船舶电池系统(Marine Battery System),包括结构、设计要求、分类、标准及典型方案。
船舶电池系统是为船舶推进、电力、应急、通信、导航及控制系统提供电能的关键组成部分,主要采用锂离子电池(尤其是磷酸铁锂LFP)或镍氢/铅酸电池作为储能单元。
常见应用包括:
船舶主推进动力(纯电/混合动力)
船载应急备用电源(UPS)
船舶通信、雷达、导航供电
港口拖轮、巡逻艇、客渡船、电动游船等
船舶锂电系统通常包括以下模块:
| 模块 | 功能说明 |
|---|---|
| 电芯模块 | 单体电芯构成电池模组,通常采用磷酸铁锂或NCM电芯 |
| 模组管理单元(BMU) | 监控模组内单体电压、温度、均衡控制 |
| 电池管理系统(BMS) | 系统级电压、电流、温度管理,SOC/SOH计算、CAN通信 |
| 高压配电盒(PDU) | 主正、主负接触器、熔断器、预充回路 |
| 热管理系统 | 液冷/风冷系统,保持电芯温度一致性 |
| 外壳结构 | 船级防护、防腐、防震设计,防护等级IP67/IP68 |
| 通信与监控 | CAN/RS485接口,联动船舶能量管理系统(EMS) |
| 项目 | 参数范围 |
|---|---|
| 系统电压 | 48V ~ 1000V(典型:384V、540V、768V) |
| 容量范围 | 50Ah ~ 1000Ah |
| 工作温度 | -20℃ ~ +55℃(军品或极地型可达 -40℃) |
| 防护等级 | ≥ IP67(船体舱外设备需IP68) |
| 绝缘电阻 | ≥ 100 MΩ |
| 充放倍率 | 常规0.5C放电,快充1C可选 |
| 设计寿命 | ≥ 10年或4000次循环 |
| 冷却方式 | 强制风冷 / 液冷 |
船用锂电系统必须满足船级社及国际安全标准:
| 标准/规范 | 内容说明 |
|---|---|
| IMO MSC.1/Circ. 1628 | 锂电池系统船用安全指南 |
| IEC 62619 | 工业锂电池安全要求 |
| IEC 62620 | 二次锂电池性能要求 |
| DNVGL-RU-SHIP Pt.4 Ch.8 | DNV船级社船用电池系统规则 |
| CCS《船用锂离子蓄电池系统检验指南》 | 中国船级社检验标准 |
| GB/T 40059-2021 | 船舶动力锂电系统安全要求 |
| UL 1973/UL 9540A | 储能电池系统热传播及安全评估 |
1. 混合动力船舶系统拓扑:
柴油发电机 ─┬─> DC母线 ─> 推进电机 │ └─> 船舶锂电系统(BMS+PDU+Pack)
2. 全电动船系统拓扑:
岸基充电桩 → DC/DC → 电池组 → 推进电机/控制器 → 船舶负载
| 船型 | 系统电压 | 容量 | 能量 | 冷却方式 | 特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 港口拖轮 | 768V | 600Ah | 460kWh | 液冷 | 大功率、快充 |
| 电动渡船 | 512V | 800Ah | 410kWh | 液冷 | 高循环寿命 |
| 海警巡逻艇 | 384V | 400Ah | 150kWh | 风冷 | 防盐雾、防爆 |
| 科研船辅助电源 | 220V | 300Ah | 66kWh | 风冷 | 静音、稳定 |
| 小型游艇 | 96V | 200Ah | 19.2kWh | 风冷 | 轻量化 |
电芯一致性筛选(ΔV<10mV,ΔIR<5mΩ)
舱室独立隔离设计(防火、防爆、防水)
热传播防控:热隔断+气体导流通道
电气隔离与接地检测
BMS多级保护(过充、过放、过温、短路)
紧急断电与报警联动系统
防盐雾/防震结构:符合IEC 60068与ISO 16750
船级远程监控系统(RS485/CAN→Ethernet)
冗余BMS设计(双MCU架构)
低温加热系统(PTC/液加热)
自放气安全阀设计
模块可拆换设计(便于维护)
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能量密度:125-160Wh/kg
充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
温度范围:-40℃—65℃
自耗电:≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次,
80%容量保持率;
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
符合国军标要求。