CN112606986A - 一种电池动力船舶的功率分配/限制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池动力船舶的功率分配及功率限制方法，基于主要由电池组、DC/DC变换器、推进变频器、推进电机以及能量管理控制系统组成的电池动力船舶系统，功率分配/限制方法为：能量管理控制系统监测DC/DC在网运行状态、运行功率、直流母线电压变化，综合判断当前电源系统状态，通过计算对电池的输出功率进行平均分配，同时根据实时工况对变频器的输出功率进行相应限制，保证电池的均衡工作，同时避免因负载波动和电源故障导致电池系统过载和故障。

Description

一种电池动力船舶的功率分配/限制方法
技术领域
本发明属于船舶电气控制领域，涉及一种电池动力船舶功率分配及功率限制方法，适用于锂电池、燃料电池等新能源动力船舶。
背景技术
目前，纯电池动力船舶应用越来越多，由于不同类型的电池系统特性也不尽相同，为了保证电池系统的均衡运行，需要对每组电池的输出进行动态调节，与此同时，为了保障动力系统的稳定性，避免电池系统过载，需要对船上的主要电力负载动力系统进行功率限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的以上不足，提供一种电池动力船舶功率分配及功率限制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，基于电池组、DC/DC变换器、推进变频器、推进电机以及能量管理控制系统组成的电池动力船舶系统，所述的电池组通过DC/DC变换器连接直流母线，推进电机通过推进变频器连接直流母线，DC/DC变换器和推进变频器分别与能量管理控制系统连接，能量管理控制系统通过监测在网运行的DC/DC变换器数量，根据所有在网DC/DC变换器的当前总功率，以及每个电池组的额定输出能力，动态计算每个电池组当前平均输出功率，对DC/DC变换器的功率进行动态调节，以保证每个电池组放电保持一致；同时根据电池组所能提供的功率，分级对推进变频器输出功率进行稳态限制。
进一步，能量管理控制系统计算当前在网的DC/DC变换器能提供的最大功率，以及在网推进变频器的数量，计算每台推进变频器允许的最大功率，通过通信或者硬线将功率限制值给定到推进变频器。
更进一步，令DC/DC变换器的额定功率为PDCN，DC/DC变换器在网运行数量为m，则在网DC/DC变换器实时功率为PDC1···PDCm；由于DC/DC自身特性，每台DC/DC会出现一定功率偏差，能量管理控制系统通过CAN网络实时采集在网DC/DC变换器的总功率，通过叠加计算平均值Pref=（PDC1+···+PDCm）/m，通过CAN总线或者硬线4～20mA信号将功率或电流给定到对应DC/DC变换器，实时动态调节DC/DC变换器的输出功率，对每台DC/DC变换器的输出功率进行动态修正，保证输出功率一致；当前电源系统能提供的最大功率为PDC1N+···+PDCmN，负载功率应不大于电源系统所能提供的总功率，此时，能量管理控制系统通过通信或者硬线连接的方式将电源功率提供给推进变频器，每台推进变频器限制自身输出功率Plim=（m×PDCN）/k，其中k为主推进变频器的数量。
再进一步，若每个电池组容量相等，则电池组输出功率应为P=Pε/n，若存在不同容量电池组并联运行，则可根据每个电池组容量占比进行对应的功率分配，对应电池组输出功率P=Pε·PDC1N/ PεN,当前在网DC/DC变换器额定总功率P= n·PDCN，推进变频器总功率不大于P，则每台推进变频器实时最大功率应≤P/k。
本发明的有益效果是：本发明方法能够动态的调节全船的电池组输出功率，同时实时快速的限制负载推进功率，在确保整船供电电网稳定的前提下，能在任何时刻发挥出船舶当前所能提供的最大动力，保障电池系统均衡运行，避免电池系统过载，大大提高了船舶运行的稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明电池动力船舶系统的结构示意图；
图2为本发明功率分配原理图；
图3为本发明功率限制原理图。
各附图标记为：1—电池组，2—DC/DC变换器，3—推进变频器，4—推进电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
参照图1、图2和图3所示，本发明公开的一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，基于电池组1、DC/DC变换器2、推进变频器3、推进电机4以及能量管理控制系统组成的电池动力船舶系统，所述的电池组1通过DC/DC变换器2连接直流母线，推进电机4通过推进变频器3连接直流母线，DC/DC变换器2和推进变频器3分别与能量管理控制系统连接，能量管理控制系统通过监测在网运行的DC/DC变换器2数量，根据所有在网DC/DC变换器2的当前总功率，以及每个电池组1的额定输出能力，动态计算每个电池组1当前平均输出功率，对DC/DC变换器2的功率进行动态调节，以保证每个电池组1放电保持一致；同时根据电池组1所能提供的功率，分级对推进变频器3输出功率进行稳态限制。
