现代蓄电池电动船舶的电力推进技术图书信息

书 名: 现代蓄电池电动船舶的电力推进技术

作 者:庞志森

出版社: 化学工业出版社

出版时间: 2011年3月2日

ISBN: 9787122100092

开本: 16开

定价: 59.00元

《现代蓄电池电动船舶的电力推进技术》探讨了一种带有蓄电池的现代电动船舶电力推进技术。针对蓄电池电动船提出了两大主流模式，即类似于纯电动车的利用风光能岸电的风光电模式和类似于混合动力车的以蓄电池与热力发电机组配套的电油混合全电动模式。《现代蓄电池电动船舶的电力推进技术》将传统电力推进技术与现代新能源、节能技术和电气传动、电力电子技术相结合，以能量平衡和推进控制策略为重点，讨论了这种船舶的基本特性、要求和设计方法。详细介绍了推进电动机、动力蓄电池、太阳能和风能发电系统，探讨了蓄电池充电及其管理，提出了推进控制策略及电力推进总体方案。《现代蓄电池电动船舶的电力推进技术》重在基本原理介绍，涉及前沿阵地的最新技术并追求应用效果，系统性、理论性、创新性较强且十分贴近实践。《现代蓄电池电动船舶的电力推进技术》可供船舶研究设计制造人员、交通水运和船厂管理人员阅读，也可作为大学船电、电气传动和应用电子技术专业师生的选修教材或创新科普读物。

