CN106904261A - 一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置 - Google Patents

一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，包括主控制器、动力锂电池组、双向逆变器、超级电容组、变频控制器、主电动机和螺旋桨，所述变频控制器用于完成主电动机的调速驱动，所述主电动机的输出轴与螺旋桨相连，所述动力锂电池组通过双向逆变器与超级电容组相连，所述超级电容组直接与变频控制器相连，用于向变频控制器输送能量；所述动力锂电池组连接有动力锂电池参数检测电路；所述双向逆变器连接有逆变器控制电路；所述超级电容组连接有超级电容参数检测电路；所述动力锂电池参数检测电路、逆变器控制电路和超级电容参数检测电路均通过监测输出控制电路与主控制器相连。本发明使得海巡艇能够保持快速追踪的能力。

Description

一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置
技术领域
本发明涉及电动船技术领域，特别是涉及一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置。
背景技术
海巡艇，作为在水域交通管理中的执法船，其在执行执法过程中，长距离的航行距离不是其主要的功能，但是，船舶的快速航行和快速追踪能力是必须具备的。但是现有的海巡艇由于主要采用动力锂电池作为能源，因此存在快速瞬间功率爆发力不够的问题。而且采用锂电池作为能源时，在需要爆发力形成强劲推进动力时，会增加动力锂电池的输出负担，让其在短时间内产生极大的能量输出，从而导致海巡艇无法长时间保持快速追踪。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，使得海巡艇能够保持快速追踪的能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，包括主控制器、动力锂电池组、双向逆变器、超级电容组、变频控制器、主电动机和螺旋桨，所述变频控制器用于完成主电动机的调速驱动，所述主电动机的输出轴与螺旋桨相连，所述动力锂电池组通过双向逆变器与超级电容组相连，所述超级电容组直接与变频控制器相连，用于向变频控制器输送能量；所述动力锂电池组连接有动力锂电池参数检测电路；所述双向逆变器连接有逆变器控制电路；所述超级电容组连接有超级电容参数检测电路；所述动力锂电池参数检测电路、逆变器控制电路和超级电容参数检测电路均通过监测输出控制电路与主控制器相连。
所述主控制器还用于根据超级电容参数检测电路检测到的参数获得超级电容组的极限能量低位，并在所述超级电容组到达极限能量低位前控制所述双向逆变器使得动力锂电池组将能量传输给所述超级电容组。
所述变频控制器与变频控制器设置电路相连，所述变频控制器设置电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
所述主电动机与主电动机参数检测电路相连，所述主电动机参数检测电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
所述螺旋桨还与螺旋桨参数检测电路相连，所述螺旋桨参数检测电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
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：本发明采用了动力锂电池作为主推的电能提供方，而在需要爆发力形成强劲推进动力时，为了不增加动力锂电池的输出负担，不让其在短时间内产生极大的能量输出，本装置将通过双向逆变器切换将储能系统由超级电容来单独承担，提供给动力驱动系统以足够的强劲动力，在瞬间，海巡艇将瞬间的功率特性转变成航行的推进动力，从而获得最大的航速，用以支持执法过程中的航速。
附图说明
图1是本发明的结构方框图。
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用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，如图1所示，包括主控制器1、动力锂电池组9、双向逆变器10、超级电容组11、变频控制器12、主电动机13和螺旋桨14，所述变频控制器12用于完成主电动机13的调速驱动，所述主电动机13的输出轴与螺旋桨14相连，所述动力锂电池组9通过双向逆变器10与超级电容组11相连，所述超级电容组11直接与变频控制器12相连，用于向变频控制器12输送能量；所述动力锂电池组9连接有动力锂电池参数检测电路3；所述双向逆变器10连接有逆变器控制电路4；所述超级电容组11连接有超级电容参数检测电路5；所述动力锂电池参数检测电路3、逆变器控制电路4和超级电容参数检测电路5均通过监测输出控制电路2与主控制器1相连。所述变频控制器12与变频控制器设置电路6相连，所述变频控制器设置电路6还通过监测输出控制电路2与主控制器1相连。所述主电动机13与主电动机参数检测电路7相连，所述主电动机参数检测电路7还通过监测输出控制电路2与主控制器1相连。所述螺旋桨14还与螺旋桨参数检测电路8相连，所述螺旋桨参数检测电路8还通过监测输出控制电路2与主控制器1相连。
其中，主控制器1采用DSP数字控制器和FPGA构成，主控制器1完成数字控制参数的存储和对下连的各个装置的控制，用以调节双向逆变器的快速能量(电流)的传输。在主控制器1的控制下将以超级电容组11与动力锂电池组9的动态参数特征为核心，以循环执行的方式，完成对双向逆变器10的控制执行，实现动力锂电池组9和超级电容组11之间的切换。主控制器1还与手操器相连完成对海巡艇的速度操作。
监测输出控制电路2用于完成对下面各个电路的数字检测，以适合的电路形式对各个单元的参数进行采集。监测输出控制电路2分别与动力锂电池参数检测电路3、逆变器控制电路4、超级电容参数检测电路5、变频控制器设置电路6、主电动机参数检测电路7和螺旋桨参数检测电路8相连。动力锂电池参数检测电路3用于完成对动力锂电池参数的检测和传输；逆变器控制电路4用于完成对双向逆变器10的控制信息的传递，将主控制器1的执行信息直接发送给双向逆变器10；超级电容参数检测电路5用于完成对超级电容参数的检测和传输；变频控制器设置电路6用于完成对变频控制器12的参数给定，以实现对其输出控制，所控制的参数为推进动力、电压、电流、转矩等；主电动机参数检测电路7用于完成与主电动机13参数的电气衔接，检测主电动机13的温升、瞬间转速和输出参数；螺旋桨参数检测电路8用于检测螺旋桨14的实际转速以及水流的形态。上述电路均是现有技术中的常规电路，本申请未对上述电路进行改进，因此对上述电路的结构不再赘述。
本实施方式中的动力锂电池组9的配置是基于海巡艇的续航能力而配置，其瞬间的输出能量与主电动机13和变频控制器12无关。因为，在本实施方式中，由于配置了超级电容组11，其瞬间的动力特性直接取决于超级电容组11与控制器装置的优化组合，以使海巡艇获得瞬间强劲动力。
本实施方式中的超级电容组11是为了让变频控制器12获得足够的瞬间动力，超级电容组11直接与变频控制器12连接，变频控制器12的能量直接取自于超级电容组11，由于超级电容组11所具备的瞬间能量特征，因此，保证了海巡艇的瞬间推动力，以及瞬间航速提升能力。
双向逆变器10可以实施能量的双向传递，通过双向逆变器10即可以将动力锂电池组9的能量传递给超级电容组11，也可以将超级电容组11的能量传递给动力锂电池组9，其传递的方向完全受控于主控制器1。
超级电容虽然有非常强劲的功率特性，但是，其能维持的时间非常短，当海巡艇获取冲击动力之后的瞬间，超级电容组的能量将立即跌落，此时，本装置必须获得这一时间点，并将该时间点作为启动装置的触点，让动力锂电池为其进行快速补充能量，而使船舶获得所需动力的第二波。本实施方式中，所述主控制器还用于根据超级电容参数检测电路检测到的参数获得超级电容组的极限能量低位，并在所述超级电容组到达极限能量低位前控制所述双向逆变器使得动力锂电池组将能量传输给所述超级电容组。通过主控制器的控制完成由动力锂电池组给予超级电容组在极短的时间内进行能量传递，给予超级电容组补充前一波所输出的能量，用以支持即将到来的后一波做必要的准备，从而能够保证长时间的高速追踪。
变频控制器12利用超级电容组11给出的能量，将直流电能变成交流电能，用以完成交流主电动机13的调速驱动，该调速信号来自于与主控制器1连接的速度控制操作杆。主电动机13实现将变频控制器12给出的交流电能信号转换成具有旋转动力的旋转力，用以带动后续的螺旋桨14，在控制系统装置给出瞬间旋转加速指令时，螺旋桨14将通过电动机的转轴获得相对应的旋转力矩，用以产生同等的船舶推进动力。
当系统开启时，主控制器将发出指令，将动力锂电池组的能量经过双向逆变器传输给超级电容组，将超级电容组的能量充满，用以准备接收瞬间的能量输出请求。
在一般的中低速航行过程中，动力锂电池组将提供足够的能量，用以维持缓慢的能量传递需求；但在整个调速过程中，系统也会将船舶的多余动能，通过双向逆变器将超级电容组的能量传递给动力锂电池组，即所谓的能量回馈。
当系统瞬间具有突发的能量需求时，在主控制器的控制下，电能将采用超级电容组与动力锂电池组的叠加能量，并以超级电容组所特有功率特征向变频控制器提供足够的能量，用以使主电动机获得必须的瞬间爆发力，从而使海巡艇具有瞬间的高速航行特征，在这个过程中，超级电容组的瞬间功率特征将表现出极其出色的能力。超级电容组输出瞬间功率后，超级电容组参数检测电路对超级电容的参数进行检测，主控制器根据检测到的参数获得超级电容组的极限能量低位，并预测超级电容组达到极限能量低位的时间，主控制器通过控制双向逆变器，在超级电容组达到极限能量低位前将动力锂电池组的能量传输给超级电容组，以保证后续的能量补充，确保操作能够正常执行。
不难发现，在整个航行过程中，海巡艇为了获得足够的瞬间功率，是超级电容组在发挥着功率的输出，这与传统的纯电动船(纯电池船舶)有着本质的差异，在这一系统配置中，双向的逆变器装置完成了能量交互与传递，从而实现了既能满足瞬间爆发式功率的输出，同时又具备满足通常航行配置的需求(电池的能力配置)。

