現(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術

《現(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術》探討了一種帶有蓄電池的現(xiàn)代電動船舶電力推進技術。針對蓄電池電動船提出了兩大主流模式，即類似于純電動車的利用風光能岸電的風光電模式和類似于混合動力車的以蓄電池與熱力發(fā)電機組配套的電油混合全電動模式?！冬F(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術》將傳統(tǒng)電力推進技術與現(xiàn)代新能源、節(jié)能技術和電氣傳動、電力電子技術相結合，以能量平衡和推進控制策略為重點，討論了這種船舶的基本特性、要求和設計方法。詳細介紹了推進電動機、動力蓄電池、太陽能和風能發(fā)電系統(tǒng)，探討了蓄電池充電及其管理，提出了推進控制策略及電力推進總體方案。《現(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術》重在基本原理介紹，涉及前沿陣地的最新技術并追求應用效果，系統(tǒng)性、理論性、創(chuàng)新性較強且十分貼近實踐?！冬F(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術》可供船舶研究設計制造人員、交通水運和船廠管理人員閱讀，也可作為大學船電、電氣傳動和應用電子技術專業(yè)師生的選修教材或創(chuàng)新科普讀物。

Page1第1章 總論

1.1船舶電力推進技術的概念及概況1

1.1.1 船舶電力推進的概念1

1.1.2 船舶推進動力概述2

1.1.3 船舶電力推進應用概況3

1.2電力推進技術分類原則及基本類型5

1.2.1 電力推進技術分類原則概述5

1.2.2 基本類型7

1.3電力推進與柴油機推進的比較9

1.3.1 柴油機與電機對比9

1.3.2 柴油機船舶與電動船舶對比11

1.4電氣傳動和電力推進技術的發(fā)展歷程13

1.4.1 電氣傳動技術的發(fā)展歷程13

1.4.2 電力推進技術的發(fā)展歷程14

1.5電力推進的應用前景16

1.5.1 國外電力推進船舶16

1.5.2 發(fā)展前景預測18

Page20第2章 現(xiàn)代船舶電力推進

2.1現(xiàn)代電力推進的基本特征和發(fā)展趨勢20

2.1.1 現(xiàn)代電力推進的基本特征20

2.1.2 現(xiàn)代電力推進的發(fā)展趨勢23

2.2電力推進的工程哲學24

2.3現(xiàn)代船舶電力推進的主流模式26

2.4電力推進與熱力機推進的比較28

2.4.1 推進模式對比28

2.4.2 電力推進的優(yōu)勢31

2.5電力推進的機械特性及電動機的功率估算32

2.6電力推進應用領域33

Page35第3章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進

3.1蓄電池電動船舶電力推進的基本概念35

3.2現(xiàn)代蓄電池電動船舶及電力推進技術的主流模式37

3.3蓄電池電力推進的能量效率38

3.3.1 熱力發(fā)電機電動機電力推進模式與機械式推進對比39

3.3.2 電油充電模式與熱力發(fā)電機電動機模式及機械推進模式對比42

3.3.3 風光電模式與機械式推進對比46

3.3.4 純蓄電池電動船能量使用分配模式47

3.4現(xiàn)代蓄電池電動船舶及電力推進技術的優(yōu)勢和價值48

3.5蓄電池電力推進技術的基本指標49

3.5.1 蓄電池電動船舶的基本指標49

3.5.2 蓄電池相關術語和指標53

3.6蓄電池電動船舶對電力推進的基本要求56

3.6.1 對系統(tǒng)的要求56

3.6.2 對動力蓄電池能量源的要求57

3.6.3 對原動機的要求58

3.6.4 對主發(fā)電機的要求58

3.6.5 對推進電動機的要求59

3.6.6 對操縱板、臺的要求59

3.6.7 對選擇轉換開關的要求59

3.7蓄電池電力推進船舶的基本問題60

3.7.1 能量平衡60

3.7.2 電機控制策略62

3.7.3 蓄電池使用63

3.7.4 船舶性能指標提高64

3.8蓄電池電力推進的等效電路及主電路負載計算65

Page68第4章 推進電動機

4.1直流電動機68

4.1.1 工作原理68

4.1.2 數(shù)學方程69

4.1.3 機械特性69

4.1.4 直流電動機的特點71

4.2交流電動機71

4.2.1 工作原理71

4.2.2 數(shù)學方程71

4.2.3 機械特性72

4.2.4 交直流電動機比較73

4.3永磁電動機73

4.3.1 永磁電動機分類73

4.3.2 永磁材料75

4.3.3 永磁直流電動機76

4.3.4 交流方波驅動永磁無刷直流電動機76

4.3.5 交流正弦波驅動永磁無刷直流電動機(交流永磁同步電動機)81

4.4開關磁阻電動機86

4.4.1 工作原理86

4.4.2 等效電路和數(shù)學方程86

4.4.3 機械特性87

4.5推進電動機及驅動系統(tǒng)總結88

Page89第5章 動力蓄電池

5.1主能量源和輔能量源89

5.2純蓄電池電動船舶的負荷計算91

5.3動力蓄電池概述93

5.3.1 蓄電池基本類型與性能93

5.3.2 蓄電池的主要劣勢94

5.4鉛酸電池94

5.5鎳氫電池95

5.6鋰離子電池96

5.7鈉鎳氯化物電池99

5.8金屬空氣電池100

5.8.1 Zn空氣電池100

5.8.2 Al空氣電池101

5.9電池測試101

5.9.1 電池單體、電池模塊與電池組的差異101

5.9.2 測試標準101

5.10動力蓄電池技術前景展望102

Page103第6章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

6.1光伏電池的基本原理103

6.1.1 半導體材料的光電特性103

6.1.2 光伏電池的結構和特性105

6.2光伏電池的特性和參數(shù)107

6.2.1 光伏電池的特性107

6.2.2 光伏電池的主要參數(shù)及影響條件109

6.2.3 典型的光伏電池輸出特性112

6.3光伏電池對蓄電池充電112

6.4光伏發(fā)電逆變113

6.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式114

6.5.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的一般形式114

6.5.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)在電動船舶上的形式115

Page116第7章 風力發(fā)電系統(tǒng)

