CN106516063A - 一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器 - Google Patents

一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，包括主控制器，主控制器通过数据总线分别与电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统相连；主控制器还与显示器和定位装置相连；电池管理系统用于获取所有单体电池的电量；充电机电量管理系统用于获取充电机给予的电量；主驱动器能量监测装置用于获取主驱动器给予电动机的能量；船载辅助设备电量管理系统用于获取船载辅助设备的能耗；定位装置用于获取海巡艇的当前航速；主控制器根据采集到的结果计算航行参数并通过显示器进行显示。本发明将海巡艇的电能参数、动力参数控制在一个合理、适合的范围，以满足整个作业过程。

Description

一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器
技术领域
本发明涉及电动海巡艇速度控制技术领域，特别是涉及一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器。
背景技术
在水域交通工具的清洁能源发展过程中，纯电动船的推进工作已经得到了社会的高度重视，并且，由电动船取代燃油船的呼声愈加高涨，在攻克了众多技术问题后的今天，纯电动船无论在游艇、货船、水上巴士等众多系列船舶总类中得到了实实在在的推进。
人们已经清楚地认识到，以往认为电动船仅仅是燃油的推进动力能满足，而纯电动船只能是“慢吞吞”行进的概念已经得到了更新；电动船舶在动力特性上将丝毫不逊色于燃油船。
作为海上、水域执法船的海巡艇，无疑在水域清洁能源方面必须起到积极指导作用的，当水上出现大量的新能源船舶时，而作为执法管理者的海巡艇仍然采用燃油船，以高污染的船舶工具去对清洁能源船舶进行追踪航行管理，这是一种极不负责的行为。因此现有的海巡艇改为了双电构架结构，即采用超级电容和动力锂电池作为能量存储系统。当需要高功率快速航行时，采用以超级电容为主的型式；当以巡航姿态运行时，由动力锂电池为主。
由于海巡艇作业船的特殊性，当在作为巡逻航行时，系统必须具有最优的节能方式，以使航行的时间最长、续航力最大；而作为在追踪船舶，或需要高速航行时，具有最快的提升速度和航行爆发力，因此，系统必须二者兼容，在电量的管理上必须充分调度好二者，并给出优化的航行的指导。
在操作者控制航行该海巡艇的初期，是很难掌握在本次充电完成后，最终能航行多少时间，多少海里，是难以做到胸中有数的；再者，当以不同的航速运行时，就存储的这些电量，所获得的续航里程是完全不同的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，能够将海巡艇的电能参数、动力参数控制在一个合理、适合的范围，以满足整个作业过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，包括主控制器，所述主控制器通过数据总线分别与电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统相连；所述主控制器还与显示器和定位装置相连；所述电池管理系统用于获取所有单体电池的电量；所述充电机电量管理系统用于获取充电机给予的电量；所述主驱动器能量监测装置用于获取主驱动器给予电动机的能量；所述船载辅助设备电量管理系统用于获取船载辅助设备的能耗；所述定位装置用于获取海巡艇的当前航速；所述主控制器用于根据电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置、船载辅助设备电量管理系统和定位装置采集到的结果计算航行参数并通过显示器进行显示。
所述主控制器还通过数据总线与主能量存储器相连，所述主能量存储器用于存储电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统采集到的结果。
所述主控制器还通过数据总线与船载控制器进行对接。
所述定位装置为GPS定位装置。
所述主控制器采用DSP数字控制器和FPGA构成。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过采集各个装置所用的电量，并对采集到的电量进行分析计算，将海巡艇的电能参数和动力参数显示给操作者，如此操作者可将海巡艇的速度控制在一个合理、适合的范围，以满足整个作业过程，这个作业过程为，巡航优化和快速出击以及能量优化这三个阶段。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，如图1所示，包括主控制器，所述主控制器通过数据总线分别与电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统相连；所述主控制器还与显示器和定位装置相连。
其中，所述主控制器为核心组成部份，采用了DSP数字控制器与FPGA构成，所有外挂的接口单元通过数据总线进入该主控制器，主控制器将对数据进行处理计算，完成优化，并给出海巡艇的最佳航行参数。
显示器作为主控器的输出显示单元，在显示屏上将显示现有电池容量下的当前航速的续航里程、最优的经济巡航航速及其续航里程、系统电量允许的最大航速以及剩余电量的百分数。
为获得稳定可靠的海巡艇瞬间航行数度，本控制器还与定位装置相连，该定位装置可以选用GPS定位装置，用于监测海巡艇的航速，该航行速度参数进入主控制器后，系统将与所给出的最佳航行参数进行对比，并对时间积分后给出航行里程。
