并联在HB5两端。功率模块还包括一个直流采样霍尔I_LEM1、若干交流采样霍尔，若干交流采样霍尔分别为I_LEM2、I_LEM3、I_LEM4，所述直流采样霍尔I_LEM1设置在直流滤波器输出端正极，所述I_LEM2设置在HB4输出端，I_LEM3设置在HB5输出端，I_LEM4设置在HB6输出端。所述三个的功率单元HB4、HB5、HB6并排设置的每个功率单元包括6个直流电容1和两个IGBT2，两个IGBT2通过共用母排连接到6个直流电容1上。l_LEM1 是直流采样霍尔，采集直流侧电压值，用作做直流过流保护；I_LEM2、I_LEM3、I_LEM4，是交流采样霍尔，采集交流侧电压值，采样霍尔采用LEM公司的LV25-P/SP5，供电为正负15V。
滤波模块包括三相电感模块L1、三相电感模块L2，三相电容模块C1，所述三相电感模块L1的输入端分别与HB5、HB6、HB7的输出端相连，所述三相电感模块L1的输出端与三相电感模块L2的输入端连接，所述三相电容模块C1第一引线端、第二引线端、第三引线端分别与三相电感模块L1的输出端连接。
软启动模块包括直流断路器KM2、电阻R41、电阻R42和电阻R43、软启动接口A1，所述直流断路器KM2一端与滤波模块连接、直流断路器KM2另一端三个接口分别通过电阻R41、电阻R42、电阻R43与软启动接口A1的三个端口相连。交流软起电阻值越小，则主接触器吸合时电压波动越小，在滤波电容上引起的电压波动也越小，但稳态下电流也越大，电阻损耗大，因此软起电阻选择型号为RXLG 500W-3R KM。软起和主接触器时间间隔要小于5s，切勿上时间开着软起接触器，否则软起电阻将烧坏。稳态电流可达34A，接触器型号可选为：ABBA40-30-10 RC5-1。直流最大电压为1000V，最大电流可达1200A，直流断路器KM2可选用ABBT6S800 TMA800 FF 4P+RHE（附件：1Q+1SY）2个并联使用。
交流输出模块包括交流断路器QF3交流输出端口A2，差模干扰抑制器通过交流断路器QF3与交流输出端口A2连接。
差模干扰器输出端还连接有第二避雷器，第二避雷器输入端通过断路器QF5与差模干扰抑制器输出端连接，所述第二避雷器输出端接地。交流电压为315VAC，因此交流侧避雷器FV2选用凤凰防雷器型号：VAL-MS PV/S-FM，断路器QF5：ABB S263-C63A+S2-H11。
直流端包括断路器QF1和断路器QF2，所述断路器QF1和断路器QF2并联且断路器QF1和断路器QF2不共用负极。
泄放回路包括开关管T1和电阻R1，二极管D1，二极管D2，开关管T1集电极与电阻R1一端连接，开关管T1发射极与共模干扰抑制器输出端负极连接，电阻R1另一端与共模干扰抑制器输出端正极连接，开关管T1并联有二极管D1，电阻R1并联有二极管D2。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了泄放回路、避雷器、并联、软启动等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
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