7.1風力發(fā)電技術概述116

7.1.1 風力機基本分類和結構116

7.1.2 風力機的基本特性117

7.1.3 風力機功率調節(jié)121

7.1.4 風力發(fā)電的發(fā)展趨勢121

7.2繞線式異步電動機雙饋(串級)調速原理122

7.2.1 基本電路和數(shù)學方程122

7.2.2 次同步轉速下電動運行124

7.2.3 反轉時倒拉制動運行124

7.2.4 超同步轉速下回饋制動運行125

7.2.5 超同步轉速下電動運行125

7.2.6 次同步轉速下回饋制動運行126

7.2.7 轉子勵磁超同步轉速下發(fā)電運行126

7.2.8 轉子勵磁次同步轉速下發(fā)電運行127

7.3恒速恒頻和變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)128

7.3.1 恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)128

7.3.2 變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)128

7.4級聯(lián)式雙饋電機和無刷雙饋發(fā)電機系統(tǒng)130

7.4.1 級聯(lián)式雙饋電機系統(tǒng)130

7.4.2 無刷雙饋電機系統(tǒng)132

Page137第8章 蓄電池管理及充電

8.1電池管理系統(tǒng)概述137

8.2電池管理的關鍵技術138

8.3SOC估計140

8.4電池組熱管理141

8.5蓄電池電動船舶充電問題概述143

8.6蓄電池的充放電特性144

8.6.1 蓄電池的放電特性144

8.6.2 蓄電池的充電特性145

8.7蓄電池與充電裝置的基本問題147

8.7.1 充電安全性147

8.7.2 充電裝置的效率及對蓄電池壽命的影響148

8.7.3 快速充電與均衡充電149

8.8蓄電池充電裝置150

8.8.1 充電裝置分類150

8.8.2 接觸式充電機152

8.8.3 非接觸式充電機152

8.9借鑒電動汽車的充電技術153

8.9.1 電動汽車充電技術的新成果153

8.9.2 充電策略優(yōu)化154

Page156第9章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進控制策略及技術

9.1電動機啟動、調速和制動控制156

9.1.1 電動機啟動156

9.1.2 電動機調速157

9.1.3 電動機制動160

9.2電力推進控制策略及技術概述162

9.2.1 控制策略概述162

9.2.2 控制技術概述165

9.2.3 優(yōu)化控制策略的目的168

9.3PWM脈沖寬度調制技術169

9.3.1 工作原理169

9.3.2 基本分類171

9.4SPWM正弦波脈沖寬度調制172

9.4.1 工作原理172

9.4.2 交?直?交模式V/F變頻器175

9.5矢量控制技術177

9.5.1 工作原理177

9.5.2 坐標變換178

9.5.3 數(shù)學模型179

9.5.4 磁場定向控制--矢量控制原理180

9.5.5 基于轉子磁場定向的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)184

9.6直接轉矩控制變頻187

9.6.1 直接轉矩控制變頻的數(shù)學模型和工作原理187

9.6.2 系統(tǒng)結構和控制程序189

9.7矩陣式變頻191