所述电池管理系统用于获取所有单体电池的电量，海巡艇上所有单体电池均由电池管理系统进行数据监测，从而获取各个单体电池的剩余电量，经过采集获得的数据进入主控制器，由主控制器计算后获得单位时间的耗电和单位里程的耗电，以及剩余容量。
所述充电机电量管理系统用于获取充电机给予的电量，当海巡艇进入停泊状态，并实施岸电充电过程时，充电机电量管理系统对岸电给予的电量进行采集，主控制器将采集到的电量与储能系统中的能量进行累积计算，从而得到充电完成后储能系统的总能量，以便计算各状态下的续航能力以及指导参数。
所述主驱动器能量监测装置用于获取主驱动器给予电动机的能量，本系统带有两个主驱动器能量监测装置，用于获取两个主驱动器给予电动机的能量，作为能量的输出通道监测。这两个主驱动器给出的能量直接驱动海巡艇航行，因此其采集到的数据直接影响到航速、螺旋桨转速以及功率输出参数，在数据采集过程中，将采集的数据与最佳的航速、螺旋桨转速以及功率输出参数进行对比，以获得最优的航速比值，从而可通过反馈控制得到最佳航行参数。
作为整船的供电电能，在海巡艇运行中储能系统还提供辅助能量，如空调电能、风机电能、水泵电量等，所述船载辅助设备电量管理系统用于获取船载辅助设备的能耗，主控制器通过计算可以确定储能系统中的剩余电量。
所述主控制器还通过数据总线与主能量存储器相连，所述主能量存储器用于存储电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统采集到的结果。该主能量存储器提供了其它设备对获取结果的读取需求。
考虑到系统总体的衔接，主控制器还通过数据总线与船载控制器相连，船载控制器对系统发出的任何指令，通过本连接部份传输给主控制器，从而可以用于逻辑的协调控制。本装置在海巡艇的运行过程中，系统与船载的系统模组进行联络，采集各个装置所用的电量，主要实施完成的任务为：在停泊充电过程中，系统对充电桩给出的电量进行实时采集，统计充电桩传递的能量；航行中连续对整船航行做相关辅助装置的用电量进行采集，统计输出的电量；在驱动器输出能量的过程中，对其进行数据采集，分析出在某状态下航行速度与电量的关系；通过数据采集与计算，分析并给出剩余电量对后续航行的优化指导数据，即：剩余的续航里程，(注：其续航里程在不同航行速度点的给出数值)；通过本主控制器将获得的运行的数值传输至船载控制器，同时以明确的指导信息，数值将显示在显示屏上，用于指导航行操舵人员，优化了整个航行执法过程。直接指导操作者操作，所给出的指导意见与建议是以数据形式给出。
本发明在使用时将其接入船载系统，便开始工作。在所有的过程中，船舶的辅助装置(空调、风机、水泵、各用电器)的电耗，本装置进行实时监测、累积。在航行过程中，本装置对由BMS给出的能量参数进行监测、统计和计算，获得储能系统给出的所有能量，同时对驱动系统的能量进行采集，并对动力的瞬间状态进行负荷分析，得到航行速度与电量的关系，结合阶段性航速的表现获得优化的参数因子，这个参数因子的重要作用在于可提供持续的航速分析，用以提高能量的有效利用率。其中，传递给主驱动器的能量由数据总线送入本装置的主控制器，将对瞬间的航速、消耗功率以及螺旋桨的转速进行采集计算和分析，以获得最优的航速比值。经过本装置主控制器对所有获得的参数进行采集和计算，综合后以直观的数值显示在操纵台显示器上。显示的内容包括：以此航速、功率给定其续航里程、最优的经济巡航航速及其续航里程、瞬间最大的允许航速以及所有的电耗状况。
由此可见，本发明采集各个装置所用的电量，并对采集到的电量进行分析计算，将海巡艇的电能参数和动力参数显示给操作者，如此操作者可将海巡艇的速度控制在一个合理、适合的范围，以满足整个作业过程，这个作业过程为，巡航优化和快速出击以及能量优化这三个阶段。

Claims (5)

1.一种超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，包括主控制器，其特征在于，所述主控制器通过数据总线分别与电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统相连；所述主控制器还与显示器和定位装置相连；所述电池管理系统用于获取所有单体电池的电量；所述充电机电量管理系统用于获取充电机给予的电量；所述主驱动器能量监测装置用于获取主驱动器给予电动机的能量；所述船载辅助设备电量管理系统用于获取船载辅助设备的能耗；所述定位装置用于获取海巡艇的当前航速；所述主控制器用于根据电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置、船载辅助设备电量管理系统和定位装置采集到的结果计算航行参数并通过显示器进行显示。
2.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，其特征在于，所述主控制器还通过数据总线与主能量存储器相连，所述主能量存储器用于存储电池管理系统、充电机电量管理系统、主驱动器能量监测装置和船载辅助设备电量管理系统采集到的结果。
3.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，其特征在于，所述主控制器还通过数据总线与船载控制器进行对接。
4.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，其特征在于，所述定位装置为GPS定位装置。
5.根据权利要求1所述的超级电容和动力锂电池海巡艇的速度控制器，其特征在于，所述主控制器采用DSP数字控制器和FPGA构成。
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