CN113644718A - 一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法 - Google Patents

一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法。纯电游船驱动系统电气架构包括至少一母排、至少两个电池簇、充电接口开关以及电池管理系统；每一电池簇通过一个第一继电器连接至所述母排；充电接口开关的一端与岸电箱连接，其另一端通过第二继电器连接至所述母排；电池管理系统连接至所述第一继电器、所述第二继电器以及所述电池簇，用于在电池簇上电和下电时根据所述检测器检测的每一电池簇的实时电压控制所述第一继电器及所述第二继电器的通断。本申请通过母排分舷来减少电池簇并联簇数，提高系统稳定性；在上电前电池管理系统获取各电池簇的电压参数，按照不同压差执行对应的控制策略，保证电池簇并联时的可靠性，避免破环性环流。

Description

一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法
技术领域
本发明涉及船舶供电设备技术领域，尤其涉及一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法。
背景技术
随着国家对环境保护的日益重视，传统柴油机动力船舶产生的污染越发突显。为了改善这种状态，越来越多的锂电池应用在船舶上。虽然目前锂电池、电池管理系统BMS、电力推进技术已相对成熟，但在船舶整船电气架构、能量管理方面还没有形成一个统一的设计标准。相对于柴油发电机交流组网电气架构，锂电池为动力的直流组网架构存在着控制策略完善度不够、可靠性不强等问题。
并且现有的锂电推进电气架构电池簇并入母线前多采用DC/DC隔离控制。小型的内河船舶，从成本方面考虑会省掉DC/DC，多簇电池直接并联。电池簇使用中很容易出现压差，若没有一个完善的策略，极易产生破坏性环流，严重时危及船上人身财产安全。
发明内容
发明的目的在于，提供一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法，用以解决目前船舶采用锂电推进电气架构时为节省电池占用空间省掉DC/DC时容易出现压差，极易产生破坏性环流，严重时危及船上人身财产安全的技术问题。
为了实现上述目的，本发明其中一实施例中提供一种纯电游船驱动系统电气架构，包括至少一母排、至少两个电池簇、充电接口开关以及电池管理系统；每一电池簇通过一个第一继电器连接至所述母排；充电接口开关的一端与岸电箱连接，其另一端通过第二继电器连接至所述母排；电池管理系统连接至所述第一继电器、所述第二继电器以及所述电池簇；其中所述电池管理系统包括检测器和处理器；检测器与每一电池簇连接，用以检测每一电池簇的实时电压及充电电流；处理器连接至所述第一继电器、所述第二继电器以及所述检测器，用于在电池簇上电和下电时根据所述检测器检测的每一电池簇的实时电压控制所述第一继电器及所述第二继电器的通断。
进一步地，所述母排设有两个；两个母排分别位于游船的左右舷。
进一步地，在两个母排之间还设有第三继电器，所述第三继电器连接至所述处理器。
进一步地，所述纯电游船驱动系统电气架构还包括主推进电机以及负载屏，主推进电机通过第一逆变器和第四继电器串联连接至所述母排；负载屏通过隔离变压器、LCL滤波器、第二逆变器和第五继电器串联连接至所述母排。
基于前文所述纯电游船驱动系统电气架构，本申请提出一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，包括上电控制步骤，具体包括：当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
进一步地，在上电控制步骤之前还包括：电池管理系统自检步骤，用以检测连接至所述电池管理系统的回路是否存在短路或断路，当存在短路或断路时上报故障，当不存在短路或断路时执行下一步骤。
基于前文所述纯电游船驱动系统电气架构，本申请提出一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，包括：下电控制步骤，当进行电池簇下电时，检测同一母排上每一电池簇的充电电流；当其中一电池簇的充电电流小于预设电流值时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；当其中一电池簇的充电电流大于等于预设电流值时，连续检测该电池簇的充电电流的持续时长，当对应的持续时长大于预设持续时间时，保持该电池簇对应的第一继电器闭合；当对应的持续时长小于等于预设持续时间时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；依次进行每一电池簇下电，直至所有电池簇对应的第一继电器均打开，控制所述第二继电器打开。
进一步地，在所述下电控制步骤之后还包括：故障检测步骤，检测所述第一继电器、所述第二继电器有无粘连，若存在粘连则上报故障。
进一步地，在所述下电控制步骤之前还包括：充电控制步骤，当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
进一步地，在所述充电控制步骤之后还包括：电池簇故障检测步骤，检测被充电的电池簇是否存在故障，若是则控制该电池簇对应的第一继电器打开；若否则检测该电池簇的唤醒源是否消失，当所述电池簇的唤醒源消失时，则对该电池簇进行下电。
