CN110509812A - 一种电动船的电气设备控制器总成系统 - Google Patents

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文刚
陈泓滨
夏志才
曾明星
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Abstract

本发明公开了一种电动船的电气设备控制器总成系统，涉及船舶设备技术领域，该装置包括动力总成子系统、船体控制子系统、船载外设子系统和多任务控制子系统，动力总成子系统包括电池模组，船体控制子系统包括显控单元，船载外设子系统包括发电设备和船载负荷设备，所述发电设备用于对所述船载负荷设备供电和/或对所述电池模组充电，多任务控制子系统包括相连的第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块用于接收电动船的运行调控信息并发送给第二控制模块，第二控制模块用于控制显控单元显示运行调控信息。本发明提供的电气设备控制器总成系统，可接入多种电气设备，并采用双CPU对信息进行协调处理控制，实现了电气设备的集中控制和良好的分配。

Description

一种电动船的电气设备控制器总成系统
技术领域
本发明涉及船舶设备技术领域，具体涉及一种电动船的电气设备控制器总成系统。
背景技术
船舶作为重要的交通和运输工具，一直被人们广泛使用。随着当今社会的发展和科技的进步，船舶的应用领域不断拓展，人们对于其各方面的性能要求也越来越高。随着环境污染日益严重、能源日趋匮乏，为了摆脱对燃油的依赖，能够将多种能源同时使用的驱动方式日益受到人们关注。“新能源电动船”是利用能量转换器将两种或者两种以上的能量源的能量转换成电能，并利用该电能作为船舶的主要动力源的船只。
新能源电动船的船用控制器作为控制船舶运行的重要器件，对船的运行及性能起着关键的作用。现有的船用控制器往往只实现电动电池的能量能效管理，功能比较单一；同时，控制系统电气设备的集成度不高，导致控制分散、结构复杂，还增加了设备的体积，不利于集中管理及控制。
另外，船用控制器作为电动船舶的核心控制部件，能通过采集船舶的关键信号并对其进行处理，向船舶的其他关键部件发送驱动控制信号。中央处理单元(CentralProcess Unit，简称CPU)是船用控制器的关键芯片，负责处理船舶的所有数据，实现船舶复杂的控制器策略和算法，保证整个船体系统的正常运行。目前，很多船舶采用单CPU的处理方案，而对于集成系统较多的船用控制器来说，这对单CPU系统提出了严峻的挑战，在一定程度上影响了船用控制器的控制功能和灵活性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电动船的电气设备控制器总成系统，可接入多种电气设备，并采用双CPU对信息进行协调处理控制，实现了电气设备的集中控制和良好的分配。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
动力总成子系统，其包括电池模组，所述电池模组用于电动船的供电；
船体控制子系统，其包括显控单元；
船载外设子系统，其包括发电设备和船载负荷设备，所述发电设备用于对所述船载负荷设备供电和/或对所述电池模组充电；
多任务控制子系统，其包括相连的第一控制模块和第二控制模块，且所述第一控制模块和第二控制模块均设有至少包含了两块CPU的CPU处理单元；
所述第一控制模块用于接收所述电动船的运行调控信息并发送给所述第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述显控单元显示所述运行调控信息。
在上述技术方案的基础上，所述电池模组与第一控制模块相连，所述第一控制模块用于监控所述电池模组的运行参数，并根据所述运行参数控制所述电池模组切断或保持对所述船载负荷设备的供电。
在上述技术方案的基础上，所述第一控制模块还用于：响应于对所述船载负荷设备的供电的切断，控制所述显控单元显示发电提示。
在上述技术方案的基础上，所述第一控制模块还用于：当所述电池模组的电量高于预设值时，若所述发电设备工作，则控制所述电池模组断开对所述船载负荷设备的供电，且所述发电设备对所述船载负荷设备供电。
