艦船電氣系統及其供電方法技術方案

本發明專利技術涉及一種艦船電氣系統及其供電方法，本發明專利技術將以內燃機為動力的艦船用電設備根據功率特性進行區分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，實現了能量供給側和能量需求側的匹配及平衡。本發明專利技術的艦船電氣系統采用組合式超級電池提供電能，包括功率單元、能量單元和隔離充電單元，本發明專利技術通過采用組合式超級電池中的功率單元為啟動電機供電，解決了目前采用蓄電池為啟動電機供電導致蓄電池“超量配置”，對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低、其它用電單元供電不穩等問題，防止因蓄電池過度放電導致電機不能啟動，影響內燃機正常工作。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種艦船電氣系統及其供電方法，屬于電路系統應用

技術介紹
各種艦船(包括搭載內燃機的潛艇，以下統稱為艦船)已經成為人們日常的交通、運輸及國防重要裝備，如載人的各種游艇和客船、運輸貨物的運輸船、各種執法船、海軍的各種艦艇、甚至搭載內燃機的潛艇等。電氣系統是艦船必不可少的一部分，艦船傳統電氣系統如圖1所示，主要由艦船載發電機、電壓調節器、蓄電池等構成，用電設備根據功率特性主要分為需要瞬態大功率的啟動電機和持續小功率的其他艦船載用電裝置，艦船蓄電池是供電系統必不可少的電源之一，在艦船的內燃機啟動時向啟動電機供電；發動機不工作或發動機在不高的轉速下工作時，蓄電池向艦船耗電裝置供電；在耗電裝置功率超過其發電裝置功率時，蓄電池同發電機聯合向耗電裝置供電。艦船中的蓄電池既要負責提供艦船載用電裝置(如儀表顯示、程序自檢、信號燈的閃亮、音響短時工作等小功率器件)的能量，又要負責提供發動機啟動瞬間大功率的能量，在運行實踐中，這種方案暴露出以下問題：1.啟動系統和其它用電裝置不同用電特性對蓄電池性能要求差異很大：啟動系統要求蓄電池放電倍率性能優異，而其它耗電裝置則要求蓄電池具備一定容量即可、倍率性能要求不高，這種情況導致蓄電池為滿足發動機冷啟動所需的瞬態大功率，不得不“超量配置”，使電池又大又笨重，造成資源浪費，而且也不經濟。2.當艦船發動機熄火狀態下長時間使用艦船內的電器設備、熄火狀態下使用外接電源設備、發動機關閉后忘記關燈等情況時，將導致蓄電池虧電而無法完 成艦船發動機的下次啟動，出現這種情況時，將不得不更換電池或使用應急電源幫助啟動。3.艦船發動機冷啟動電流較大，對鉛酸蓄電池的電流沖擊較大，造成正極板活性物質脫落，使得鉛酸電池組容量下降較快，使用壽命較短(一般為2～3年)，更換較為頻繁，增加用戶設備維護工作量和使用成本；艦船蓄電池使用過程中，由于使用人員或維護人員無法準確確認蓄電池使用狀態，通常以艦船隔夜后啟動不順暢的現象作為判定蓄電池壽命終結的標準，而不是以蓄電池無法蓄電或無法正常供應艦船耗電裝置用電作為蓄電池報廢標準，造成蓄電池被“過早判廢”。4.艦船發動機啟動(特別是冷啟動)時，蓄電池瞬時電壓降較大，造成艦船電壓敏感設備(計算機系統、可編程邏輯控制器、電子設備等)無法正常工作，容易出現計算機紊亂、數據丟失及設備停止運行等故障，嚴重時甚至造成艦船載設備的意外損壞。為此，有人提出在蓄電池兩端并聯超級電容的方式來共同為啟動電機供電，雖然這種方案在一定程度上延長了蓄電池的使用壽命，但是蓄電池還是要承擔功率型用電單元的啟動任務，并沒有從根本上解決蓄電池為功率型用電單元供電導致對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低等問題；而且由于蓄電池與功率型用電單元電壓“箝位”問題，這種改進對內燃機啟動問題的改善也很有限。
技術實現思路
本專利技術的目的是一種艦船電氣系統及其供電方法，以解決目前采用能量單元來為內燃機啟動電機供電所導致對能量單元功率要求較高，內燃機啟動效果差，能量單元“超量配置”以及易受到大電流沖擊影響壽命等問題。本專利技術為解決上述技術問題而提供一種艦船電氣系統，包括啟動電機、艦船載發電機和艦船載耗電裝置，該電氣系統還包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接艦船載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動電機，所述隔離充電單元用于在功率單元 電量不足時或啟動電機工作前充電，在其它時候斷開功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。所述的隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開關電路、AC-DC開關電路、DC-AC-DC開關電路或DC-DC開關電路。所述的AC-DC-AC-DC開關電路包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，所述輸入整流濾波電路的輸入端用于連接交流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元。所述的AC-DC開關電路包括依次連接的變壓器、整流濾波電路和穩壓及限流電路，該開關電路的輸入端用于連接交流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。所述的DC-AC-DC開關電路包括依次連接的高頻變壓器和輸出整流濾波電路，高頻變壓器的一側用于連接直流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。所述的DC-DC開關電路包括依次連接的電壓變換電路和穩壓及限流電路，電壓變換電路輸入端用于連接直流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。