本发明的有益效果在于，提供一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法，通过母排分舷来减少电池簇并联簇数，提高系统稳定性；在上电前电池管理系统BMS获取各电池簇的电压参数，再按照不同压差执行对应的控制策略，保证电池簇并联时的可靠性，避免破环性环流。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，呈现本申请的技术方案及其它有益效果。
图1为本申请实施例提供的纯电游船驱动系统电气架构的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法的流程图。
图3为对应图2的逻辑原理图。
图4为本申请实施例提供的一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法的流程图。
图5为对应图4的逻辑原理图。
图6为本申请实施例提供的一种纯电游船驱动系统电气架构的整体逻辑原理图。
图中部件标识如下：
母排1，电池簇2，充电接口开关3，
岸电箱4，主推进电机5，负载屏6，
纯电游船驱动系统电气架构10，第一继电器11，
第二继电器12，第三继电器13，第四继电器14，
第五继电器15，第一逆变器21，第二逆变器22，
隔离变压器31，LCL滤波器41。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
具体的，请参阅图1，本申请实施例提供一种纯电游船驱动系统电气架构10，包括至少一母排1、至少两个电池簇2、充电接口开关3以及电池管理系统（未图示）；每一电池簇2通过一个第一继电器11连接至所述母排1；充电接口开关3的一端与岸电箱4连接，其另一端通过第二继电器12连接至所述母排1；电池管理系统4连接至所述第一继电器11、所述第二继电器12以及所述电池簇2；其中所述电池管理系统4包括检测器和处理器；检测器与每一电池簇2连接，用以检测每一电池簇2的实时电压及充电电流；处理器连接至所述第一继电器11、所述第二继电器12以及所述检测器，用于在电池簇2上电和下电时根据所述检测器检测的每一电池簇2的实时电压控制所述第一继电器11及所述第二继电器12的通断。
本申请实施例中，所述母排1设有两个；两个母排1分别位于游船的左右舷。
本申请实施例中，在两个母排1之间还设有第三继电器13，所述第三继电器13连接至所述处理器。
本申请实施例中，所述纯电游船驱动系统电气架构10还包括主推进电机5，主推进电机5通过第一逆变器21和第四继电器14串联连接至所述母排1。
本申请实施例中，所述纯电游船驱动系统电气架构10还包括负载屏6；负载屏6通过隔离变压器31、LCL滤波器41、第二逆变器22和第五继电器15串联连接至所述母排1。
本申请实施例中，所述电池簇2为磷酸铁锂电池组。优选地，一个母排1上连接三个电池簇2。
值得注意的是，本申请的第一继电器11、第二继电器12、第三继电器13、第四继电器14、第五继电器15均为过载保护继电器。
基于前文所述纯电游船驱动系统电气架构，如图2、图3、图6所示，本申请提出一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，包括S12上电控制步骤，具体包括：当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
如图2、图3、图6所示，本申请实施例中，在上电控制步骤之前还包括：S11电池管理系统自检步骤，用以检测连接至所述电池管理系统的回路是否存在短路或断路，当存在短路或断路时上报故障，当不存在短路或断路时执行下一步骤。
如图2、图6所示，本申请实施例中，在所述充电控制步骤之后还包括：S13电池簇故障检测步骤，检测被充电的电池簇是否存在故障，若是则控制该电池簇对应的第一继电器打开；若否则检测该电池簇的唤醒源是否消失，当所述电池簇的唤醒源消失时，则对该电池簇进行下电。
基于前文所述纯电游船驱动系统电气架构，如图4、图5、图6所示，本申请提出一种纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，包括：S23下电控制步骤，当进行电池簇下电时，检测同一母排上每一电池簇的充电电流；当其中一电池簇的充电电流小于预设电流值时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；当其中一电池簇的充电电流大于等于预设电流值时，连续检测该电池簇的充电电流的持续时长，当对应的持续时长大于预设持续时间时，保持该电池簇对应的第一继电器闭合；当对应的持续时长小于等于预设持续时间时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；依次进行每一电池簇下电，直至所有电池簇对应的第一继电器均打开，控制所述第二继电器打开。其中预设电流值优选为10A；预设持续时间优选为10s。
如图4、图5、图6所示，本申请实施例中，在所述下电控制步骤之后还包括：S24故障检测步骤，检测所述第一继电器、所述第二继电器有无粘连，若存在粘连则上报故障。
如图4、图5、图6所示，本申请实施例中，在所述下电控制步骤之前还包括：S21充电控制步骤，当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
