1.2.3 交直流配电柜

大功率锂电池动力船舶通常采用交直流混合电力系统。直流配电柜的作用是对全船直流电进行供配电管理，主要负责对锂电池的充放电、推进设备的供电、低压24 V的供电以及交流380 V的逆变供电的配电及保护；交流配电柜的作用是对全船380 V及220 V的常规用电设备进行配电及保护。

1.2.4 逆变器及正弦波装置

与交流电力推进相比，直流电力推进设备体积大、质量重、结构复杂、效率较低，而且设备相对复杂，可靠性和可维护性等方面也不如交流电力推进。而且近年来，交流变频调速克服了交流系统调速性能差的缺点，在大部分领域已替代了直流电力推进［3］。所以，目前锂电池船舶的推进电机采用交流的较多，再加上船舶上使用的大多数设备都以交流为主，所以在锂电池动力船上必须配备电源逆变装置，以获得较理想的正弦波交流电。为船舶供电安全考虑，一般这种正弦波逆变装置需一用一备。

1.2.5 电站管理系统

与传统的柴油机推进不同，电力推进船舶的关键是船舶电站管理系统，主要包括电源即锂电池的充放电监测及安全管理、交直流配电系统的操作及协调保护等。

2 案 例

下文将以本项目组研发的内河2 000吨级纯电动自卸货船的电站为例，对大功率锂电池动力船舶在电站设计时，研究及解决的主要技术问题进行论述。

本船配备2 400 kW h锂电池作为全船动力和电力的能源，2台160 kW变频电机+直翼舵桨推进，电力及生活用电设备负荷33 kW，航距80 km，设计航速12.8 km/h，锂电池续航力约7.3 h，码头装卸货时间2 h，港内停泊待港（不接岸电）时间最多8 h。

本船经实船航行试验测试，其电力系统运行稳定、性能安全可靠，技术参数计算正确，设备选择合理，技术设计方案也得到验证。由于实船航行测试是在主航道进行，经常需要避让船只，推进电机功率不能持续保持额定功率，再加上气候适宜且在白天进行测试，有些用电设备如空调、照明等负载不足，因此试验结束时的剩余电量较电力负荷及锂电池容量计算值多。

2.1 锂电池容量计算及选配

一般船舶电站设计时首先需要进行电力负荷计算，通常计算结果是以功率表示，按此功率选择相应的发电机，只要船上配置足够的油和水，发电机便可持续提供用电功率。但是锂电池动力船舶不同，电量用完必须靠岸充电，因此我们在设计时必须引入一个全航程用电时间的概念，这是与柴油发电机电站的不同之处。根据本船用电总负荷较大，且多为交流380 V的特点，结合目前船用变频器和交流电网逆变器的成熟产品考虑，确定本船直流平台电压为600 V。考虑不同工况及各工况的同时使用系数，以及推进和电力逆变器效率（按95%计），本船所需电量计算公式如下：

式中：Q为电量，kW h；P为功率，kW；η为效率，%；N为推进电机数量，台；k1为电网损失，通常取0.05；H为航行时间，h；k2为锂电池放电系数。

根据锂电池厂家提供的锂电池放电特性曲线（见图2）［4］，可见锂电池的放电特性与铅酸电池不同。虽然其放电终止电压为2.5 V，但是从放电特性曲线来看，放电过程中电压几乎保持不变，直到电池电量接近放完时电压才会产生突降。因此在计算锂电池容量时，理论上只要放电倍率在电池许可范围内，其放电系数可以取1。为保险起见，计算时按剩余电量预留5%考虑。计算结果：本船所需电量∑Q总=2 232 kW h。

图2 500 Ah锂电池1C、2C倍率放电曲线图

因为船舶规范要求对每一块单体锂电池要进行监控管理，如对电压、温度等各种参数的监控，因此单体锂电池的选择非常重要，在兼顾其外形尺寸、质量、充放电倍率的同时，要尽量选择单体容量较大的，这样可以减少传感器和相应的BMS数量配置，也可减少整个电站监测点的数量，从而使船舶通信网络的数据传输量大幅下降。既降低了成本，也提高了系统的可靠性。

在对现已取得CCS船级社证书的各种单体锂电池的特性及参数进行比较后，我们选取188块3.2 V、500 AH的单体锂电池组成一组锂电池（600 V，500 AH）300 kW h，共8组，总供电量为2 400 kW h，能满足本船续航力的要求。

2.2 供配电系统的冗余及保护

2.2.1 并联供电模式

电站的供电系统可以采用8组锂电池同时供电，也可采用“一组放完电另一组接续放电”的模式，这主要基于以下三个原则：

文章来源：《电站系统工程》 网址: http://www.dzxtgczz.cn/qikandaodu/2021/0727/560.html