CN108336787A - 一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，包括数字控制器、固定能源组、BMS电池管理系统和逆变电源，所述固定能源组和BMS电池管理系统相连，还包括用于连接移动式船舶充电宝的接口电源适配器，所述数字控制器通过内部网络系统分别与接口电源适配器、BMS电池管理系统好逆变电源相连；所述接口电源适配器、固定能源组和逆变电源均与电源母排相连，所述逆变电源还与供电网络相连。本发明使得船舶能够加载移动式电动船充电宝，从而获得持续性的航行距离。

Description

一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置
技术领域
本发明涉及电动船控制技术领域，特别是涉及一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置。
背景技术
随着纯电动船技术的日益推进，根据目前的设计能力和技术状况，大多数的燃油船已经完全能被纯电动船所取代。
针对大功率的纯电动船，由于动力锂电池的瞬间功率能力提升，加之超级电容的出现，瞬间的爆发力已经不存在问题；为了获得长时间的续航能力，采用船载的固定能源组是远远不能满足需求的。
移动式电动船充电宝采用了更换的模式，外型与标准集装箱完全相同，在一般的条件下，更换一个移动式充电宝可将船舶的航行距离增加20～24小时，航行距离为120～200公里。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，使得船舶能够加载移动式电动船充电宝，从而获得持续性的航行距离。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，包括数字控制器、固定能源组、BMS电池管理系统和逆变电源，所述固定能源组和BMS电池管理系统相连，还包括用于连接移动式船舶充电宝的接口电源适配器，所述数字控制器通过内部网络系统分别与接口电源适配器、BMS电池管理系统好逆变电源相连；所述接口电源适配器、固定能源组和逆变电源均与电源母排相连，所述逆变电源还与供电网络相连。
所述数字控制器通过内部网络系统与DC/DC低压充电装置相连，所述DC/DC低压充电装置还与供电网络相连。
所述数字控制器通过内部网络系统与可再生辅助电源相连。
所述数字控制器还与卫星定位系统相连。
所述数字控制器采用DSP和FPGA实现。
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：本发明动态掌握了船载固定能源组的能量，同时又通过网络实现了对移动式电动船充电宝的能源管理，因此，本发明的控制器可以在航行中优化能源控制和消耗，以获得最优的能源利用，以使航程最大化。
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纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，如图1所示，包括数字控制器、固定能源组、BMS电池管理系统和逆变电源，所述固定能源组和BMS电池管理系统相连，还包括用于连接移动式船舶充电宝的接口电源适配器，所述数字控制器通过内部网络系统分别与接口电源适配器、BMS电池管理系统好逆变电源相连；所述接口电源适配器、固定能源组和逆变电源均与电源母排相连，所述逆变电源还与供电网络相连。其中，所述数字控制器通过内部网络系统与DC/DC低压充电装置相连，所述DC/DC低压充电装置还与供电网络相连。所述数字控制器通过内部网络系统与可再生辅助电源相连。所述数字控制器还与卫星定位系统相连。
数字控制器由DSP+FPGA器件构成，以此构成本系统装置的核心要件，本核心部件完成嵌入式内部网络以及与数据总线的联接，并由网络系统实现与外部系统的联接，外部的网络联接用于对移动式电动船充电宝的管理。
数字控制器除了对电源系统的管理同时还肩负着对电力推进系统的管理，由于即管理了能源系统，同时又控制着推进系统，因此两者能进行有机的组合，用以获得最优的控制策略和方法，从而使航行效率最优。其构成的网络系统采用CAN总线的形式，也可以是其它形式的总线控制方式，将船载所有设备实现动态监控。
卫星定位系统可以是GPS定位系统，也可以是北斗卫星系统，该卫星定位系统除了对航行速度的管理外，还有一个功效是对移动式电动船充电宝的位置信息进行管理，当系统被接入后，将实际的启用时间、启用位置等信息发送至移动式电动船充电宝内，因为此装置作为一个独立的系统，将轨迹报告给移动式电动船充电宝的管理系统。
本实施方式中，配置了300度电的船载固定能源组(容量的大小可以选择)，还配置了超级电容(也可以作为选项)，用以提供基本的船舶航行基本电能，其电池的充电是利用移动式电动船充电宝完成对其进行充电。船载固定能源组的电能通过电源母排提供输出能量。