如图4、图5、图6所示，本申请实施例中，在所述充电控制步骤之后还包括：S22电池簇故障检测步骤，检测被充电的电池簇是否存在故障，若是则控制该电池簇对应的第一继电器打开；若否则检测该电池簇的唤醒源是否消失，当所述电池簇的唤醒源消失时，则对该电池簇进行下电。
本发明的有益效果在于，提供一种纯电游船驱动系统电气架构及控制方法，通过母排分舷来减少电池簇并联簇数，提高系统稳定性；在上电前电池管理系统BMS获取各电池簇的电压参数，再按照不同压差执行对应的控制策略，保证电池簇并联时的可靠性，避免破环性环流。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种纯电游船驱动系统电气架构，其特征在于，包括：
至少一母排；
至少两个电池簇，每一电池簇通过一个第一继电器连接至所述母排；
充电接口开关，其一端与岸电箱连接，其另一端通过第二继电器连接至所述母排；以及
电池管理系统，连接至所述第一继电器、所述第二继电器以及所述电池簇；
其中所述电池管理系统包括
检测器，与每一电池簇连接，用以检测每一电池簇的实时电压及充电电流；
处理器，连接至所述第一继电器、所述第二继电器以及所述检测器，用于在电池簇上电和下电时根据所述检测器检测的每一电池簇的实时电压控制所述第一继电器及所述第二继电器的通断。
2.根据权利要求1所述的纯电游船驱动系统电气架构，其特征在于，所述母排设有两个；两个母排分别位于游船的左右舷。
3.根据权利要求2所述的纯电游船驱动系统电气架构，其特征在于，在两个母排之间还设有第三继电器，所述第三继电器连接至所述处理器。
4.根据权利要求1所述的纯电游船驱动系统电气架构，其特征在于，还包括
主推进电机，通过第一逆变器和第四继电器串联连接至所述母排：以及
负载屏，通过隔离变压器、LCL滤波器、第二逆变器和第五继电器串联连接至所述母排。
5.一种权利要求1至4任一项所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，包括上电控制步骤，具体包括：
当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；
当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；
当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；
当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
6.根据权利要求5所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，在上电控制步骤之前还包括：
电池管理系统自检步骤，用以检测连接至所述电池管理系统的回路是否存在短路或断路，当存在短路或断路时上报故障，当不存在短路或断路时执行下一步骤。
7.一种权利要求1至4任一项所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，包括：
下电控制步骤，当进行电池簇下电时，检测同一母排上每一电池簇的充电电流；当其中一电池簇的充电电流小于预设电流值时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；当其中一电池簇的充电电流大于等于预设电流值时，连续检测该电池簇的充电电流的持续时长，当对应的持续时长大于预设持续时间时，保持该电池簇对应的第一继电器闭合；当对应的持续时长小于等于预设持续时间时，控制该电池簇对应的第一继电器打开；依次进行每一电池簇下电，直至所有电池簇对应的第一继电器均打开，控制所述第二继电器打开。
8.根据权利要求7所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，在所述下电控制步骤之后还包括：
故障检测步骤，检测所述第一继电器、所述第二继电器有无粘连，若存在粘连则上报故障。
9.根据权利要求7所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，在所述下电控制步骤之前还包括：
充电控制步骤，当进行电池簇上电充电时，控制所述第二继电器闭合连通；检测同一母排上每一电池簇的实时电压，并将获取的实时电压升序排列，获取任意两个电池簇的电压压差；当电池簇间压差小于预设安全压差V1时，控制所有电池簇对应的第一继电器同时闭合连通；当电池簇间压差大于预设风险压差V2时，上报故障；当电池簇间压差在大于预设安全压差V1且小于预设风险压差V2时，电池簇进入补电模式；按照电池簇电压升序排列的顺序，首先闭合位于最低电压的电池簇对应的第一继电器，当该最低电压的电池簇与次最低电压的电池簇的压差小于预设安全压差V1时，闭合次最低电压的电池簇对应的第一继电器，以此类推依次闭合所有的第一继电器。
10.根据权利要求9所述的纯电游船驱动系统电气架构的控制方法，其特征在于，在所述充电控制步骤之后还包括：
电池簇故障检测步骤，检测被充电的电池簇是否存在故障，若是则控制该电池簇对应的第一继电器打开；若否则检测该电池簇的唤醒源是否消失，当所述电池簇的唤醒源消失时，则对该电池簇进行下电。
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