进一步的技术方案如下：能量管理控制系统计算当前在网的DC/DC变换器2能提供的最大功率，以及在网推进变频器3的数量，计算每台推进变频器3允许的最大功率，通过通信或者硬线将功率限制值给定到推进变频器3。
更进一步的技术方案如下： DC/DC变换器2的额定功率为PDCN，DC/DC变换器2在网运行数量为m，在网DC/DC变换器2实时功率为PDC1···PDCm，由于DC/DC自身特性，每台DC/DC会出现一定功率偏差，能量管理控制系统通过CAN网络实时采集在网DC/DC变换器2总功率，通过叠加计算平均值Pref=（PDC1+···+PDCm）/m，通过CAN总线或者硬线4～20mA信号将功率或电流给定到对应DC/DC变换器2，对每台DC/DC变换器2的输出功率进行动态修正，保证输出功率一致；当前电源系统能提供的最大功率为PDC1N+···+PDCmN，负载功率应不大于电源系统所能提供的总功率，此时，能量管理控制系统通过通信或者硬线连接的方式将电源功率提供给推进变频器3，每台推进变频器3限制自身输出功率Plim=（m×PDCN）/k， k为主推进变频器3的数量。
能量管理控制系统采集在网DC/DC变换器（2）实时总功率，Pε=PDC1+ PDC2+···+PDCn，若每组电池容量相等，则每组电池输出功率应为P=Pε/n，若存在不同容量电池组1并联运行，则可根据每组电池容量占比进行对应的功率分配，对应电池输出功率P=Pε·PDC1N/PεN,通过CAN总线或者硬线4～20mA将功率或电流给定到对应DC/DC变换器2，DC/DC变换器2将实时根据给定值调节输出功率或电流,一般动态调节速率可到200ms以内。当前在网DC/DC变换器2额定总功率P= n·PDCN，推进变频器3总功率不大于P，则每台推进变频器3实时最大功率应≤P/k，k为推进变频器3数量，能量管理控制系统将功率限制值通过通信或者硬线4～20mA给定到变频器，一般动态调节速率可到200ms以内。
本发明系统响应速度快，通过动态和稳态的双重调节，从而使每组电池均能均衡工作，保证电池寿命，同时整船供电系统稳定性大大增加，提高了船舶运行的安全性。
本发明保障动力电池系统的均衡运行，有利于延长电池使用寿命，与此同时，通过实时动态的推进功率限制，克服不同类型电池输出特性不同导致的供电连续性和可靠性，提高动力系统的可靠性。
本发明所采用的控制方法可以适用不同类型的电池动力船舶，如锂电池动力、燃料电池动力船舶等。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，基于电池组（1）、DC/DC变换器（2）、推进变频器（3）、推进电机（4）以及能量管理控制系统组成的电池动力船舶系统，所述的电池组（1）通过DC/DC变换器（2）连接直流母线，推进电机（4）通过推进变频器（3）连接直流母线，DC/DC变换器（2）和推进变频器（3）分别与能量管理控制系统连接，其特征在于：能量管理控制系统通过监测在网运行的DC/DC变换器（2）数量，根据所有在网DC/DC变换器（2）的当前总功率，以及每个电池组（1）的额定输出，动态计算每个电池组（1）当前平均输出功率，对DC/DC变换器（2）的功率进行动态调节，以保证每个电池组（1）放电保持一致；同时根据电池组（1）所能提供的功率，分级对推进变频器（3）输出功率进行稳态限制。
2.根据权利要求1所述的一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，其特征在于，能量管理控制系统计算当前在网的DC/DC变换器（2）能提供的最大功率，以及在网推进变频器（3）的数量，计算每台推进变频器（3）允许的最大功率，通过通信或者硬线将功率限制值给定到推进变频器（3）。
3.根据权利要求2所述的一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，其特征在于，令DC/DC变换器（2）的额定功率为PDCN，DC/DC变换器（2）在网运行数量为m，则在网DC/DC变换器（2）实时功率为PDC1···PDCm；能量管理控制系统实时采集在网DC/DC变换器（2）的总功率Pε=PDC1+ PDC2+···+ PDCn，通过叠加计算平均值Pref=（PDC1+···+PDCm）/m，通过CAN总线或者硬线将功率或电流给定到对应DC/DC变换器（2），对每台DC/DC变换器（2）的输出功率进行动态修正，保证输出功率一致；当前电源系统能提供的最大功率为PDC1N+···+PDCmN，负载功率不大于电源系统所能提供的总功率，能量管理控制系统将电源功率提供给推进变频器（3），每台推进变频器（3）限制自身输出功率Plim=（m×PDCN）/k，其中k为主推进变频器（3）的数量。
4.根据权利要求3所述的一种电池动力船舶的功率分配/限制方法，其特征在于，若每个电池组（1）容量相等，则电池组（1）输出功率为P=Pε/n，若存在不同容量电池组（1）并联运行，则根据每个电池组（1）容量占比进行对应的功率分配，对应电池组（1）输出功率P=Pε·PDC1N/ PεN,当前在网DC/DC变换器（2）额定总功率P= n·PDCN，推进变频器（3）总功率不大于P，则每台推进变频器（3）实时最大功率应≤P/k。
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