Page1第1章 总论

1.1船舶电力推进技术的概念及概况1

1.1.1 船舶电力推进的概念1

1.1.2 船舶推进动力概述2

1.1.3 船舶电力推进应用概况3

1.2电力推进技术分类原则及基本类型5

1.2.1 电力推进技术分类原则概述5

1.2.2 基本类型7

1.3电力推进与柴油机推进的比较9

1.3.1 柴油机与电机对比9

1.3.2 柴油机船舶与电动船舶对比11

1.4电气传动和电力推进技术的发展历程13

1.4.1 电气传动技术的发展历程13

1.4.2 电力推进技术的发展历程14

1.5电力推进的应用前景16

1.5.1 国外电力推进船舶16

1.5.2 发展前景预测18

Page20第2章 现代船舶电力推进

2.1现代电力推进的基本特征和发展趋势20

2.1.1 现代电力推进的基本特征20

2.1.2 现代电力推进的发展趋势23

2.2电力推进的工程哲学24

2.3现代船舶电力推进的主流模式26

2.4电力推进与热力机推进的比较28

2.4.1 推进模式对比28

2.4.2 电力推进的优势31

2.5电力推进的机械特性及电动机的功率估算32

2.6电力推进应用领域33

Page35第3章 现代蓄电池电动船舶电力推进

3.1蓄电池电动船舶电力推进的基本概念35

3.2现代蓄电池电动船舶及电力推进技术的主流模式37

3.3蓄电池电力推进的能量效率38

3.3.1 热力发电机电动机电力推进模式与机械式推进对比39

3.3.2 电油充电模式与热力发电机电动机模式及机械推进模式对比42

3.3.3 风光电模式与机械式推进对比46

3.3.4 纯蓄电池电动船能量使用分配模式47

3.4现代蓄电池电动船舶及电力推进技术的优势和价值48

3.5蓄电池电力推进技术的基本指标49

3.5.1 蓄电池电动船舶的基本指标49

3.5.2 蓄电池相关术语和指标53

3.6蓄电池电动船舶对电力推进的基本要求56

3.6.1 对系统的要求56

3.6.2 对动力蓄电池能量源的要求57

3.6.3 对原动机的要求58

3.6.4 对主发电机的要求58

3.6.5 对推进电动机的要求59

3.6.6 对操纵板、台的要求59

3.6.7 对选择转换开关的要求59

3.7蓄电池电力推进船舶的基本问题60

3.7.1 能量平衡60

3.7.2 电机控制策略62

3.7.3 蓄电池使用63

3.7.4 船舶性能指标提高64

3.8蓄电池电力推进的等效电路及主电路负载计算65

Page68第4章 推进电动机

4.1直流电动机68

4.1.1 工作原理68

4.1.2 数学方程69

4.1.3 机械特性69

4.1.4 直流电动机的特点71

4.2交流电动机71

4.2.1 工作原理71

4.2.2 数学方程71

4.2.3 机械特性72

4.2.4 交直流电动机比较73

4.3永磁电动机73

4.3.1 永磁电动机分类73

4.3.2 永磁材料75

4.3.3 永磁直流电动机76

4.3.4 交流方波驱动永磁无刷直流电动机76

4.3.5 交流正弦波驱动永磁无刷直流电动机(交流永磁同步电动机)81

4.4开关磁阻电动机86

4.4.1 工作原理86

4.4.2 等效电路和数学方程86

4.4.3 机械特性87

4.5推进电动机及驱动系统总结88

Page89第5章 动力蓄电池

5.1主能量源和辅能量源89

5.2纯蓄电池电动船舶的负荷计算91

5.3动力蓄电池概述93

5.3.1 蓄电池基本类型与性能93

5.3.2 蓄电池的主要劣势94

5.4铅酸电池94

5.5镍氢电池95

5.6锂离子电池96

5.7钠镍氯化物电池99

5.8金属空气电池100

5.8.1 Zn空气电池100

5.8.2 Al空气电池101

5.9电池测试101

5.9.1 电池单体、电池模块与电池组的差异101

5.9.2 测试标准101

5.10动力蓄电池技术前景展望102

Page103第6章 太阳能光伏发电系统

6.1光伏电池的基本原理103

6.1.1 半导体材料的光电特性103

6.1.2 光伏电池的结构和特性105

6.2光伏电池的特性和参数107

6.2.1 光伏电池的特性107

6.2.2 光伏电池的主要参数及影响条件109

6.2.3 典型的光伏电池输出特性112

6.3光伏电池对蓄电池充电112

6.4光伏发电逆变113

6.5光伏发电系统的形式114

6.5.1 光伏发电系统的一般形式114

6.5.2 光伏发电系统在电动船舶上的形式115

Page116第7章 风力发电系统

7.1风力发电技术概述116

7.1.1 风力机基本分类和结构116

7.1.2 风力机的基本特性117

7.1.3 风力机功率调节121

7.1.4 风力发电的发展趋势121

7.2绕线式异步电动机双馈(串级)调速原理122

7.2.1 基本电路和数学方程122

7.2.2 次同步转速下电动运行124

7.2.3 反转时倒拉制动运行124

7.2.4 超同步转速下回馈制动运行125

7.2.5 超同步转速下电动运行125