在上述技术方案的基础上，所述动力总成子系统还包括驱动推进模组，所述驱动推进模组与第一控制模块相连，所述第一控制模块用于将接收的所述电动船的运行调控信息处理后发送至所述驱动推进模组，所述驱动推进模组用于根据处理后的所述运行调控信息产生驱动力。
在上述技术方案的基础上，所述船载外设子系统还包括定位单元和云数据传输单元，所述定位单元用于获取所述电动船的定位信息，并将获取的定位信息发送至所述第二控制模块，所述云数据传输单元与第二控制模块相连，并用于与外界进行远程信息交互。
在上述技术方案的基础上，所述船体控制子系统还包括调速控制单元、换挡控制单元和转向控制单元。
在上述技术方案的基础上，所述运行调控信息包括所述电动船的速度、档位和转向信息，所述第一控制模块包括：
调速识别单元，所述调速识别单元与调速控制单元相连，所述调速识别单元用于获取所述电动船的速度信息；
档位切换单元，所述档位切换单元与换挡控制单元相连，所述档位切换单元用于获取所述电动船的档位信息；
外设识别单元，所述外设识别单元与转向控制单元相连，所述外设识别单元用于获取所述电动船的方向信息；
电池管理单元，所述电池管理单元与电池模组相连，所述电池管理单元用于监控所述电池模组的运行参数；
DSP处理单元，所述DSP处理单元分别与所述调速识别单元、档位切换单元、外设识别单元和电池管理单元相连并接收所述运行调控信息，并将所述运行调控信息传输至与其对应的所述CPU处理单元；
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器用于接收经所述DSP处理单元传输的运行调控信息，并处理后生成输出信号，并将所述输出信号传输至所述驱动推进模组。
在上述技术方案的基础上，所述第二控制模块包括：
显控识别单元，所述显控识别单元与显控单元连接；
定位处理单元，所述定位处理单元与定位单元连接，所述定位处理单元用于接收所述船体的定位信息；
云数据处理单元，所述云数据处理单元与云数据传输单元相连；
发用电控制单元，所述发用电控制单元与发电设备和船载负荷设备均相连，所述发用电控制单元用于根据所述电池模组的运行参数控制所述电池模组切断或保持对所述船载负荷设备的供电；
STM32处理单元，所述STM32处理单元与所述显控识别单元、定位处理单元、云数据处理单元和发用电控制单元均相连，并依次通过两个所述CPU处理单元与所述DSP处理单元相连。
在上述技术方案的基础上，所述显控单元为触摸显示屏，所述触摸显示屏还用于输入控制所述电动船的指令。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种电动船的电气设备控制器总成系统，提供了丰富的接口网络，以接入并集成多种电气设备，包括第一控制模块、第二控制模块、船体控制子系统、船载外设子系统和动力总成子系统，克服了以往船用控制器往往只实现电动电池的能量能效管理，功能比较单一的问题，集成多种电气设备，并实现了对电气设备的集中控制，且方便管理，通过双CPU处理器的加入，提高了船用控制器的控制性能和应用灵活性，让船用控制器的实时性有了较高的提升。另外，通过增加发电设备，以及调控发电设备、船载负荷设备和电池模组之间的供电和发电，达到船载电气设备能量的最佳分配。
附图说明
图1为本发明实施例中的电动船的电气设备控制器总成系统的示意图；
图2为本发明实施例中的电动船的电气设备控制器总成系统的第一控制模块的示意图；
图3为本发明实施例中的电动船的电气设备控制器总成系统的第二控制模块的示意图。
图中：1-动力总成子系统，10-电池模组，11-驱动推进模组，2-船体控制子系统，20-显控单元，21-调速控制单元，22-换挡控制单元，23-转向控制单元，3-船载外设子系统，30-定位单元，31-发电设备，32-船载负荷设备，33-云数据传输单元，4-多任务控制子系统，40-第一控制模块，41-第二控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种电动船的电气设备控制器总成系统，包括动力总成子系统1、船体控制子系统2、船载外设子系统3和多任务控制子系统4，其中，动力总成子系统1主要用于为电动船提供电力和驱动力，保证船体的正常行驶，动力总成子系统1包括电池模组10，电池模组10用于电动船整体的供电；船体控制子系统2主要用于船上工作人员对电动船船体速度、档位或方向的操控，船体控制子系统2包括显控单元20，显控单元20用于船体的速度、档位或方向等运行调控信息的显示，方便工作人员随时获悉船体的运行状态；船载外设子系统3主要用于辅助电动船能更好的运行，其包括发电设备31和船载负荷设备32，发电设备31用于对船载负荷设备32供电和/或对电池模组10充电，为船体提供额外的电力，在一定程度上节约电池模组10的电量；多任务控制子系统4包括相连的第一控制模块40和第二控制模块41，且第一控制模块40和第二控制模块41均设有至少包含了两块CPU的CPU处理单元，两个CPU处理单元彼此相连，第一控制模块40用于接收电动船的运行调控信息并发送给第二控制模块41，第二控制模块41用于控制显控单元20显示运行调控信息。