动力锂电池系统集成关键技术和产品研究.

我国绿色船舶动力系统集成技术创新及应用研究

◎ 李澳 瓦锡兰维修服务（上海）有限公司 摘 要：绿色船舶是利用先进环保技术制造船舶，直至报废回收，均实现节能减排、资源

再利用、降低环境污染目标。而动力系统是船舶动力装置，也是制造船舶关键部分，对技术

创新、应用要求更高。基于此，文章以船舶动力系统发展现状为切入点，简要分析直流组网

技术、储能技术及轴带电机技术等绿色技术，以此为基础，提出绿色船舶动力系统集成技术创新及应用情况，从而为相关研究者提供参考。

关键词：绿色船舶；动力系统集成技术；创新应用

我国颁布《关于加快内河船舶

绿色智能发展的实施意见》（简称

《意见》），对船舶绿色发展的规范

标准、相关技术等提出更高要求，采

取集成式方法加快绿色动力系统研

发，控制节能减排。绿色动力系统集

成技术具有低能耗、低污染、低排放

特征，能够减少船舶运行对环境的影

响，成为未来主要发展趋势。因此，

我国船舶行业应当积极创新应用动

力系统集成技术，为达成节能减排目

标贡献一份力量。

1.船舶动力系统发展现状

船舶动力系统作为船舶航行关

键部分，由主机、传动设备、轴系、轴

系附件、推进器可决定船舶航行及速

度。现有常见船舶动力装置主要有柴

油发动机和燃气轮机，具体如下：

第一，柴油发动机。该动力系统

发展时间长、出现较早，安全性、稳定

性较高，低扭矩下具有较大推动力，

成为船舶主动力系统。根据发动机活

塞冲程，可将其分为四冲程和二冲程

发动机[1]。

其中，

二冲程发动机低扭能力强、转速低，效率和压缩比更高，能

够将其动力性能发挥出来，多用于低

速型船舶。四冲程发动机行程长、转

速高，多用于快艇及小型船舶，配合

传动系统与变速箱，能够提高传动效

率。并且，柴油机能耗较高，以30kw

柴油发电机组为例，油耗量6.3kg，受

限于装置工艺，燃料无法完全燃烧，

将排放CO和HC等污染物。

第二，燃气轮机。该动力系统与

柴油发动机相比，在尺寸、效率、传

动质量方面更具优越性，主要是压缩

空气充入燃烧室，和燃料共同膨胀

Chinastorage&transportmagazine2023.0934党的二十大提出加快建设制造强国，为制造业高质量发展指明了前进方向。制造强国离不开物流业的强大支撑。本次AMTS2023展会，作为国内领先的物流系统集成商，中鼎集成根据锂电池行业客户的物料存储特性，推出最新自主研发的整套“动力锂离子电池生产智能化物流成套系统”，包括自动化设备，安全、智能感知的监控调度系统，以及信息化系统（FMS、MES），完全满足动力锂离子电池生产无缝衔接仓储的需求。展会间隙本刊记者采访了无锡中鼎集成技术有限公司总经理杨天彪，请他为我们作深入介绍。据了解，中鼎集成经过三十几年发展成为中国物流装备技术领域头部系统集成商,让人惊叹。不仅如此，在锂电行业，中鼎集成更是堪称一代传奇。对于这些成绩，杨总谦虚地表示，中鼎集成还需要不断推陈出新，打破技术壁垒，在行业空白领域内不断深入探索。数字孪生技术助力智能化在此次展会上，杨总首先介绍中鼎集成展出与施耐德电气联合打造的数字化物流解决方案，包含最新开放平台EcoStruxure、自动化立体库通过系统仿真软件（MET）以及一站式数字孪生解决方案。最新开放平台EcoStruxure。基于IEC61499标准，IT/OT深度融合，面向对象编程，将各个部件模块化，用户可将应用程序分发到所选的任何支IEC61499标准的系统硬件架构（高度分布式、集中式或两者兼具），无需额外的编程工作，以模块化、灵活高效的工程设计大大缩短设计和聚焦数智新科技中鼎集成盛装亮相AMTS2023展会———专访无锡中鼎集成技术有限公司总经理杨天彪文/本刊记者李冰漪工程实施周期。最重要的是，在开放性的同时，能保障知识产权。自动化立体库通过系统仿真软件（MET）。直观呈现整个立库系统的运行情况，包含所有的控制器之间、控制器和被控对象之间所有的信息交互。