7.2.6 次同步转速下回馈制动运行126

7.2.7 转子励磁超同步转速下发电运行126

7.2.8 转子励磁次同步转速下发电运行127

7.3恒速恒频和变速恒频风力发电机系统128

7.3.1 恒速恒频风力发电机系统128

7.3.2 变速恒频风力发电机系统128

7.4级联式双馈电机和无刷双馈发电机系统130

7.4.1 级联式双馈电机系统130

7.4.2 无刷双馈电机系统132

Page137第8章 蓄电池管理及充电

8.1电池管理系统概述137

8.2电池管理的关键技术138

8.3SOC估计140

8.4电池组热管理141

8.5蓄电池电动船舶充电问题概述143

8.6蓄电池的充放电特性144

8.6.1 蓄电池的放电特性144

8.6.2 蓄电池的充电特性145

8.7蓄电池与充电装置的基本问题147

8.7.1 充电安全性147

8.7.2 充电装置的效率及对蓄电池寿命的影响148

8.7.3 快速充电与均衡充电149

8.8蓄电池充电装置150

8.8.1 充电装置分类150

8.8.2 接触式充电机152

8.8.3 非接触式充电机152

8.9借鉴电动汽车的充电技术153

8.9.1 电动汽车充电技术的新成果153

8.9.2 充电策略优化154

Page156第9章 现代蓄电池电动船舶电力推进控制策略及技术

9.1电动机启动、调速和制动控制156

9.1.1 电动机启动156

9.1.2 电动机调速157

9.1.3 电动机制动160

9.2电力推进控制策略及技术概述162

9.2.1 控制策略概述162

9.2.2 控制技术概述165

9.2.3 优化控制策略的目的168

9.3PWM脉冲宽度调制技术169

9.3.1 工作原理169

9.3.2 基本分类171

9.4SPWM正弦波脉冲宽度调制172

9.4.1 工作原理172

9.4.2 交?直?交模式V/F变频器175

9.5矢量控制技术177

9.5.1 工作原理177

9.5.2 坐标变换178

9.5.3 数学模型179

9.5.4 磁场定向控制--矢量控制原理180

9.5.5 基于转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制系统184

9.6直接转矩控制变频187

9.6.1 直接转矩控制变频的数学模型和工作原理187

9.6.2 系统结构和控制程序189

9.7矩阵式变频191

Page195第10章 现代蓄电池电动船舶电力推进总体方案

10.1总体方案概述195

10.2直流电力推进197

10.2.1 直流电动机197

10.2.2 直流控制策略和技术198

10.2.3 直流控制方案举例--由单片机控制的直流可逆调速系统200

10.3交流电力推进202

10.3.1 交流电动机202

10.3.2 交流控制策略和技术203

10.3.3 交流控制方案举例--三相变频器采样型SPWM控制技术206

10.4永磁电动机电力推进211

10.4.1 永磁电动机211

10.4.2 永磁电动机控制策略和技术213

10.4.3 永磁无刷电动机控制方案举例223

10.5电源供给方案228

10.5.1 电制和供电方案228

10.5.2 超级电容的原理及使用229

10.5.3 交流方案的无功调节231

10.6推进系统控制与保护233

10.6.1 推进系统操作与控制233

10.6.2 推进系统保护234

10.7电源构成方案234

10.7.1 单一蓄电池方案235

10.7.2 风光电综合能源配套方案238

10.7.3 风光电气油综合能源配套方案245

10.8总体方案举例--风光电模式249

Page252参考文献

合格的电动车蓄电池经蓄电池厂家出厂后，电池的寿命和性能在某种程度上取决于消费者的使用和维护。

电动车蓄电池是被充坏的，而不是用坏的，可见充电器和蓄电池匹配的重要性，这里有两种情况:一是新充电器本身和蓄电池厂家提供的参数不匹配，充电电压过高，电池失水加剧，寿命缩短，更为严重的是充电电流降不到设定的转换电流值，电池温升、充电电流进一步增大，温升厉害，产生热失控，电池膨胀变形，反之充电电压过低，电池长期处于欠充状态，一部分PbSO4始终得不到转换，产生硫酸盐化，电池容量下降，电动助力车续行里程缩短。二是充电器本身的元器件质量差，刚开始使用时，还算匹配，随着消费者充、放电循环使用。充电器本身由于温升，元器件老化，致使充电电压和转换电流产生漂移，电池受到损坏。这里建议消费者和电动车厂家最好购买蓄电池厂家配套的充电器，不要因为贪一时的便宜而充坏了电池，反而得不偿失。

消费者使用说明书所标称的循环使用寿命通常有一种误解，认为充一次电，电池的寿命就减少一次，所以每次都等电池的电能消耗至控制器的保护电压31.5V才开始补充电，殊不知这样不仅保护不了电池，而且缩短了电池寿命。因为正极活性物质PbO2本身的相互结合不牢，而PbO2和PbSO4的摩尔体积有很大差异，放电深度越浅，收缩、膨胀的程度就越低。所以提醒广大消费者，在可能的情况下，应及时给电池补充电。