第一控制模块40是船体运行控制的核心，第二控制模块41是船体信息显示和交互的核心模块。
参见图1所示，动力总成子系统1还包括驱动推进模组11，电池模组10和驱动推进模组11均与第一控制模块40相连，第一控制模块40用于将接收的电动船的运行调控信息处理后发送至驱动推进模组11，驱动推进模组11用于根据处理后的运行调控信息产生驱动力。第一控制模块40与电池模组10相连后，主要用于监控电池模组10的运行参数，如电芯的数量、电压、电流、温度等运行参数，并根据运行参数以及驱动推进模组11的输出功率来控制电池模组10切断或保持对船载负荷设备32的供电，保证电动船的正常行驶。
具体的，第一控制模块40用于响应对船载负荷设备32的供电的切断，并控制显控单元20显示发电提示。电池模组10有一个预设值为10％-15％，即当电池模组10的电量小于等于总电量的10％-15％时，及进入预设值状态。发电设备31具体可以为多种，如风力发电设备，太阳能发电设备、利用将人的动能转化为电能的骑行单车设备等等，电动船上可以设有多个不同类型的发电设备31，以满足不同情况或天气下发电设备31的正常运行。具体的，当电池模组10的电量高于预设值时，若发电设备31工作，则第一控制模块40控制电池模组10断开对船载负荷设备32的供电，且发电设备31对船载负荷设备32供电，若发电设备31对船载负荷设备32实现供电后还有多余的电量，此时，第二控制模块41会将多余的电量供电池模组10充电；当电池模组10的电量低于预设值时，显控单元20显示发电提示，工作人员收到电池模组10的低电量提示后，控制发电设备31工作，并关闭此时不需要的负荷设备以节约电量，同上，第一控制模块40控制电池模组10断开对船载负荷设备32的供电，且发电设备31对船载负荷设备32正在启用的设备进行供电，若发电设备31对船载负荷设备32实现供电后还有多余的电量，此时，第二控制模块41会将多余的电量供电池模组10充电，保证船体的用电的平衡，进而保障电动船的正常行驶。
参见图1所示，船载外设子系统3还包括定位单元30和云数据传输单元33，定位单元30主要为GPS导航系统，用于获取电动船的定位信息以辅助船体的行驶，定位单元30将获取的定位信息发送至第二控制模块41，最后在显控单元20显示，方便工作人员查看。云数据传输单元33与第二控制模块41相连，并用于与外界进行远程信息交互，具体的，云数据传输单元33主要用于与远端的云平台进行信息的传输及反馈，能实现远程对电动船的监控或操控等。另外，船载负荷设备32是指船体上的小功率用电设备，如仪表、照明灯和语音喇叭等设备。船体控制子系统2具体还包括调速控制单元21、换挡控制单元22和转向控制单元23，能直接用于船上工作人员对于船体的速度、档位和方向的控制，船体的运行调控信息即包括电动船的速度、档位和转向信息，运行调控信息会在显控单元20上显示，这里的显控单元20为触摸显示屏，除了能显示船体信息如档位、速度、GPS坐标位置、查看船载设备的历史数据等，触摸显示屏还用于输入控制电动船的指令，方便工作人员对船体的操控。
参见图2所示，第一控制模块40具体包括调速识别单元、档位切换单元、外设识别单元、电池管理单元、DSP处理单元和驱动信号发生器，其中，调速识别单元与调速控制单元21相连，并用于获取电动船的速度信息，档位切换单元与换挡控制单元22相连，并用于获取电动船的档位信息，外设识别单元与转向控制单元23相连，并用于获取电动船的方向信息，电池管理单元与电池模组10相连，电池管理单元用于监控电池模组10的运行参数，DSP处理单元分别与调速识别单元、档位切换单元、外设识别单元和电池管理单元相连，DSP处理单元会接收来自调速识别单元、档位切换单元和外设识别单元的运行调控信息，并将运行调控信息传输至与其对应的CPU处理单元，CPU处理单元经过另一CPU处理单元传递至第二控制模块41，最后传递至显控单元20进行显示，同理，若显控单元20有控制船体运行的指令输入，则会以相同的路径反馈至对应的单元。其中，CPU处理单元内的CPU的数量优选为2个。
