CN103318397A - 一种混合动力船舶的双向dc-dc控制方法 - Google Patents

一种混合动力船舶的双向dc-dc控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种混合动力船舶的双向DC-DC控制方法，通过该方法可以实现双向DC-DC变换器对船用锂电池的充放电状态的控制以及充放电的电流大小控制，可以使混合动力船舶的能量分配更合理。控其制方法包括4个模式和一个状态。其控制方式包括自动控制、手动控制和状态过渡。其控制策略，在工作模式切换时，由控制器向双向DC-DC转换器发送需求功率的命令，使其实时调整输出功率；在混合动力系统运行时，双向DC-DC转换器由直流母线电压来限制其输出电压。双向DC-DC转换器控制器既有RS485接口，有又模拟量及开关量输出接口，由PLC来实现控制双向DC-DC转换器工作模式的切换。

Description

一种混合动力船舶的双向DC-DC控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力船舶多能源转换与控制方法，尤其涉及一种混合动力船舶的DC-DC(直流-直流)转换控制方法。
背景技术
随着全球经济的持续发展，海洋污染已成为当今世界威胁人类生存环境的问题之一, 船舶污染在海洋环境污染中占有相当大的比例。对于船舶引起的污染，国际海事组织（IMO）以及越来越多的国家和地区正积极采取各种有效措施以减少船舶排气对大气的污染。混合动力船舶电力推进技术为船舶从传统的柴油机推动过渡到纯绿色推进提供可行性方案，其兼有柴电电力推进系统和纯电力推进系统船舶的优点，相比于柴电电力推进系统，可根据负荷不同，选择推进系统模式，保证了所有工况下的燃油经济性，冗余性好；相比于纯电力推进系统，初期投入成本低；续航能力强，是二者的完美结合。
双向DC-DC转换器是混合动力船舶电力推进系统中的关键装置，其控制储能器件（船用锂电池）的充放电状态以及充放电的电流大小，可以使混合动力船舶的能量分配更合理。然而，国内目前还没有准对混合动力船舶电力推进系统中的双向DC-DC转换器的控制方法。
发明内容
针对上述现状与相关技术存在的问题，本发明提供一种混合动力船舶的双向DC-DC控制方法，通过该方法可以实现双向DC-DC变换器对船用锂电池的充放电状态的控制以及充放电的电流大小控制，可以使混合动力船舶的能量分配更合理。
为了实现上述目的，本混合动力船舶的双向DC-DC控制方法，其特征在于混合动力船舶由两种能源提供能量，分别为柴油发电机组和锂电池。系统工况分为：
（1）柴油发电机组停止工作，锂电池供电，驱动电机电动状态，双向DC-DC转换器根据控制器输出的功率估计值使得锂电池放电，从而给驱动电机供电（模式1）；驱动电机制动状态，双向DC-DC转换器根据控制器输出的功率估计值使锂电池充电，锂电池吸收制动能量（模式2）；
（2）柴油发电机组供电，锂电池停止工作，驱动电机电动状态，驱动电机由柴油发电机组经AC-DC（交流-直流）整流单元整流后供电，驱动电机制动时，驱动电机的制动电能由制动电阻消耗（模式0）。
（3）柴油发电机组和锂电池同时工作，柴油发电机组运行于额定功率附近的最佳工作点，系统功率平衡方程为：P L =P G +P B ，其中P L 为驱动电机负荷功率，P G 为发电机输出功率，P B 为锂电池输出功率。当 P L ≤P G ，P B 为负，电池处于充电状态；当 P L ＞P G ，P B 为正，电池处于放电状态。此时双向DC-DC转换器在模式0、模式1和模式2之间无缝切换。
（4）只有锂电池供电，无论驱动电机处于何种状态，双向DC-DC转换器处于直通状态（不接受外部信号的控制）（模式3）；
双向DC-DC转换器控制策略，在工作模式切换时，由控制器向双向DC-DC转换器发送需求功率的命令，使其实时调整输出功率；在混合动力系统运行时，双向DC-DC转换器由直流母线电压来限制其输出电压。
双向DC-DC转换器控制器既有RS485接口，有又模拟量及开关量输出接口，由PLC来实现控制双向DC-DC转换器工作模式的切换。
附图说明
图1 是本发明的混合动力船舶能源混合结构图；
图2 是本发明双向DC-DC在模式0时流程图；
图3 是本发明双向DC-DC在模式1时流程图；
图4 是本发明双向DC-DC在模式2时流程图；
图5 是本发明双向DC-DC在模式3时流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明的目的在于提供一种混合动力船舶的DC-DC (直流-直流)转换方法，包括以下步骤：
柴油发电机组在线状态就是AC-DC整流单元投入运行，而锂电池在线状态就表示DC-DC转换器投入运行。
1 在线工况：可分为AC-DC在线；DC-DC在线；AC-DC与DC-DC均在线；AC-DC与DC-DC均不在线。
2 投入工况：
（1）AC-DC在线时，将DC-DC投入运行。此时，DC-DC处于功率模式，零输出功率投入，然后逐步增加到期望输出功率。其中期望功率的命令由PLC来给定，通过RS485接口送给DC-DC；
（2）DC-DC在线时，将AC-DC投入运行。此时，DC-DC由直通模式转换为功率模式，AC-DC通过抑制浪涌电路投入。
（3）AC-DC与DC-DC均不在线时，将DC-DC投入运行。DC-DC处于功率模式，投入后，转为直通模式。
（4）AC-DC与DC-DC均不在线时，将AC-DC投入运行。AC-DC输出零功率，直接投入。
3 切除工况：
（1）只有AC-DC在线，将AC-DC切除。待驱动电机处于停止状态后，AC-DC输出零功率，直接切除AC-DC。
（2）AC-DC与DC-DC同时在线，将AC-DC切除。DC-DC处于功率模式，增加DC-DC输出功率，减少AC-DC输出功率，即负载慢慢转移至锂电池，待AC-DC输出功率接近零，切除AC-DC。切除AC-DC后，DC-DC转入直通模式。
（3）只有DC-DC在线，将DC-DC切除。此时，DC-DC处于直通模式，待驱动电机处于停止状态后，DC-DC输出功率为零，直接切除DC-DC。
（4）AC-DC与DC-DC同时在线，将DC-DC切除。此时，DC-DC处于功率模式，减小DC-DC输出功率，增加AC-DC输出功率，即负载慢慢转移至柴油发电机组，待DC-DC输出功率接近零，切除DC-DC。
4 运行工况：
（1）只有AC-DC在线。驱动电机所需功率全部由AC-DC承担。
（2）AC-DC与DC-DC同时在线。DC-DC处于功率模式，其输出功率由PLC给定，不大于实时负载功率。AC-DC输出功率为驱动电机所需功率减掉DC-DC输出功率。
（3）只有DC-DC在线。DC-DC处于直通模式。
5 投切控制方式：
（1）自动控制。根据混合动力船舶能量控制策略，由PLC自动实现两种电源的投切。
（2）手动控制。根据系统所需工况，手动实现两种电源的投切。
    （3）状态过渡。手动转为自动，切换后状态不变，此后按混合动力船舶能量控制策略自动实现两种电源的投切。自动转为手动：切换后状态不变，此后由操作人员手动实现两种电源的投切。
由上述技术方案可知，本发明通过控制双向DC-DC转换器的输出功率，实现混合动力船舶电力推进系统中的多能量分配。该方法控制简单、高效，使混合动力系统中能量分配更为合理，提高能量的利用效率。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合动力船舶的DC-DC控制方法，包括4个模式和一个状态：