有些消费者骑行在半路上，指示灯显示欠压的状况后，采取歇一会再骑行一段的方式，这样对电池的危害很大，严重的过放电会使电池盐化或生成铅枝晶，使电池短路，影响寿命。

电动车刚起动、爬坡、超载应尽量助力，雨天骑行，应尽量避免开关和接头淋湿，防止漏电。

能够被电动自行车采用的有以下四种动力蓄电池，即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子电池。

已商品化的电动自行车的绝大多数是使用的密封式铅酸蓄电池，使用中不需要经常补充水分，免维护。

其主要化学反应是:PbO2+2H2SO4+Pb←充电、放电→ PhSO4+2H2O+PhSO4

铅酸蓄电池充电时变成硫酸铅的阴阳两极的海绵状铅把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中，分别变成海绵状铅和氧化铅，电解液中的硫酸浓度不断变大;反之放电时阳极中的氧化铅和阴极板上的海绵状铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，而电解液中的硫酸浓度不断降低。当铅酸蓄电池充电不足时，阴阳两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣;反之如果电池过度充电，阳极产生的氧气量大于阴极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，电池寿命大大缩短。

是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进。它采用凝胶状电解质，内部无游离的液体存在, 在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生的热失控现象;电解质浓度低，对极板腐蚀弱;浓度均匀，不存在酸分层的现象。

镍氢蓄电池是九十年代涌现出的电池家族中新秀，发展迅猛。Ni-MH电池的电极反应为:

正极:Ni(OH)2+OH-= NiOOH+H20 +e-

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

它和镍镉蓄电池同属碱性蓄电池，只是以吸藏氢气的合金材料(mh)取代镍镉蓄电池中的负极材料镉cd、电动势仍为1.32v。它具备镍镉蓄电池的所有优异特性，而且能量密度还高于镍镉蓄电池。主要优点是:比能量高(一次充电可行使的距离长);比功率高，在大电流工作时也能平稳放电(加速爬坡能力好);低温放电性能好;循环寿命长;安全可靠，免维护;无记忆效应;对环境不存在任何污染问题，可再生利用，符合持续发展的理念。但是，Ni-MH蓄电池成本太高，价格昂贵。

锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。其优点是比能量高，是当前比能量最高的蓄电池。已经在便携式信息产品中获得推广应用。

锂离子电池被普遍认为具有如下的优点:比能量大;比功率高;自放电小; 无记忆效应;循环特性好;可快速放电，且效率高;工作温度范围宽;无环境污染等，因此有望进入21世纪最好的动力电源行列。预计在2006~2012 年期间，当锂离子电池进一步发展时，MH/Ni蓄电池的市场份额将缩小。锂离子市场份额将会扩大。已经有采用锂离子蓄电池的电动自行车产品出售。

《现代船舶电站操作与维护根据对现代大型船舶的轮机员、电子电气员的船舶电站及自动化、高压电力系统所规定的基础理论知识和实际操作技能要求进行编写，其内容符合《STCW公约》马尼拉修正案的相关要求。

书中结合一艘现代化实例船舶的电站设备，对发电机、主开关、配电装置、并车设备、应急电源、船舶电力管理系统等进行了详细的介绍，其中船舶电站设备的使用、操作、维护、故障处理等是重点介绍的部分。

《现代船舶电站操作与维护按照MES模块化教学模式进行编写，共分为5篇，16个学习单元。其中的每一篇为一个学习模块，"模块"即船舶电站设备操作与维护中具有代表性的、能反映某方面技术要求的典型设备、系统或实例，包括船舶电力系统及配电装置、船用发电机、船舶应急电源及蓄电池、船舶自动化电站和船舶高压电力系统;而完成模块功能所需的某方面应知基础理论学习和应会基础技能训练构成一个学习单元。在每个学习单元最后配有相关的实训任务，包括设备操作与维护修理、电路图分析等。

《现代船舶电站操作与维护非常重视船舶电站系统电路识图的学习，除介绍具体的看图方法外，还附有实例船舶主配电板、应急配电板图纸29张。

书后附有船舶电站与自动化、高压电力系统课程的英文词汇供读者参考。

本书可以作为轮机管理、船舶电子电气、船舶工程等专业的船舶电站及自动化、高压电力系统课程的理论或实训教材，也可作为相关评估训练的实训教材。