进一步的，DSP处理单元接收来自调速识别单元、档位切换单元和外设识别单元的运行调控信息后，会同时发送至驱动信号发生器上，驱动信号发生器接收经DSP处理单元传输的运行调控信息并处理后生成输出信号，最后将输出信号传输至驱动推进模组11，产生驱动功率以产生驱动力。
参见图3所示，第二控制模块41包括显控识别单元、定位处理单元、云数据处理单元、发用电控制单元和STM32处理单元，STM32处理单元与显控识别单元、定位处理单元、云数据处理单元和发用电控制单元均相连，并依次通过两个CPU处理单元与DSP处理单元相连。具体的，定位处理单元与定位单元30连接，用于接收船体的定位信息，并将定位信息传输至STM32处理单元；云数据处理单元与云数据传输单元33相连，用于实现STM32处理单元与云数据传输单元33之间的信息传输与反馈，发用电控制单元与发电设备31和船载负荷设备32均相连，发用电控制单元用于根据接收经STM32处理单元传输的电池模组10的运行参数，来控制电池模组10切断或保持对船载负荷设备32的供电。
进一步的，多任务控制子系统4还包括第一故障闭锁单元和第二故障闭锁单元，第一故障闭锁单元位于第一控制模块40内，并与电池管理单元以及与第一控制模块40相连的CPU处理单元相连，第二故障闭锁单元位于第二控制模块41内，并与发用电控制单元以及与第二控制模块41相连的CPU处理单元相连。第一故障闭锁单元用于根据电池管理单元、STM32处理单元反馈的信号和故障保护信号来判断与DSP处理单元连接的各个单元是否了发生故障，并在发生故障时发送故障闭锁信号至驱动信号发生器；第二故障闭锁单元用于根据发用电控制单元、DSP处理单元传输的信号和故障保护信号判断与STM32处理单元连接的各个单元是否发生故障，并在发生故障时发送故障闭锁信号至发用电控制单元与同第二控制模块41相连的CPU处理单元。
进一步的，驱动推进模组11与DSP处理单元之间通过RS-485总线相连，STM32处理单元与显控单元20之间通过RS-485总线相连。CPU处理单元的两个CPU之间通过CAN总线相连，STM32处理单元与发用电控制单元之间通过CAN总线相连。
相比于以往的船用控制器，电气设备控制器总成系统提供了丰富的接口网络，以接入并集成多种电气设备，包括第一控制模块40、第二控制模块41、船体控制子系统2、船载外设子系统3和动力总成子系统1，克服了以往船用控制器往往只实现电动电池的能量能效管理，功能比较单一的问题，集成多种电气设备，并实现了对电气设备的集中控制，且方便管理，通过双CPU处理器的加入，相比于单CPU的船用控制器，提高了船用控制器的控制性能和应用灵活性，让船用控制器的实时性有了较高的提升。另外，通过增加发电设备31，以及调控发电设备31、船载负荷设备32和电池模组10之间的供电和发电，达到船载电气设备能量的最佳分配。
本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于，其包括：
动力总成子系统(1)，其包括电池模组(10)，所述电池模组(10)用于电动船的供电；
船体控制子系统(2)，其包括显控单元(20)；
船载外设子系统(3)，其包括发电设备(31)和船载负荷设备(32)，所述发电设备(31)用于对所述船载负荷设备(32)供电和/或对所述电池模组(10)充电；
多任务控制子系统(4)，其包括相连的第一控制模块(40)和第二控制模块(41)，且所述第一控制模块(40)和第二控制模块(41)均设有至少包含了两块CPU的CPU处理单元；
所述第一控制模块(40)用于接收所述电动船的运行调控信息并发送给所述第二控制模块(41)，所述第二控制模块(41)用于控制所述显控单元(20)显示所述运行调控信息。
2.如权利要求1所述的电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述电池模组(10)与第一控制模块(40)相连，所述第一控制模块(40)用于监控所述电池模组(10)的运行参数，并根据所述运行参数控制所述电池模组(10)切断或保持对所述船载负荷设备(32)的供电。
