一种船用动力电池集成柜的制作方法

1.本公开涉及船舶动力电池系统设计和应用技术领域，尤其涉及一种船用动力电池集成柜。


背景技术：

2.锂电池作为推进动力能源在追求环保的大趋势下正在船舶领域不断推进应用。船舶法规对动力电池在船上的安装布置和防火安全等方面都提出了相关要求。按照船舶法规要求：动力电池舱室与相邻处所之间的舱壁和甲板应为“a
‑
60”级防火分隔的结构。目前，动力电池组在船上的安装有两种类型：一种是集成式可整体更换的，一般采用国际通用标准集装箱作为容器，将动力电池布置安装在集装箱内，电池集装箱安装固定在船舶开敞甲板上空旷处，在电池电力使用完后，可吊换另一个预先已充满电的电池集装箱；另一种是散置不能整体更换的，一般是将电池厂商多个独立的电池模块布置固定在船舶上专用电池舱内具有侧开门的柜体中或敞开的支架上。若因故障需要更换电池，一般是通过电池舱的水密舱口盖更换电池模块，单个的电池模块尺寸受限于船舶标准水密舱口盖的尺寸。该两种方式具有如下缺陷：
3.1、以国际通用标准集装箱作为容器的动力电池集成方式，须布置在船舶开敞甲板面上，与相邻的船舶舱室保持一定的防火距离，占用甲板面上有用空间较大，也不能利用船舶主甲板面下的空余舱室空间，只能适用于大型船舶上，在小型船舶上无法应用；
4.2、目前，纯电池动力推进船舶主要应用在船长20米以内的小型游览船上。在小型船舶上，考虑重量重心和空间的有效利用，一般均是在船体主甲板面以下设置专用动力电池舱室，在该舱室中安装电池。但由于小型船舶的型深限制，主甲板下的舱室净空高度往往无法让人直立行走，对电池的维护保养更换带来很大不便。另外考虑经济性、船舶尺度的平衡，船上一次性配置的电池容量不能满足一次营运所需，需要期间充电或更换电池；
5.3、因动力电池舱室与相邻处所之间的舱壁和甲板应为“a
‑
60”级分隔的结构，在钢质或铝合金船舶上，专用的电池舱舱壁和甲板需要敷设防火隔热材料，才能满足要求，舱室大面积的敷设，增加了船舶的附加重量；
6.4、在玻璃钢船和木质船上，因舱壁和甲板材质原因，即使在电池舱舱壁和甲板敷设防火隔热材料，也无法达到a
‑
60级分隔。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种船用动力电池集成柜。
8.根据本公开的一个方面，一种船用动力电池集成柜，包括：柜体和a60级防火门；
9.所述柜体为钢质或铝合金质；
10.所述柜体中空且顶部具有开口；
11.所述柜体内表面或/和所述外表面敷设有防火隔热材料；
12.所述a60级防火门可拆卸封盖于所述柜体的开口处。
13.根据本公开的至少一个实施方式，当所述防火隔热材料敷设在所述柜体外表面时，所述防火隔热材料外表面设置有保护层。
14.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体内壁连接有支架，所述动力电池固定至所述支架。
15.根据本公开的至少一个实施方式，所述支架为角钢或折边件。
16.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体内设有七氟丙烷灭火瓶、管道和喷头，所述管道的两端分别与所述七氟丙烷灭火瓶和所述喷头连接。
17.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体外侧面分别设置有电池充电接口、电力输出电缆接口、和电池管理系统监控接口。
18.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体内设有用于对所述动力电池散热的通风设施。
19.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体呈长方体状，且所述柜体的长度和所述柜体的宽度均大于所述柜体的高度。
20.根据本公开的至少一个实施方式，所述柜体顶部四角均可拆卸连接有吊环，所述柜体底部四角均连接有标准集装箱固定脚。
21.根据本公开的至少一个实施方式，所述防火隔热材料为硅酸铝板材或多晶丝板材。
22.本实用新型的有益效果是：
23.1、在柜体顶部开口并封盖a60级防火门，临时检查和维修可以在主甲板上进行，而不用进入主甲板下低矮的船舱。
24.2、实现整体吊装更换动力电池，可极大地减少船舶停航充电时间，提高船舶的营运时间。
25.3、防火隔热材料仅敷设在柜体上，比敷设在船上专用电池舱的隔壁和甲板上的面积要少许多，重量也相应减轻许多，这提高了电池动力船舶的续航力，降低了建造成本。
26.4、在柜体内集成的通风灭火辅助系统，有利于缩短船舶建造周期。
附图说明
27.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
28.图1是根据本公开的实施方式的船用动力电池集成柜的正剖视图。
29.图2是根据本公开的实施方式的船用动力电池集成柜的侧剖视图。
30.图3是根据本公开的实施方式的船用动力电池集成柜的设计方法的流程图。
31.附图标记：1
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柜体；2
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防火隔热材料；3
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a60级防火门；4
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支架；5
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七氟丙烷灭火瓶；6
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通风机；7
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吊环；8
