2.2.4 短路保护

在电力系统设计基本完成后，需要计算电网中各点的短路电流，用于校核所选电气设备的热稳定性和电动力稳定性，校核所选用的保护电气的短路接通能力和短路分段能力以及为电力系统保护提供必要的数据。我们设计的大功率锂电池动力船舶电站系统是交直流混合电力系统，要分别考虑直流侧出现瞬时短路故障时交流系统对直流侧的影响，以及交流侧出现瞬时短路故障时，直流系统对交流侧的影响。

当直流侧出现瞬时短路故障时，其形成的短路电流一般比交流系统大得多，若使用空气开关进行保护，则必须成倍加大空开的额定电流及瞬态动作值，也可采用快速熔断器进行保护，即每组锂电池都要经过快速熔断器与直流母排相连。

计算表明，当交流侧出现瞬时短路故障时，可忽略直流侧提供的短路电流，仅按照中国船级社规范要求进行短路计算即可，其协调保护的原则也不变。不过，关于短路电流及协调保护的详细计算及分析过程将另行阐述，此处略。

2.3 锂电池及锂电池舱的电气安全性

随着新能源的逐渐普及，新能源船舶的安全问题越来越被重视。本船电站具有电池容量大、放电电流大以及电压等级高等特点，其安全性尤其重要，主要包括以下几个方面：

（1）单体电池及组电池的BMS管理系统及功能；

（2）故障电池的自动判断及切除；

（3）锂电池的分舱及电池舱温控、通风及消防安全。

BMS管理系统是锂电池作为电源必不可少的监控设备，一般根据需要确定选择一个BMS管理几个或几十个单体锂电池，主要对单体电池的电压、温度和电量等进行实时监控，对单体电压高的会先自动进行均衡并报警，过高将会自动停机，过流时将会报警并降功率使用，直至停机。按照规范要求［6］，本船锂电池及锂电池舱的监控报警见表2。

表2 锂电池及BMS的监测报警

续表2?

当任意一组锂电池出现故障无法自动排除时，电站管理中心具有紧急关断功能，以便隔离故障锂电池。

大功率锂电池在船上的安置，应充分考虑其安全性。我们把动力和电力锂电池均匀地分成两套，即三组动力一组电力为一套，分成两个独立舱室安装，该舱室与其他相邻舱室之间采用“A-60级”防火分隔。在舱室内，锂电池还需安置在专用的箱柜内，箱柜内设有温度传感系统，电池舱设机械通风系统、感烟感温火灾自动探测系统以及七氟丙烷气体灭火系统。

2.4 计算机管理中心

电站管理是本船计算机管理中心的一部分，管理中心具有自动检测报警系统和能量控制策略。其主控制器是由DSP数字控制器为核心构成的，在系统内完成整船过程控制和算法，是构成整船控制网络系统的核心。

其内置的GPS卫星信息系统的硬件组合构成了船舶的位置。在系统中，将所有的船载动态过程控制参数与位置信号建立对应的关系，用以构成实时要件。GPRS系统具有内置独立的SIM卡，与设备构成相对应的无线传输通道，并被传入网络服务器，进入数据中心的控制数据管理。

船舶在航行时，驾驶员不仅可以进行正常的安全航行操作，也在驾驶室的屏幕上同步显示整船管理中心对所有监控设备的数据和整船在航行和作业时各个环节的数据及状态，也可以在网络系统的终端设备出现，甚至在整个Internet网络中，一些重要的信息参数也可通过手机App实现远传监视。

3 结 语

本项目组从锂电池动力船舶的特性出发，设计研发出一种安全经济可靠的电站系统，以最少的电池配置、最高的安全冗余为目标，不仅提高了船舶的安全性，而且使船舶具有应急返航能力。锂电池因具有零排放和低噪声的优势，其应用前景非常广阔。

［1］ IMO. MARPOL公约附则Ⅵ修正案（MEPC.203（62）决议）［S］. 2005.

［2］ 中国国家标准化管理委员会.国标GB/T .3-2011.电动汽车传导充电用连接装置［S］. 2011：4-5.

［3］ 林德辉，黄建章.船舶电气技术丛书.船舶电力推进［M］.湖北：湖北科学技术出版社，2017：91-92.

［4］ 上海索锂科技有限公司. 500AhLiFePO4锂电池产品规格说明书［S］. 2014.

［5］ 中国船级社.钢质内河船舶建造规［S］. 2016：8-11.

［6］ 中国船级社.太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南［S］. 2014：15-19.

陈立新（1962-），本科，教授级高级工程师。研究方向：船舶设计及船舶电气自动化。

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