所述的功率單元為超級電容器單體、通過超級電容器單體串并聯組成的模塊或者電容器陣列。本專利技術還提供了一種艦船電氣系統的供電方法，該方法將艦船的用電設備根據功率特性進行區分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，非功率型用電單元由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過隔離充電單元隔離，當功率型用電單元需要供電時，由隔離充電單元斷開功率單元與能量單元的電氣連接，只采用功率單元為功率型用電單元供電，在功率單元電量低于設定值時或功率型用電單元工作前，功率單元在隔離充電單元的 控制下由能量單元或者外接電源充電，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。所述的隔離充電單元具有防反充功能，禁止功率單元向能量單元放電。所述隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開關電路、AC-DC開關電路、DC-AC-DC開關電路或DC-DC開關電路。本專利技術的有益效果是:本專利技術艦船電氣系統采用組合式超級電池提供電能，組合式超級電池包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接艦船載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動電機，隔離充電單元用于在能量單元或發電機不給功率單元充電時，斷開功率單元與能量單元的電流通路，并用于在功率型用電單元工作前或功率單元電量不足時，為功率單元充電。本專利技術通過僅采用組合式超級電池中的功率單元為啟動電機供電，解決了目前采用蓄電池為功率型用電單元供電導致蓄電池“超量配置”，對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低、其它用電單元供電不穩等問題，防止因蓄電池過度放電導致啟動電機不能啟動，影響內燃機正常工作，同時利用功率單元承擔瞬態大功率作業任務，能夠提高啟動電機的工作性能。本專利技術艦船電氣系統所采用的組合式超級電池中的能量單元不再承擔瞬態大功率作業任務，只負責小功率負載的持續供能，不受大電流沖擊損壞，壽命更長，避免能量單元被“過早”判廢，造成浪費，且在選型配置上可以“瘦身”，實現小型化、輕量化和艦船總體布置的便捷化；僅依靠功率單元進行啟動，使內燃機的啟動性更好，尤其是在低溫啟動性。附圖說明圖1是傳統艦船電氣系統結構框圖；圖2-a是本專利技術艦船電氣系統系統結構框圖；圖2-b是本專利技術艦船電氣系統結構框圖；圖3-a是本專利技術實施例中采用AC-DC-AC-DC開關電路的結構示意圖；圖3-b是本專利技術實施例中采用AC-DC開關電路的結構示意圖；圖4-a是本專利技術實施例中采用DC-AC-DC開本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種艦船電氣系統，包括啟動電機、艦船載發電機和艦船載耗電裝置，其特征在于，該電氣系統還包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接艦船載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動電機，所述隔離充電單元用于在功率單元電量不足時或啟動電機工作前充電，在其它時候斷開功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。

【技術特征摘要】
2016.04.18 CN 20161024391731.一種艦船電氣系統，包括啟動電機、艦船載發電機和艦船載耗電裝置，其特征在于，該電氣系統還包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接艦船載用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動電機，所述隔離充電單元用于在功率單元電量不足時或啟動電機工作前充電，在其它時候斷開功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。2.根據權利要求1所述的艦船電氣系統，其特征在于，所述的隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開關電路、AC-DC開關電路、DC-AC-DC開關電路或DC-DC開關電路。3.根據權利要求2所述的艦船電氣系統，其特征在于，所述的AC-DC-AC-DC開關電路包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，所述輸入整流濾波電路的輸入端用于連接交流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元。4.根據權利要求2所述的艦船電氣系統，其特征在于，所述的AC-DC開關電路包括依次連接的變壓器、整流濾波電路和穩壓及限流電路，該開關電路的輸入端用于連接交流輸入，經該開關電路處理后轉換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。5.根據權利要求2所述的艦船電氣系統，其特征在于，所述的DC-AC-DC開關電路包括依次連接的高頻變壓器和輸出整流濾波電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莊淑君，孫藝嘉，路永廣，李遠鋒，梁亞麗，
申請(專利權)人：洛陽尹太科智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41