Claims (6)

1.一种用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，包括主控制器、动力锂电池组、双向逆变器、超级电容组、变频控制器、主电动机和螺旋桨，所述变频控制器用于完成主电动机的调速驱动，所述主电动机的输出轴与螺旋桨相连，其特征在于，所述动力锂电池组通过双向逆变器与超级电容组相连，所述超级电容组直接与变频控制器相连，用于向变频控制器输送能量；所述动力锂电池组连接有动力锂电池参数检测电路；所述双向逆变器连接有逆变器控制电路；所述超级电容组连接有超级电容参数检测电路；所述动力锂电池参数检测电路、逆变器控制电路和超级电容参数检测电路均通过监测输出控制电路与主控制器相连。
2.根据权利要求1所述的用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，其特征在于，所述主控制器还用于根据超级电容参数检测电路检测到的参数获得超级电容组的极限能量低位，并在所述超级电容组到达极限能量低位前控制所述双向逆变器使得动力锂电池组将能量传输给所述超级电容组。
3.根据权利要求1所述的用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，其特征在于，所述变频控制器与变频控制器设置电路相连，所述变频控制器设置电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
4.根据权利要求1所述的用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，其特征在于，所述主电动机与主电动机参数检测电路相连，所述主电动机参数检测电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
5.根据权利要求1所述的用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，其特征在于，所述螺旋桨还与螺旋桨参数检测电路相连，所述螺旋桨参数检测电路还通过监测输出控制电路与主控制器相连。
6.根据权利要求1所述的用于纯电动海巡艇的超级电容控制装置，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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