锂电池电力推进系统在观光游览船上的应用

曾翠梅 罗芳

摘    要：本文简要介绍了锂电池电力推进系统的主要特点及与传统铅酸电池推进系统的对比，重点介绍了锂电池在观光游览船上作为推进动力电源的应用情况。

关键词：观光游览船;电力推进;锂电池

中图分类号：U664.3                                文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the main characteristics of lithium battery propulsion system， the comparison with the traditional lead-acid battery propulsion system and focuses on the application of lithium battery as propulsion power supply in the sightseeing ship.

Key words： Sightseeing ship; Electric propulsion; Lithium battery

1 前言

隨着内河、湖泊、水库等旅游资源的开发，船舶动力系统排放的废油、废气和噪声所引发的水体、空气、噪声污染问题显得日益严重，尤其是一些水库还担负着城市供水取水源的作用。因此，采用无污染、零排放的动力系统来代替柴油机作为船舶动力系统显得十分重要和迫切。

作为无污染、零排放、低噪音的新能源船舶推进动力系统，普遍采用的是由光伏电池组成的太阳能动力系统和由铅酸蓄电池组成的电池动力系统。

太阳能动力系统采用光伏电池将太阳光直接转换为电能并产生动力。它需要在船舶上铺设足够数量的光伏薄膜电池，这对旅游船舶来说将大大占用室外空间，减少了旅客的室外活动场所。另一方面，由于光伏电池在受光发电时，发电量将随光照强弱而变化，为保证船舶推进系统的稳定性及在光照不足情况下仍能继续推进，需与铅酸蓄电池组相结合作为船舶推进动力系统，无形中又增加了成本和船舶重量。

为了解决上述问题，既要满足无污染、零排放、低噪音的环保要求，又要增加船舶室外活动空间、减少由于电池重量的增加造成船舶运输能力的损失，本文结合我司为桂林两江四湖旅游有限责任公司设计、建造的漓江城市段五星级豪华观光游船《漓江之梦》号，探讨采用动力锂电池组作为观光游览船舶推进电力系统的技术方案及特点。

2 铅酸电池与锂电池的比较

锂电池作为一种新型电池，目前主要用于满足手机、笔记本电脑、PDA等电子产品，近年也开始逐渐应用在新能源动力汽车上。相比传统的铅酸蓄电池，锂电池具有额定电压高、自放电率低、重量轻、绿色环保等优点。铅酸电池与锂电池的比较，见表1。

由于锂电池比铅酸蓄电池在重量、体积、充放电特性及环保方面的优势，采用动力锂电池及其管理系统组成的船舶电力推进系统，有助于改善船舶的整体性能，减少船舶重量带来的运输能力损失，因此我司在进行《漓江之梦》号方案设计时采用了锂电池作为船舶的主要电力推进电源及全船日常用电电源。另外，根据漓江航段的特殊性及船东营运的要求，本船还配置了2台柴油发电机组作为电力推进系统的备用及应急使用电源。

3 船舶主要参数

《漓江之梦》号五星级豪华观光游览船按内河C级航区设计，同时满足漓江旅游客船法定检验规定的要求，为浅吃水平底双隧道线型、首部采用U型纵流线型、尾部采用平底线型的全铝合金船。船长30 m、型宽6 m、吃水0.5 m、水线以上总高不超过6.2 m、设计航速16 km/h、人均客舱面积不低于1.4 m2、旅客人数46人。全船的整体外观采用简约风格，内部装修按五星级标准（见图1、2、3）。

4 锂电池电力推进系统

根据该船的续航力要求，配置了4组DC537.6V、180Ah的锂电池组作为全船的推进及日常用电电源，供船上2台交流变频推进电机用电的同时，还能满足船上包括空调、照明、厨房设备等的日常用电需求。

锂电池采用中航锂电（洛阳）有限公司生产的锂离子电池，单个电池容量为DC3.2V、180 Ah，每组锂电池组由若干个单体电池串联组合成DC537.6V、180 Ah。考虑锂电池在舱内的安装和接线，锂电池采用模块箱的形式进行安装，每个模块箱由14个单体锂电池组成单层模块箱或由28个单体锂电池组成双层模块箱，每个模块箱内集成了电池管理系统（BMS）、火灾探测装置、温度传感器及控制装置，电池箱与电池箱之间采用航空接插件进行连接。

推进控制系统、全船配电系统、充放电系统、电池管理系统以及全船监控报警系统由中船重工远舟（北京）科技有限公司集成配套供应。主要工作原理如下：

（1）推进控制系统

实现对船舶推进系统的管控、对推进系统的运行操作及基本参数（如工作电压、电流、功率等数据）的设置和数据的采集。

（2）配电系统

实现对四组锂电池组和两台发电机组的能量调度，实现电池组之间、电池组与发电机组之间的无缝切换供电。系统具有自动运行式和手动运行两种模式：①在自动模式下，配电系统对全船的供电系统进行自动管理，根据锂电池组的数量、状态及负载情况，自动进行加载/卸载锂电池组数量、发电机组台数;当任一锂电池组剩余电量≤15%时系统发出报警信号，当剩余电量≤11%时系统自动将负载转移到其它锂电池组并自动卸去该组锂电池组;当检测到运行的锂电池组剩余电量不能够满足推进和船上日常用电需求时，系统将自动起动备用发电机组并入电网供电，将负载从锂电池组转移至发电机组供电，并自动卸去该组锂电池组;② 在手动模式下，锂电池组和发电机组的加载/卸载需由操作人员在主配电板上的相应控制面板上进行手动操作。

