1.引言

传统DP船为了保证定位能力和安全裕量，需要尽可能多的发电机在线，而近年来新技术的应用使更高的安全性和更低的能耗能够同时实现，这些新技术比如变速柴油机，气体柴油机，配电板合排模式，直流电网等，而电池混合动力具有改装方便，造价低等特点，正成为新的发展趋势。

【摘要】

本文简单介绍了电池混合动力技术的背景，典型案例和设计难点。

2.背景

2.1 节能和环保的驱动

电池混合动力技术可以显著减少燃油的消耗和碳排放，伴随着全球绿色环保的浪潮，采用电池混合动力的DP船舶会有更高的竞争力。

2.2 电池技术的发展

近年来，电池的能量密度不断提高，而电池的造价也不断降低，使得电池混合动力的投资回报率逐步提高，例如常规的4台柴油机的DP船，加装电池模块后，主流设备商提供的数据显示投资回报年限大约在6年或更少，所以越来越多的船东开始关注这项技术。

2.3 船级社规范的更新

船级社开始接受DP船舶使用电池来提供冗余，如DNVGL增加了Battery(Power)的符号可以应用在DP船舶上，这更加促进了船东考虑在新造船和改造船上使用电池混合动力。

3.典型案例

3.1 电力系统

下图示例是一艘典型的DP 2船舶，具有4台发电机和2台侧推，2台全回转推进器，DP工况下4台柴油机需运行。加装电池模块后，只需运行2台发电机，如果外界环境突然变化，电池模块可以工作在放电状态，另外两台发电机可以由船舶功率管理系统自动起动和并网，这一过程会非常平滑，对船舶动力定位几乎没有影响。

3.2 电池模块的辅助系统和安保系统

电池的生命周期和温度有很大关系，电池的危险性和船舶的封闭性使得电池模块的辅助系统和安保系统提出了更高的要求。根据海事机构和船级社的要求，主流设备商的电池模块通常有以下辅助系统和安保系统：

冷却系统

通风系统

灭火系统

火灾和气体监测系统

电池管理系统

3.3 工作模式

根据不同的工况，电池模块可以工作在以下模式：

高峰调节模式– DP工况下船舶的用电量会在一定范围内波动，这就造成了过多的能耗和碳排放，使用高峰调节模式，电池模块在用电高峰期放电，在低谷期充电，从而使达到节能减排的目的。可以手动设定一个电池模块的电量阈值，当电量低于这个阈值而电网用电量仍然在峰值时，功率管理系统可以自动调高柴油发电机的功率，来确保电池模块的电量。

发电机模式– 这一模式下，电池模块等效成发电机，可以在船舶功率管理系统的控制下实现对称或不对称的负荷分配，当电池模块的电量达到低值时，电池管理系统会发出预停机信号给船舶功率管理系统，来避免过度放电；

充电模式– 这一模式下，电池模块从电网中汲取能量来给电池组充电。

4,设计难点

上述案例中，如果电池模块整体发生故障，只剩2台发电机在线，船舶的定位能力会受到显著影响，这就意味着电池模块需要有冗余，即电池模块内部或外部接口发生单点故障时，电池模块仍然至少有一半的能力来保证船舶的定位能力。

4.1 电池模块的冗余

冷却系统的冗余– 冷却泵的供电，能力，控制和报警等

通风系统的冗余– 风机的供电，能力，控制和报警等

灭火系统– 控制，故障和报警等

火灾和气体监测系统– 控制，故障和报警等

电池管理系统– 控制，故障和报警等

4.2 外部接口

在设计电池模块的外部接口时需要考虑以下问题：

船舶功率管理系统– 工作模式，发电机自动起动等

配电板的保护– 空气开关，保护模块等

DP控制系统 – 根据海事管理组织和船级社的要求，电池模块的状态，电量，预计放电时间等需显示在DP控制系统里面

中控系统– 电池模块的状态监测和报警需延伸到中控系统

应急停止系统– 应急停止按钮的位置，回路监测等

灭火系统– 电池模块的火灾和气体监测系统可以与船舶灭火系统相连

5.展望

电池混合动力技术已经在多种陆地设施和船型上，如渡轮，渔船，滚装船，邮船，平台供应船等，可以预见到随着技术的不断进步和完善，越来越多的DP船舶会采用这项技术。

6.总结

新技术会带来新的机遇和新的挑战，拥抱变革才能在竞争中处于有利地位。