Page195第10章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進總體方案

10.1總體方案概述195

10.2直流電力推進197

10.2.1 直流電動機197

10.2.2 直流控制策略和技術198

10.2.3 直流控制方案舉例--由單片機控制的直流可逆調速系統(tǒng)200

10.3交流電力推進202

10.3.1 交流電動機202

10.3.2 交流控制策略和技術203

10.3.3 交流控制方案舉例--三相變頻器采樣型SPWM控制技術206

10.4永磁電動機電力推進211

10.4.1 永磁電動機211

10.4.2 永磁電動機控制策略和技術213

10.4.3 永磁無刷電動機控制方案舉例223

10.5電源供給方案228

10.5.1 電制和供電方案228

10.5.2 超級電容的原理及使用229

10.5.3 交流方案的無功調節(jié)231

10.6推進系統(tǒng)控制與保護233

10.6.1 推進系統(tǒng)操作與控制233

10.6.2 推進系統(tǒng)保護234

10.7電源構成方案234

10.7.1 單一蓄電池方案235

10.7.2 風光電綜合能源配套方案238

10.7.3 風光電氣油綜合能源配套方案245

10.8總體方案舉例--風光電模式249

Page252參考文獻

書 名: 現(xiàn)代蓄電池電動船舶的電力推進技術

作 者:龐志森

出版社: 化學工業(yè)出版社

出版時間: 2011年3月2日

ISBN: 9787122100092

開本: 16開

定價: 59.00元

合格的電動車蓄電池經(jīng)蓄電池廠家出廠后，電池的壽命和性能在某種程度上取決于消費者的使用和維護。

電動車蓄電池是被充壞的，而不是用壞的，可見充電器和蓄電池匹配的重要性，這里有兩種情況:一是新充電器本身和蓄電池廠家提供的參數(shù)不匹配，充電電壓過高，電池失水加劇，壽命縮短，更為嚴重的是充電電流降不到設定的轉換電流值，電池溫升、充電電流進一步增大，溫升厲害，產(chǎn)生熱失控，電池膨脹變形，反之充電電壓過低，電池長期處于欠充狀態(tài)，一部分PbSO4始終得不到轉換，產(chǎn)生硫酸鹽化，電池容量下降，電動助力車續(xù)行里程縮短。二是充電器本身的元器件質量差，剛開始使用時，還算匹配，隨著消費者充、放電循環(huán)使用。充電器本身由于溫升，元器件老化，致使充電電壓和轉換電流產(chǎn)生漂移，電池受到損壞。這里建議消費者和電動車廠家最好購買蓄電池廠家配套的充電器，不要因為貪一時的便宜而充壞了電池，反而得不償失。

消費者使用說明書所標稱的循環(huán)使用壽命通常有一種誤解，認為充一次電，電池的壽命就減少一次，所以每次都等電池的電能消耗至控制器的保護電壓31.5V才開始補充電，殊不知這樣不僅保護不了電池，而且縮短了電池壽命。因為正極活性物質PbO2本身的相互結合不牢，而PbO2和PbSO4的摩爾體積有很大差異，放電深度越淺，收縮、膨脹的程度就越低。所以提醒廣大消費者，在可能的情況下，應及時給電池補充電。

有些消費者騎行在半路上，指示燈顯示欠壓的狀況后，采取歇一會再騎行一段的方式，這樣對電池的危害很大，嚴重的過放電會使電池鹽化或生成鉛枝晶，使電池短路，影響壽命。

電動車剛起動、爬坡、超載應盡量助力，雨天騎行，應盡量避免開關和接頭淋濕，防止漏電。

能夠被電動自行車采用的有以下四種動力蓄電池，即閥控鉛酸免維護蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池。