依托提前验证，立库程序调试不依赖硬件，减少应用程序中的出错率，大幅缩短现场调试的时间，降低工程成本。杨总对于行业内热点的数字孪生技术进行深入剖析，对于中鼎集成的一站式数字孪生解决方案侃侃而谈。数字孪生采集系统设备数据、运行过程数据、管理数据，实现宏观态势可视化，全局可视化，呈现动态演化制，管理灵活逼真地展示立库宏观态势；基于EMSE的自动化立库信息管理系统，能够自动排程作业任务，优化和均衡多个自动化设备协同工作，动态分配资源，快速精准，远程指导就能排除设备故障。对于数字孪生，杨总表示，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，在产品设计、产品制造、医学分析、智能工厂、智慧物流和工程建设等领域应用较多。通俗地讲数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。杨总认为，数字孪生在智能物流系统中的应用很广泛。传统的仓储管理方式需要人工操作，而数字孪生技术则是通过传感器、智能设备等手段实现对仓储过程的自动化监测和控制，从而优化仓库的设计和运作流程，提高运作效率，减少成本。数字孪生技术建立的模型可以实时收集并Copyright©博看网. All Rights Reserved. 中国储运网35分析仓储过程中的各种数据，从而对可能出现的问题进行预测和预警。例如，对仓库的库存状况、物流情况、货物的质量等进行实时监测，对异常情况提前进行预警和处理，避免仓库运营过程中的损失。通过数字孪生技术建立的模型，可以辅助系统设计人员模拟方案运行情况，确定最优设计方案。也可以为仓储管理者提供更加全面和准确的数据支持，帮助企业实现智能化决策。例如，通过数字孪生技术对不同的仓储管理方案进行模拟比较，从而找到最优的解决方案。数智化新技术提质增效接着，杨总带领记者走到正在运行中的中鼎集成智能仓前，向记者认真介绍着此次展出的技术亮点，他介绍说，此套系统配备的软件系统由WMS仓储管理系统、WCS智能设备管控平台、FMS化成测试调度系统组成，可应用于锂电池原材料库、极片库、化成测试段物流调度、成品库，与ERP、MES、电源系统、检测系统、温度报警系统都可以做到无缝衔接。谈到这套系统的特点，杨总列举了几个数据：“高速高效的轻型miniload堆垛机系统。轻量化设计，水平最大速度可达280m/min，水平加速度可达3m/s2，入库效率可达120盘/小时，停准精度可控制在±1mm以内，安全可靠，绿色智能。为保障锂电池存储安全，特别设计载货台安装双层铠装防护、红外热成像仪、烟温复核探测器、火灾自动识别、机载自动灭火系统等安全防护系统。”此外，这也是一套非常安全可靠的货架系统。货格均采用五面完全密封结构，将每个电芯托盘分隔，大大提升电芯存储的安全性；每个货格上方安装防爆隔板、烟雾感应器、DTS温度智能感知系统；货架侧面安装水气一体灭火系统，喷套采用专用雾化喷嘴，能保证药剂或水喷放时雾化介质，全覆盖保护区域，确保灭火效果。特别值得一提的是精准精确的机器人系统。搭载3D视觉相机，采用大功率蓝光投射方案，结合优异的光学设计与独特的标定成像算法，最快0.6s成像，准确率高99.9%，提高夹具取放电芯的位置精度和安全性；夹具上配置有电芯在位检测、电芯占位检测、柔性保护装置，确保电芯在抓放过程中的安全性；夹具上与电芯接触的部位设计防滑橡胶，提高夹具与电芯之间的摩擦力，避免电池掉落。“我国在新能源电池领域一直领先于国外的技术水平，这也是国人的骄傲，未来，我们也会更加深耕新能源领域，工欲善其事，必先利其器。新技术离不开产品研发，用新技术利器填补行业空白，比如在防爆类等方面做创新等。中鼎集成始终坚持修炼内功，而不是用低价格取胜，我们要在差异化和高性价比中略胜一筹，立足国内，接轨海外市场。”杨总详细介绍着。通过此次采访，记者深刻感受并体验到了中国在物流系统集成方面日新月异的进步，正是有中鼎集成这样一批优秀企业的励精图治，才使得中国在制造业与物流业强国之路上砥砺前行。Copyright©博看网. All Rights Reserved.

