２０１７年第１期 青岛远洋船员职业学院学报 ＶＯＬ．３８ ＮＯ．１ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｙｕａｎ Ｙａｎｇ Ｃｈｕａｎ Ｙｕａｎ Ｚｈｉ Ｙｅ Ｘｕｅ Ｙｕａｎ Ｘｕｅ Ｂａｏ文章编号：２０９５－＇－３７４７（２０１ ７）Ｏ１—０Ｏ２１—０３ 船用大容量蓄电池的应用研究 姜波 宋瑜２ （１．青岛远洋船员职业学院，山东青岛２６６０７１，２．上海船厂船舶有限公司，上海２０２１６４） 摘 要：针对不同种类蓄电池的特性，分析其在船舶上大规模使用的可行性，探讨大容 量蓄电池在船舶上应用时须注意的一些问题，提出管理船舶大容量蓄电池的建议。 关键词：船舶大容量蓄电池 应用 中图分类号：Ｕ６６５ 文献标识码：Ａ 为应对石油资源的日渐枯竭和国际环保法规 电池类型 优点 缺点 标准的不断提高，为实现船舶节能减排，航运企 铅酸 价格便宜 低能量密度 业逐渐把目光投向了太阳能、风能等自然能源。 镍镉 耐用、低温性能 低能量密度、重金属 太阳能电池、风力发电机等利用自然能源发电在 好 污染、记忆效应 金属氢化 高能量密度、大 低荷电保持能力（自 船舶上的应用逐渐增多。在船舶上利用这些自然 物／镍 电流高功率放电 放电率高）、过充时 能源发电，其发电能力会受到天气和海况的影响。 性能好 有可能产生氢气 为了保证这些自然能源发电供电的稳定性，船舶 单体电压高、高 过充能力弱、过放电 上通常设置大容量蓄电池来平衡自然能源发电输 锂离子 能量密度、自放 时会造成容量衰减、 电率低 安全问题 出功率与负载功率。例如，中远腾飞轮，世界上 最大的光伏发电船舶，装有６５０ＫＷＨ的蓄电池ｎＩ 钠硫 高能量密度、大 电流高功率放电 工作温度高达３００摄 内河商品汽车滚装船上海安盛汽车船务有限公司 性能好 氏度 “安吉２０４”轮，蓄电池组能量为１２８ｋＷｈ『２】。 如果我们需要容量相当于一台柴油发电机 １蓄电池的种类 组的蓄电池，则其体积和质量相当大，这在一 常用的蓄电池种类很多，包括铅酸蓄电池、 定程度上会增加船上蓄电池储能系统的维护保养 锂离子蓄电池、金属氢化物，镍蓄电池、镍镉蓄 工作。由于蓄电池的存放需要经过特别设计的专 电池以及钠硫储能电池等。表１为不同类型蓄电 门舱室，对于专门从事运输的船舶来说提供大体 池的特点［３１［ｑ５］。 积专门舱室储存蓄电池也是不现实的，所以对于 表１不同类型蓄电池的特点 船用大容量蓄电池，蓄电池的能量密度将是一个 考虑的重点。由表１可以看出，金属氢化物／镍 蓄电池、锂离子蓄电池以及钠硫蓄电池具有高能 收稿日期：２０１７＿－ｏ１—１８ 第一作者简介：姜波（１９８９一），男，硕士，助教 基金项目：科技部与中远集团立项项目： “太阳能在大型滚装船上的应用技术研究—— 光伏主动型联合电网有源滤波功率补偿船舶应用研究” ２０１７年第１期 青岛远洋船员职业学院学报 Ｑｉｎｇｄａｏ Ｙｕａｎ Ｙａｎｇ Ｃｈｕａｎ Ｙｕａｎ Ｚｈｉ Ｙｅ Ｘｕｅ Ｙｕａｎ Ｘｕｅ Ｂａｏ ＶＯＬ．３８ ＮＯ．１ 量密度。钠硫蓄电池工作温度高达３００摄氏度， 船上一般不会使用钠硫蓄电池。对于金属氢化物 ／镍蓄电池、锂离子蓄电池，由于锂离子蓄电池 具有单体电压高、自放电率低等优点，目前更受 青睐。例如：“中远腾飞”轮、“安吉２０４”轮 采用的都是锂离子蓄电池。同时中国船级社也在 ２０１４年专门发布了《太阳能光伏系统及磷酸铁锂 电池系统检验指南》［６１。随着技术的进步和蓄电 池生产工艺的提高，未来会有更多高能量密度、 安全环保、经济高效的大容量蓄电池用于船舶上。 ２大容量蓄电池在船舶上应用时需注 意的问题 大容量蓄电池一般由大量的相同类型的蓄电 池组组成，具有更大的能量，一旦发生事故（例 如发生爆炸、火灾等）产生的危害会更加严重。 在船舶上使用蓄电池给管理、维护和保养提出了 很高的要求，相关船舶蓄电池管理人员须熟悉蓄 电池在使用时可能产生的风险［３１１５１。 １）单体蓄电池受到机械损伤或者蓄电池组 电路受到机械损伤时，通电后，受到机械损伤的 蓄电池组可能就会引起热失控或者产生其它危 害，所以在蓄电池日常维护保养或者维修、更换 蓄电池组时一定要注意蓄电池不要受到机械损 伤。 ２）大部分类型的蓄电池电解质含有水，在 充电过程中可能产生氢气，电解质也一般具有腐 蚀性。与一般蓄电池不同的是，锂离子蓄电池含 有易燃的电解质，燃烧的时候会释放大量的化学 能；另外，大部分类型的锂离子蓄电池能产生可 燃蒸汽。船舶蓄电池管理人员需注意船舶蓄电池 组存放房间发生火灾时可能产生的危害。 ３）蓄电池短路可能发生在蓄电池正负极输 出端子之间，也可能发生在蓄电池模块内部。蓄 电池模块内部发生短路，或者单体蓄电池发生短 路时，单体蓄电池正负极问发生快速的化学反应， 释放存储的能量，会引起蓄电池热失控。与一般 蓄电池相比，高能量密度蓄电池发生短路时，释 放的能量能多，产生的危害更大。通常，除了防 止蓄电池电极短接以外，一般会使用断路装置对 蓄电池进行短路保护，如保险丝、断路器、温控 器等。多孔聚合物隔板在给定的温度下会融化， 能用于蓄电池热失控保护。和保险丝一样，在聚 合物融化后要及时更换。 ４）测量蓄电池温度和电压的信号线一般是 和蓄电池连在一起的。信号线短路可能会造成信 号线自燃和蓄电池热失控。因此，在蓄电池相关 参数的测量电路中，可以考虑接人保险丝进行短 路保护。选用不易燃的信号线和连接端子，或者 把信号线和蓄电池隔离开来。 ５）对于串联的蓄电池来说，最低容量的蓄 电池将决定放电时间，最高容量的蓄电池会决定 充电时间，所以蓄电池要匹配。对于锂离子蓄电 池来说，无法用补充充电或者涓流充电的方法使 锂离子蓄电池达到饱和状态，因此必须使用电源 管理系统。蓄电池在放电时不能超过其可用容量， 超过蓄电池可用容量后，蓄电池电极会快速失效。 另外，在蓄电池充电时，如果出现不可控的温升， 须立即停止充电；蓄电池在放电时，放电到终止 电压时，须立即停止放电。蓄电池管理系统应防 止蓄电池过压和欠压。 ６）选择蓄电池的灭火方法时，须考虑蓄电 池的化学特性。对于锂离子蓄电池引起的火灾， 固定式气体灭火系统比较有效，常采用氮气或者 二氧化碳进行灭火。用氮气和二氧化碳进行灭火， 不但可以隔离空气有效灭火，同时还能够降温， 抑制锂离子蓄电池热失控。另外，对于锂离子蓄 电池产生的火灾，释放窒息性气体进行灭火，在 火扑灭之后，锂离子蓄电池仍旧有很大的可能释 放一些可燃气体，形成爆炸性的气体氛围，一旦 有空气进人，就可能爆炸或者发生二次火灾，因 此，在灭火过后要经过一定的冷却时间，不要贸 然打开蓄电池间的门，以防止空气进入。 ３船舶上大容量蓄电池管理策略 尽管蓄电池在船舶上的应用已经有很长的历 史了，但以前蓄电池在船上主要作为应急电源， 蓄电池规模比较小，管理也比较简单。大容量蓄 电池在船舶上的应用则完全不同，不但蓄电池规 模大，而且是以电池系统（ｂａｔｔｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）的形 式出现的，非常复杂。另外，由于蓄电池规模大， 发生事故的后果也比较严重。因此，大容量蓄电 池在船舶上的应用给船舶蓄电池管理人员带来一 定的挑战。 船舶上大容量蓄电池管理的核心是：１）熟 悉不同种类电池的特点、特别是不同种类电池可 能存在的安全风险及其应对措施；２）熟悉电池 系统（ｂａｔｔｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）的组成及分布，学会熟练 ２０１７年第１期 青岛远洋船员职业学院学报 Ｑｉｎｇｄａｏ Ｙｕａｎ Ｙａｎｇ Ｃｈｕａｎ Ｙｕａｎ Ｚｈｉ Ｙｅ Ｘｕｅ Ｙｕａｎ Ｘｕｅ Ｂａｏ ＶＯＬ．３８ ＮＯ．１ 应用电池管理系统（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ＢＭＳ）。ＢＭＳ的功能非常丰富。在正常情况下， ＢＭＳ能对电池的充放电、电池温度、单体电池间 的均衡进行控制；能对单体电压、电池串联结构 电流、单体温度、环境温度、电气绝缘电阻进行 就地和远程监测，当偏离正常值时会发出视觉和 听觉报警；具有显示电池荷电状态（ＳＯＣ）、电 池的能量流动监测（充电和放电过程）的功能； 参考文献： 【１］１中远集团研发中心．