已商品化的電動自行車的絕大多數(shù)是使用的密封式鉛酸蓄電池，使用中不需要經(jīng)常補充水分，免維護。

其主要化學反應是:PbO2+2H2SO4+Pb←充電、放電→ PhSO4+2H2O+PhSO4

鉛酸蓄電池充電時變成硫酸鉛的陰陽兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大;反之放電時陽極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當鉛酸蓄電池充電不足時，陰陽兩極板的硫酸鉛不能完全轉化變成海綿狀鉛和氧化鉛，如果長期充電不足，則會造成硫酸鉛結晶，使極板硫化，電池品質變劣;反之如果電池過度充電，陽極產(chǎn)生的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內壓增大，導致氣體外溢，電解液減少，還可能導致活性物質軟化或脫落，電池壽命大大縮短。

是對液態(tài)電解質的普通鉛酸蓄電池的改進。它采用凝膠狀電解質，內部無游離的液體存在, 在同等體積下電解質容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象;電解質濃度低，對極板腐蝕弱;濃度均勻，不存在酸分層的現(xiàn)象。

鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。Ni-MH電池的電極反應為:

正極:Ni(OH)2+OH-= NiOOH+H20 +e-

負極:M+H2O+e=MHab+OH-Ni(OH)2+M=NiOOH+MHab

它和鎳鎘蓄電池同屬堿性蓄電池，只是以吸藏氫氣的合金材料(mh)取代鎳鎘蓄電池中的負極材料鎘cd、電動勢仍為1.32v。它具備鎳鎘蓄電池的所有優(yōu)異特性，而且能量密度還高于鎳鎘蓄電池。主要優(yōu)點是:比能量高(一次充電可行使的距離長);比功率高，在大電流工作時也能平穩(wěn)放電(加速爬坡能力好);低溫放電性能好;循環(huán)壽命長;安全可靠，免維護;無記憶效應;對環(huán)境不存在任何污染問題，可再生利用，符合持續(xù)發(fā)展的理念。但是，Ni-MH蓄電池成本太高，價格昂貴。

鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池。其優(yōu)點是比能量高，是當前比能量最高的蓄電池。已經(jīng)在便攜式信息產(chǎn)品中獲得推廣應用。

鋰離子電池被普遍認為具有如下的優(yōu)點:比能量大;比功率高;自放電小; 無記憶效應;循環(huán)特性好;可快速放電，且效率高;工作溫度范圍寬;無環(huán)境污染等，因此有望進入21世紀最好的動力電源行列。預計在2006~2012 年期間，當鋰離子電池進一步發(fā)展時，MH/Ni蓄電池的市場份額將縮小。鋰離子市場份額將會擴大。已經(jīng)有采用鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品出售。

《現(xiàn)代船舶電站操作與維護根據(jù)對現(xiàn)代大型船舶的輪機員、電子電氣員的船舶電站及自動化、高壓電力系統(tǒng)所規(guī)定的基礎理論知識和實際操作技能要求進行編寫，其內容符合《STCW公約》馬尼拉修正案的相關要求。

書中結合一艘現(xiàn)代化實例船舶的電站設備，對發(fā)電機、主開關、配電裝置、并車設備、應急電源、船舶電力管理系統(tǒng)等進行了詳細的介紹，其中船舶電站設備的使用、操作、維護、故障處理等是重點介紹的部分。

《現(xiàn)代船舶電站操作與維護按照MES模塊化教學模式進行編寫，共分為5篇，16個學習單元。其中的每一篇為一個學習模塊，"模塊"即船舶電站設備操作與維護中具有代表性的、能反映某方面技術要求的典型設備、系統(tǒng)或實例，包括船舶電力系統(tǒng)及配電裝置、船用發(fā)電機、船舶應急電源及蓄電池、船舶自動化電站和船舶高壓電力系統(tǒng);而完成模塊功能所需的某方面應知基礎理論學習和應會基礎技能訓練構成一個學習單元。在每個學習單元最后配有相關的實訓任務，包括設備操作與維護修理、電路圖分析等。

《現(xiàn)代船舶電站操作與維護非常重視船舶電站系統(tǒng)電路識圖的學習，除介紹具體的看圖方法外，還附有實例船舶主配電板、應急配電板圖紙29張。

書后附有船舶電站與自動化、高壓電力系統(tǒng)課程的英文詞匯供讀者參考。

本書可以作為輪機管理、船舶電子電氣、船舶工程等專業(yè)的船舶電站及自動化、高壓電力系統(tǒng)課程的理論或實訓教材，也可作為相關評估訓練的實訓教材。