      模式1：柴油发电机组停止工作，锂电池供电，驱动电机处于电动状态，双向DC-DC转换器根据控制器输出的功率估计值使得锂电池放电，从而给所述驱动电机供电；
       模式2：所述驱动电机处于制动状态，所述双向DC-DC转换器根据所述控制器输出的所述功率估计值使所述锂电池充电，所述锂电池吸收制动能量；
       模式0：所述柴油发电机组供电，所述锂电池停止工作，所述驱动电机处于电动状态，所述驱动电机由所述柴油发电机组经AC-DC（交流-直流）整流单元整流后供电，所述驱动电机制动时，所述驱动电机的制动电能由制动电阻消耗；
       无缝切换状态：所述柴油发电机组和所述锂电池同时工作，所述柴油发电机组运行于额定功率附近的最佳工作点，系统功率平衡方程为：P L =P G +P B ，其中P L 为所述驱动电机负荷功率，P G 为所述柴油发电机输出功率，P B 为所述锂电池输出功率，当 P L ≤P G ，P B 为负，所述锂电池处于充电状态；当 P L ＞P G ，P B 为正，所述锂电池处于放电状态，此时双向DC-DC转换器在模式0、模式1和模式2之间无缝切换；
       模式3：只有所述锂电池供电，无论所述驱动电机处于何种状态，所述双向DC-DC转换器处于直通状态（不接受外部信号的控制）。
2.如权利要求1所述的混合动力船舶的DC-DC控制方法，其控制策略是，在工作模式切换时，由控制器向所述双向DC-DC转换器发送需求功率的命令，使所述双向DC-DC转换器实时调整输出功率；在混合动力系统运行时，所述双向DC-DC转换器由直流母线电压来限制所述双向DC-DC转换器的输出电压。
3.如权利要求1所述的混合动力船舶的DC-DC控制方法，其控制方式包括自动控制、手动控制和状态过渡：
自动控制：根据混合动力船舶能量控制策略，由PLC自动实现所述柴油发电机组和所述锂电池之间的投切；
手动控制：根据系统所需工况，手动实现所述柴油发电机组和所述锂电池之间的投切；
状态过渡：手动控制转为自动控制，切换后状态不变，此后按混合动力船舶能量控制策略自动实现所述柴油发电机组和所述锂电池之间的投切；自动转为手动：切换后状态不变，此后由操作人员手动实现所述柴油发电机组和所述锂电池之间的投切。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103921925A (zh) * 2014-04-07 2014-07-16 深圳市云洲创新科技有限公司 油电混合动力推动和管理系统及无人船
CN103972975A (zh) * 2014-03-28 2014-08-06 上海海事大学 一种全电力混合动力船舶电源功率分配控制装置
CN104527960A (zh) * 2015-01-21 2015-04-22 上海海事大学 船舶制动能量控制系统及能量控制方法
CN104820187A (zh) * 2015-05-27 2015-08-05 上海海事大学 一种混合动力实验平台
CN104859828A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 武汉理工大学 柴电混合动力船舶推进系统及其能量管理方法
CN105035296A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 上海海事大学 混合动力电力推进船舶能源系统工作模式自动切换装置及方法
CN106414232A (zh) * 2014-05-30 2017-02-15 川崎重工业株式会社 船舶的混合推进系统及其控制方法
CN108032983A (zh) * 2017-12-22 2018-05-15 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种混合动力船充放电控制装置及方法
CN108622362A (zh) * 2018-01-25 2018-10-09 上海海事大学 一种基于切换系统理论的混合动力船舶能量管理方法
CN109823505A (zh) * 2019-03-25 2019-05-31 海通科创(深圳)有限公司 一种用于拖拽式轮船混合动力系统及方法
CN109979292A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 武汉理工大学 一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台
CN110254296A (zh) * 2019-07-10 2019-09-20 中船动力研究院有限公司 船用混合动力单元的控制方法、动力单元及动力系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020211493A1 (de) * 2020-09-14 2022-03-17 Skf Marine Gmbh Energieversorgungssystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102358412A (zh) * 2011-07-28 2012-02-22 上海海事大学 多能源混合动力的船舶电力推进系统及其实施方法
CN202147836U (zh) * 2011-05-11 2012-02-22 上海海事大学 一种混合供电的船舶电力推进系统
JP2012206598A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Tsuneishi Holdings Corp 推進加勢装置及び船舶
JP2012229007A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Universal Shipbuilding Corp 船舶推進システム
CN103072681A (zh) * 2013-02-28 2013-05-01 上海海事大学 船舶多能源混合动力系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012206598A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Tsuneishi Holdings Corp 推進加勢装置及び船舶
JP2012229007A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Universal Shipbuilding Corp 船舶推進システム
CN202147836U (zh) * 2011-05-11 2012-02-22 上海海事大学 一种混合供电的船舶电力推进系统
CN102358412A (zh) * 2011-07-28 2012-02-22 上海海事大学 多能源混合动力的船舶电力推进系统及其实施方法
CN103072681A (zh) * 2013-02-28 2013-05-01 上海海事大学 船舶多能源混合动力系统