中远集团建成世界最 大的船舶太阳能离并网光伏系统［Ｎ］．中国远洋 报，２０１４—０４—１ １（９９９）． 【２】忻坚敏，范仲林，汤旭晶，孙玉伟．太阳能光 伏系统成功用于内河商品汽车滚装船【Ｊ】．中国 船检，２０１５，（１ １）：９２—９３． ［３】Ｌｌｏｙｄ’Ｓ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ．Ｂａｔｔｅｒｙ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉ０ｎｓ—Ｋｅｙ ｈａｚａｒｄｓ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ａｎｄ Ｌｌｏｙｄ’Ｓ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ‘Ｓ 具有过流保护、过充过放保护、过高温保护功能 等［６１。 船公司要对相关船舶蓄电池管理人员加强培 训。１）使船舶蓄电池管理人员熟悉船舶上所用 ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ａｐｐｒｏｖａｌ，Ｊａｎｕａｒｙ ２０１６ 【４］曾杰．可再生能源发电与微网中储能系统的构 建与控制研究［Ｄ］武汉：华中科技大学，２００９． 【５】Ｎｉｐｐｏｎ Ｋａｉｊｉ Ｋｙｏｋａｉ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ— ｃａｐａｃｉｔｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，Ｊａｎｕａｒｙ ２０１３ 电池的特点，特别是可能存在的安全风险及应对 措施；２）使船舶蓄电池管理人员熟悉船舶电池 系统的组成及分布，学会熟练应用电池管理系统。 培训结束后须对船舶蓄电池管理人员进行考核， 考核合格的才能负责船用大容量蓄电池的日常管 理、维护保养工作。 ［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］．北京：人民交通出版社，２０１４． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｌａｒｇｅ‘＿＿。ｃａｐａｃｉｔｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ＪＩＡＮＧ Ｂｏ ＳＯＮＧ Ｙｕ （１．Ｑｉｎｇｄａｏ Ｏｃｅａｎ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｍａｒｉｎｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｑｉｎｇｄｎｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｈｉｐｙａｒｄ ＣＯ．，ＬＴＤ， Ｓｈａｎｇｈａｉ２０２ １ ６４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｉＩｓｅ ｉｎ ｓｈｉｐｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ０ｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｌａｒｇｅ— ｃａｐａｃｉｔｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｌｒｇｅ—ｃａｐａｃｉａｔｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐｓ，ｌａｒｇｅ—ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ’２３