（3）充放电系统

实现锂电池组的充电和放电功能。本船采用双向DC/DC整流单元，通过操作配电板上的充电-0-放电转换开关对锂电池组进行充电或者放电。锂电池组的充电可由岸电或船上发电机组进行，所有电池组的充放电状态、充放电电流均可在配电板或驾控台上的电池管理系统显控终端上进行监控和管理。

（4）电池管理系统

实现对全船锂电池的监控和管理.具备对锂电池充电系统的管理功能，包括：① 基本充电参数的设置、充电数据的实时采集，以及每个电池的温度、电压、电流等参数的监控和管理;② 对电池组进行集中智能管理，实时掌握电池组的运行状况，包括每组电池组的剩余电量显示、运行温度显示、充放电电流大小显示及监控，确保系统安全、可靠运行。

（5）全船监控报警系统

实现对全船推进系统、配电系统、电池管理系统、重要设备、舱柜液位、底舱进水报警等参数进行实时采集，并上传至驾驶室的显控终端，使船上工作人员能够集中掌握全船设备的运行状态，实时了解每个设备的运行情况。

5 锂电池电力推进系统的优点

由锂电池组成的电力推进系统是一种比较先进的船舶推进方式，符合国家节能减排的环保要求。对于航行于沿海、江河上的观光游览船非常适合，此类游览船通常营运时间较短、航线固定、航速要求一般在≤10 kn、对排放、噪音均有比较高的要求。

锂电池电力推进系统的优点主要体现在如下几个方面：

（1）环保节能，可有效提高船舶推进系统运行的环保性和经济性。全船锂电池组和发电机组组成一个公共电站，电站管理系统根据不同的航行状态控制不同数量的锂电池组或发电机组投入工作供电，提供与船舶相应航速的推进功率和生活用电需要匹配的功率，只有当锂电池组的容量不足以满足推进和生活用电需求的情况下才起动备用发电机组投入电站进行供电，使各个工作状态下运行的锂电池组或发电机组始终保持在一个较高的负荷率;

（2）明显减少噪声和振动，有效提高船舶的舒适性。与传统的柴油机驱动推进方式相比，锂电池和柴油发电机混合电力推进方式，只存在推进电机与轴系和船体的联结，锂电池组和柴油发电机组与轴系和船体均无直接联结，大大减少了振动和噪声。同时，在设计时可以事先考虑使锂电池組和柴油发电机组的安装尽量远离船舶结构的共振点，减少因推进系统运转引起船舶共振的可能性;

（3）提高了船舶动力装置的可靠性。推进系统采用4组锂电池组和2台备用柴油发电机组，即使个别锂电池组容量不足或发生故障也不至于丧失船舶全部动力，仍能保证船舶的正常航行，提高了安全性;

（4）提高动力设备布置的灵活性，有利于船舶总体布置。电力推进系统的锂电池组和备用柴油发电机组可以分散布置，使动力装置安排更加合理，从而优化船舶总体布置，合理节省有效空间。同时，与相同容量的铅酸蓄电池相比，采用锂电池组作为电力推进电源可比相同容量的铅酸蓄电池组重量减少约5.35 t、体积减少约20%，不但节省了安装空间，在相同航速下还可大大节省电机推进功率;

（5）解决了采用太阳能光伏电池作为动力推进系统时由于受光照不足影响全船发电量，以及影响游客室外活动空间的问题。锂电池电力推进系统将锂电池和所有相关设备均安装在底舱和配电间，除有利于船舶的稳性外，还能将所有的室外空间作为游客的观光平台。

锂电池作为新能源推进动力电池应用在漓江城市段五星级豪华观光游船上，通过实船试航及运营验证，满足了无污染、零排放、低噪音的环保要求。从试航测量的噪音数据为：推进机舱为80.1 dB、主甲板客舱为63.5 dB、上甲板客舱为58.8 db，远低于船舶规范及桂林市五星级游船标准中要求的噪音水平，船东对该船整体性能感到满意。

6 结语

基于国家和地方政府对海上运输、内陆江河、湖泊等的环保要求越来越高，新能源的船舶电力推进系统技术日趋成熟，无污染、零排放、低噪音的锂电池在观光游览船上作为推进动力电源的应用，必将越来越广泛。

参考文献

[1]铁锂电池与铅酸电池比较.2011.

[2]中宇锂电.磷酸铁锂电池对比铅酸电池优势简介.2012.