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972975A (zh) * 2014-03-28 2014-08-06 上海海事大学 一种全电力混合动力船舶电源功率分配控制装置
CN103921925A (zh) * 2014-04-07 2014-07-16 深圳市云洲创新科技有限公司 油电混合动力推动和管理系统及无人船
WO2015154545A1 (zh) * 2014-04-07 2015-10-15 深圳市云洲创新科技有限公司 油电混合动力推动和管理系统及无人船
CN106414232A (zh) * 2014-05-30 2017-02-15 川崎重工业株式会社 船舶的混合推进系统及其控制方法
CN106414232B (zh) * 2014-05-30 2018-01-05 川崎重工业株式会社 船舶的混合推进系统及其控制方法
CN104527960A (zh) * 2015-01-21 2015-04-22 上海海事大学 船舶制动能量控制系统及能量控制方法
CN104527960B (zh) * 2015-01-21 2017-04-19 上海海事大学 船舶制动能量控制系统及能量控制方法
CN104820187A (zh) * 2015-05-27 2015-08-05 上海海事大学 一种混合动力实验平台
CN104859828A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 武汉理工大学 柴电混合动力船舶推进系统及其能量管理方法
CN104859828B (zh) * 2015-06-05 2017-02-01 武汉理工大学 柴电混合动力船舶推进系统及其能量管理方法
CN105035296A (zh) * 2015-08-11 2015-11-11 上海海事大学 混合动力电力推进船舶能源系统工作模式自动切换装置及方法
CN108032983A (zh) * 2017-12-22 2018-05-15 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种混合动力船充放电控制装置及方法
CN108622362A (zh) * 2018-01-25 2018-10-09 上海海事大学 一种基于切换系统理论的混合动力船舶能量管理方法
CN109823505A (zh) * 2019-03-25 2019-05-31 海通科创(深圳)有限公司 一种用于拖拽式轮船混合动力系统及方法
CN109979292A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 武汉理工大学 一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台
CN109979292B (zh) * 2019-03-29 2021-06-08 武汉理工大学 一种船用混合能源电力推进系统半实物试验平台
CN110254296A (zh) * 2019-07-10 2019-09-20 中船动力研究院有限公司 船用混合动力单元的控制方法、动力单元及动力系统

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