3.如权利要求2所述的电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述第一控制模块(40)还用于：响应于对所述船载负荷设备(32)的供电的切断，控制所述显控单元(20)显示发电提示。
4.如权利要求1所述的电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述第一控制模块(40)还用于：当所述电池模组(10)的电量高于预设值时，若所述发电设备(31)工作，则控制所述电池模组(10)断开对所述船载负荷设备(32)的供电，且所述发电设备(31)对所述船载负荷设备(32)供电。
5.如权利要求1所述的电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述动力总成子系统(1)还包括驱动推进模组(11)，所述驱动推进模组(11)与第一控制模块(40)相连，所述第一控制模块(40)用于将接收的所述电动船的运行调控信息处理后发送至所述驱动推进模组(11)，所述驱动推进模组(11)用于根据处理后的所述运行调控信息产生驱动力。
6.如权利要求5所述的电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述船载外设子系统(3)还包括定位单元(30)和云数据传输单元(33)，所述定位单元(30)用于获取所述电动船的定位信息，并将获取的定位信息发送至所述第二控制模块(41)，所述云数据传输单元(33)与第二控制模块(41)相连，并用于与外界进行远程信息交互。
7.如权利要求6所述的一种电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述船体控制子系统(2)还包括调速控制单元(21)、换挡控制单元(22)和转向控制单元(23)。
8.如权利要求7所述的一种电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于，所述运行调控信息包括所述电动船的速度、档位和转向信息，所述第一控制模块(40)包括：
调速识别单元，所述调速识别单元与调速控制单元(21)相连，所述调速识别单元用于获取所述电动船的速度信息；
档位切换单元，所述档位切换单元与换挡控制单元(22)相连，所述档位切换单元用于获取所述电动船的档位信息；
外设识别单元，所述外设识别单元与转向控制单元(23)相连，所述外设识别单元用于获取所述电动船的方向信息；
电池管理单元，所述电池管理单元与电池模组(10)相连，所述电池管理单元用于监控所述电池模组(10)的运行参数；
DSP处理单元，所述DSP处理单元分别与所述调速识别单元、档位切换单元、外设识别单元和电池管理单元相连并接收所述运行调控信息，并将所述运行调控信息传输至与其对应的所述CPU处理单元；
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器用于接收经所述DSP处理单元传输的运行调控信息，并处理后生成输出信号，并将所述输出信号传输至所述驱动推进模组(11)。
9.如权利要求8所述的一种电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述第二控制模块(41)包括：
显控识别单元，所述显控识别单元与显控单元(20)连接；
定位处理单元，所述定位处理单元与定位单元(30)连接，所述定位处理单元用于接收所述船体的定位信息；
云数据处理单元，所述云数据处理单元与云数据传输单元(33)相连；
发用电控制单元，所述发用电控制单元与发电设备(31)和船载负荷设备(32)均相连，所述发用电控制单元用于根据所述电池模组(10)的运行参数控制所述电池模组(10)切断或保持对所述船载负荷设备(32)的供电；
STM32处理单元，所述STM32处理单元与所述显控识别单元、定位处理单元、云数据处理单元和发用电控制单元均相连，并依次通过两个所述CPU处理单元与所述DSP处理单元相连。
10.如权利要求1所述的一种电动船的电气设备控制器总成系统，其特征在于：所述显控单元(20)为触摸显示屏，所述触摸显示屏还用于输入控制所述电动船的指令。
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