推荐国家技术发明奖项目公示

项目名称 新能源车辆电池系统关键技术及应用

推荐单位 教育部

推荐单位意见：

我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。

按照要求，我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示，目前无异议。

该项目围绕我国重大的科技战略需求与战略重点，立足于自主创新，在电池建模与状态估计、电池成组与优化控制、BMS产品研制与系统集成三个核心技术领域均有重大创新和突破。创建了系统化的动力电池成组应用技术体系，突破了适应不确定应用环境与全寿命周期的电池高精度状态估计、电池组多角度协同优化控制、系统有机集成等难点，并实现了新能源汽车用电池管理系统在我国主要自主品牌车企的产业化应用，国际上率先将锂电池引入混合动力动车组，符合IRIS体系的电池系统应用于标准动车组和城市轨道交通车辆，创造了显著的经济效益和社会效益，展现出国际市场竞争优势和良好的推广前景。该项目成果为我国新能源车辆的发展提供了有力支撑，在核心技术上的突破，推动了我国新能源车辆工业向创新驱动的转型，为我国培育新能源战略性新兴产业发挥了重要作用。对照国家技术发明奖授奖条件，推荐该项目申报2016年度国家技术发明奖一等奖。 项目简介：

新能源汽车和轨道交通车辆被列入我国七大战略新兴产业，是“中国制造2025”的重要组成部分。作为新能源车辆的关键技术，动力电池及其应用是各国竞相占领的技术制高点，对自主突破新能源车辆技术瓶颈至关重要。本项目在国家“863”计划、国家自然科学基金及省部级项目支持下，经过14年攻关，解决了动力电池应用的核心技术问题，实现了电池管理系统(BMS)产业化。

1)发明了基于数据-模型融合的动力电池状态估算方法，针对多场耦合条件下电池模型参数和状态的非线性特征，提出了模型参数在线辨识、基于数据驱动的容量估计、基于电压反馈的全寿命周期荷电状态估计、基于单体约束的电池组峰值功率状态估计等方法，解决了衰退路径不一致特征下电池状态估计的精度和鲁棒性等关键问题，增强了电池在实际车载环境下工作的稳定性和安全性，优化了整车能量分配及控制策略，提高了新能源车辆的可靠性和能量利用率；

船舶动力锂电池要求与区别

船舶动力锂电池在应用于船舶电力推进系统时，相比于普通消费电子产品或车辆用锂电池，需要满足更为严格的要求和具备特殊性能特点，主要体现在以下几个方面：

1. 安全等级：

船舶应用环境复杂多变，包括极端温度、湿度、盐雾腐蚀等，因此，船用锂电池必须符合更高的安全标准，如通过国际海事组织（IMO）等相关认证，确保在各种恶劣条件下的安全稳定运行。

防火、防水、防爆设计至关重要，电池系统需配备专门的热管理系统、过充保护、短路保护以及状态监测等功能。

2. 高功率输出能力：

动力锂电池在船舶推进中可能需要短时间内提供大量电能，因此要求电池具有较高的倍率放电性能，能够支持高倍率充电和放电，例如支持5C甚至更高的放电速率。

3. 容量和能量密度：

船舶续航能力和加速性能取决于电池的能量存储量，因此要求电池具有较大的容量和较高的能量密度，同时保证长期使用的可靠性和稳定性。

4. 循环寿命和耐久性：

船舶锂电池在全寿命周期内要经受频繁的深度充放电循环，所以必须具有更长的循环寿命和更好的耐久性，以降低运营成本和维护频率。

5. 系统集成与冗余设计：

考虑到船舶航行的安全性，动力锂电池组通常会采用模块化设计，并配置冗余系统，以防止单个电池故障导致整个推进系统的失效。 6. 监控与管理：

船舶锂电池系统通常配备先进的电池管理系统(BMS)，实时监控每个电池单元的状态，优化充放电过程，防止潜在的安全问题发生。

7. 法规适应性：

国内外针对船用锂电池有着不同的技术标准和规范，比如中国、欧盟、美国等地区均有各自的认证体系，产品需符合相应地区的安全、环保、性能等方面的要求。