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标准集装箱固定脚；9
‑
动力电池模块。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为
了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
34.如图1和2所示，根据本公开的第一实施方式，提供了一种船用动力电池集成柜，包括：柜体1和a60级防火门3；
35.所述柜体1为钢质或铝合金质；
36.所述柜体1中空且顶部具有开口；
37.所述柜体1内表面或/和所述外表面敷设有防火隔热材料2；
38.所述a60级防火门3可拆卸封盖于所述柜体1的开口处。
39.钢质或铝合金质的柜体1与a60级防火门3配合，并在柜体1的外表面和/或柜体1的内表面敷设防火隔热材料2，使得本公开的船用动力电池集成柜整体达到a60级防护要求。
40.在本公开的船用动力电池集成柜上方对应的船体主甲板开设开拆板盖，由于本公开采用顶部开门的形式，因此可直接在顶部实现动力电池的检查和维修，而不必进入主甲板下方低矮的船舱。
41.在一个实施方式中，a60级防火门3采用双开门形式。
42.在一个实施方式中，防火隔热材料2敷设在所述柜体1的外表面，为了保护防火隔热材料2，可在防火隔热材料2外铺设保护层，保护层可采用镀锌钢板实现；在另一个实施方式中，如图2所示，防火隔热材料2敷设在所述柜体1的内表面。防火隔热材料2可采用硅酸铝板材或多晶丝板材，用耐高温胶水和钢碰钉固定。
43.在一个实施方式中，如图2所示，所述柜体1内壁连接有支架4，所述动力电池固定至所述支架4。支架4可采用角钢或折边件，通过焊接、螺钉连接等方式固定至柜体1或防火隔热材料2上。
44.在一个实施方式中，如图2所示，所述柜体1内设有七氟丙烷灭火瓶5、管道和喷头，所述管道的两端分别与所述七氟丙烷灭火瓶5和所述喷头连接。
45.在一个实施方式中，所述柜体1外侧面分别设置有电池充电接口、电力输出电缆接口、和电池管理系统监控接口。
46.在一个实施方式中，所述柜体1内设有用于对所述动力电池散热的通风设施。如图2所示，通风设施可采用通风机6，通风机6固定在柜体1的侧壁。
47.在一个实施方式中，所述柜体1呈长方体状，且所述柜体1的长度和所述柜体1的宽度均大于所述柜体1的高度，以适应小型船舶的低矮型深。通过控制最大外形尺寸，可以整体通过船上标准舱室门进行整体运送更换。需要说明的是，所述长、宽、高是指，在本公开的船用动力电池集成柜正常使用的状态下，竖向尺寸为高，相垂直的两个水平方向的尺寸分别为长和宽。
48.在一个实施方式中，所述柜体1顶部四角均可拆卸连接有吊环7，所述柜体1底部四角均连接有标准集装箱固定脚8。通过在柜体1顶部四角设置吊环7，可通过起重设施如手拉葫芦放置或取出本公开的船用动力电池集成柜。设置标准集装箱固定脚8，便于与船舶舱底可拆卸连接，进而便于整体更换本公开的船用动力电池集成柜，与更换柜体1内动力电池相比，更换时间更短，从而延长船舶运营时间。
49.本公开的船用动力电池集成柜设计方法如下：
50.一、电池容量的确定原则：
51.1.以百千瓦级作为初始基础进行迭代设计。
52.2.整体重量不应超过1.5吨，以便能通过人力依靠手拉葫芦从底舱起吊和手推车转运。
53.3.根据船舶设计初定的续航力配置所需电池容量，若单个集成柜因重量尺寸限制，电池容量不能满足，则分为多个集成柜。总容量取最接近数值，以控制集成柜整体更换时间。
54.4.选择电池厂商的电芯组成不同的模组，按照限定的电压条件，组成最接近的数值。
55.二、集成柜外形尺寸确定原则：
56.1.作为基本选用尺寸，柜体1高度不超过630mm，柜体1宽度不超过1000mm，柜体1长度不超过1600mm。
57.2.核定集成柜整体更换所经过通道门的净开口尺寸，确保柜体1能转运通过。
58.3.核查船舶电池专用舱的净空间。集成柜在舱内的三侧面净通道应不小于500mm，顶部空间应不小于100mm。
59.4.柜顶部的双开门净开口要尽可能大。
60.三、集成柜的材料规格和材质确定：
61.1.若船舶为钢质，则柜体1材料和支架4材料选用钢质；若船舶为铝质，则柜体1材料和支架4材料均选用铝质。
62.2.柜体1的板材一般选择3
‑
5mm,计算结构强度，在静载荷1.2倍条件下不发生变形。若强度不足，采用槽形板或平板上焊接扶强材。
63.3.支架4的材料选用角钢或折边件。
64.4.防火隔热材料2选用硅酸铝板材或多晶丝板材，用耐高温胶水和钢碰钉固定至柜体1。防火隔热材料2的厚度不小于按a60级耐火试验确定的厚度。
65.5.柜顶四角吊环7按照不小于集成柜整体重量的1.5倍负荷选择标准产品。
66.四、通风机6容量选择：
67.通风量不应小于下式计算所得之值：
68.q'＝k(nq*q1)/(0.335*
△
t)
69.式中，q'为通风量，单位为m3/h；
70.k为风扇裕量常数，实际选择时取1.5
‑
2；
71.n为动力电池模块9总数；
72.q为单个动力电池模块9工作时自身发热量，单位为瓦特；
73.q1为其他热源发热量，单位为瓦特；
74.△
t为温升，单位为℃。
75.五、灭火剂容量选择：
76.灭火设计用量应不小于下式计算所得之值：
77.w＝k*v/s*(c/(1
‑
c))
78.式中：w为保护处所设计用量，单位为kg；
79.c为七氟丙烷设计浓度(容积浓度)，取0.09
80.v为保护处所的净容积，单位为立方米
81.s为七氟丙烷过热蒸气在101kpa和被保护处所最低环境温度下的比容；常温下取s＝0.137；
82.k为海拔修正系数。
83.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
84.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
85.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。