由于船载能源组的配置，必然需要实现对其进行控制，因此，BMS电池管理系统完成对船载固定能源组中电池单体的能源管理。在系统完成用电的控制的同时也完成充电控制，以及对能量的全程监控管理，并将信息传输给远程计算机系统，实现电池健康状态的管理。
电池系统给出的能量全部传输至能量母排，该母排是作为整船能源系统的传输管道，下挂所有用电的电气设备。母排中传输的能量是通过数字控制器进行动态管理。数字控制器为了完成对下挂所有设备装置的控制管理，内部网络系统可以采用CAN总线网络装置进行数据传输，也可以采用其它形式的网络系统，该内部网络系统除了对本船载系统的管理外，还通过接口电源适配器端口与移动式电动船充电宝相联接，实现对其的并行监管。
本实施方式中的逆变电源等同于船载发电机机组。该逆变电源提供给整船所需的全部交流电源，在本装置的选择上根据目前传统的配置，380VAC/220VAC，50赫兹电源，其功率是10～100KW可选。本实施方式中还配置有可再生辅助电源，该可再生辅助电源可以是太阳能辅助电源，也可以是风能辅助电源。
DC/DC低压充电装置是带有低压24VDC的一用一备电源，用以提供整船的低压直流的需求。其充电过程是全自动的，采用600V转24V的技术直接进行充电，整个充电过程同时受BMS电池管理系统监管。供电网络是与整船供电管理设备相连接的部份，输出三相四线制的高压电源，同时给出低压24伏直流电源，送至整船电气的配电板，用以控制管理。
接口电源适配器作为移动式电动船充电宝与母线和内部控制网络的联接单元，该接口电源适配器配置电源母排与移动式电动船充电宝的联接接口，以及控制网络总线的联接接口。在联接的初期，电源部份是不被联通的，需要经过握手联接控制，只有被检测到电源正常、通讯正常后，才被开通，电源正式接入整个系统。在开通之前，需要实现高压低压的测试和控制。
由此可见，系统具有内部的控制网络系统，用以实现对转载所有设备的能源管理，其中，推进驱动控制由于不作为本发明的重要环节，因此从略；作为重要的能源系统母线，将所有的耗能设备联接在此。
来自移动式电动船充电宝通过接口电源适配器，将能源送入母排系统，同时联接的还有所需控制的网络系统端口，因此，移动式电动船充电宝中可控能源的那一部分，需要数字控制器实现协调优化控制，船载固定能源组，配置了300KWh(或其它容量组)的电池与超级电容的组合(部份环境条件下可以免去超级电容组)，用于维持基本设备的正常使用，BMS电池管理系统完成对该能源组的各个单体电池能量管理，同时通过网络，将信息传递给数字控制器系统，在船舶航行中，取代传统发电机组的是逆变电源，通过该电源提供给整船所需的380VAC或220VAC，系统采用三相四线制的方式提供给整船，在本系统中还配置低压直流24V DC，给予船用控制器的用电需求。除了传统常规的一些能源系统外，本装置利用网络的拓展功能，增加了新能源的太阳能、风能控制装置，作为可选项，在能源方面虽然是杯水车薪的功效，但是也能作为一种能源的补充。
一旦移动式电动船充电宝被接入，在系统指令的控制下，首先将完成对船载固定能源组的能源补充，进入受控充电状态，以使外部电源与内部电源的协调统一，之后，进入的同步供电的运行环节，其能源系统被合理组合调度应用。
本系统装置，在没有接入移动式电动船充电宝的情况下，系统仍然是能进行航行的，但是只能根据所配置的电量进行小范围的航行，因此，本系统通过带有对外联接扩容移动式电动船充电宝的接口，能满足所有的航行需求。

Claims (5)

1.一种纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，包括数字控制器、固定能源组、BMS电池管理系统和逆变电源，所述固定能源组和BMS电池管理系统相连，其特征在于，还包括用于连接移动式船舶充电宝的接口电源适配器，所述数字控制器通过内部网络系统分别与接口电源适配器、BMS电池管理系统好逆变电源相连；所述接口电源适配器、固定能源组和逆变电源均与电源母排相连，所述逆变电源还与供电网络相连。
2.根据权利要求1所述的纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，其特征在于，所述数字控制器通过内部网络系统与DC/DC低压充电装置相连，所述DC/DC低压充电装置还与供电网络相连。
3.根据权利要求1所述的纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，其特征在于，所述数字控制器通过内部网络系统与可再生辅助电源相连。
4.根据权利要求1所述的纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，其特征在于，所述数字控制器还与卫星定位系统相连。
5.根据权利要求1所述的纯电动集装箱运输船舶的控制系统装置，其特征在于，所述数字控制器采用DSP和FPGA实现。
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