CN114655413A - 电力船舶推进系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种控制被配置为推进海运船舶的电力船舶推进系统的方法，所述方法包括：测量电力船舶推进系统中的电动机的至少一个参数，并确定参数测量值指示电力船舶推进系统中的异常。然后基于所述至少一个参数测量值来确定降低的操作限值，其中，该降低的操作限值包括扭矩限值、RPM限值、电流限值和功率限值中的至少一个。然后控制电动机，使得不超过降低的操作限值。

Description

电力船舶推进系统及其控制方法

技术领域

本发明总体上涉及船舶推进系统，更具体地说，涉及具有电动机的电力船舶推进系统及其控制方法。

背景技术

包括旋转螺旋桨的电动机的电力推进系统是已知的。例如，船上电力驱动系统和外置电力驱动系统已经被开发用于推进海运船舶。为电力推进系统供电的不同电力供应装置也是已知的。这种电力储存系统包括一个或更多个电池或电池组，和/或可以包括其他储存装置，比如一个或更多个超级电容器、燃料电池、液流电池和/或能够储存和输出电能的其他装置。

以下美国专利提供了背景信息，并通过引用整体结合于此。

美国专利No.6,507,164公开了一种具有基于电流的功率管理的船用电机，包括：电机；电机控制器，其具有用于向电机提供电压的输出；和用于测量流过电机的电流的电流传感器。一旦确定船用电机已经在超过其连续工作限值的情况下运行了预定的时间段，则电机控制器就开始降低输出到电机的电压，直到达到可接受的输出电压。在另一个实施例中，控制器以具有三组不同的操作参数的三种不同的模式来操作，即：正常模式，其中输出被设置为命令水平；电流限值模式，其中输出被设置为安全的预定水平；以及过渡模式，其中输出从预定水平递增地改变到命令水平。

美国专利No.6,902,446公开了一种直流(DC)电机，其具有电机壳体和容纳在电机壳体内的电机控制器。在一个优选实施例中，电机控制器的热产生部件与壳体热连通，使得由这些部件产生的热量的大部分将容易地传导到电机运行的环境中。当结合到船用电机中时，本发明的电机壳体将被浸没，从而控制器产生的热量将被消散到船用电机运行的水中。

美国专利No.7,385,365公开了一种用于无刷电动机的误差检测的方法，其中测量或确定至少一个第一电机参数，并且基于第一电机参数估计第二估计电机参数。将第二估计电机参数与第二测量或确定的电机参数进行比较。根据比较结果可以找出电动机的误差。

美国专利No.10,723,430公开了一种用于船只的螺旋桨推进系统，其包括至少一个电动机和可由电动机驱动的螺旋桨。螺旋桨是一种表面刺穿的螺旋桨。推进系统包括盒状主体和盖部，盒状主体具有侧壁和盖部，电动机固定在该侧壁上，表面刺穿螺旋桨的外置挂机应用在盖部上。侧壁和盖部包括孔，电机的轴和外置挂机的轴分别穿过所述孔。盒状主体包括用于将运动从驱动轴传输到外置挂机的器件，推进系统包括用于将盒状体固定到船只的横梁的器件。

发明内容

提供本概述是为了引入将在下面的详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

在一个实施例中，一种控制被配置为推进海运船舶的电力船舶推进系统的方法包括：测量电力船舶推进系统中的电动机的至少一个参数，并确定参数测量值指示了电力船舶推进系统中的异常。然后基于所述至少一个参数测量值来确定降低的操作限值，其中，该降低的操作限值包括扭矩限值、RPM限值、电流限值和功率限值中的至少一个。然后控制电动机，使得降低的操作限值不被超过。

在一个实施例中，确定参数测量值指示了电力船舶推进系统中的异常包括确定参数测量值超出阈值范围。

在一个实施例中，确定降低的操作限值包括利用查找表，该查找表提供对应于至少一个参数的潜在值的范围内的多个参数值的降低的操作限值。在一个示例性实施例中，查找表提供基于至少两个参数中的每一个的多个参数值索引的降低的操作限值，并且基于至少两个参数测量值使用二维查找表来计算降低的操作限值。

在一个实施例中，电力船舶推进系统包括电动机，其驱动螺旋桨旋转并被配置为推进海运船舶。电力储存装置被配置为给电动机供电，并且一个或更多个传感器被配置为测量电力船舶推进系统的参数，所述传感器包括电动机温度传感器、电池温度传感器、电流传感器、电压传感器、电机速度传感器和螺旋桨速度传感器中的至少一个，其中，电动机温度传感器被配置为感测电动机的温度，电池温度传感器被配置为感测电力储存装置内的温度，电流传感器被配置为感测电动机的输入电流供应，电压传感器被配置为感测电动机的输入电压供应，电机速度传感器被配置为感测电动机的转速，螺旋桨速度传感器被配置为感测螺旋桨的转速。控制系统被配置为确定电力船舶推进系统的至少一个测量参数超出指示异常的阈值范围。然后基于至少一个参数确定降低的操作限值，其中，降低的操作限值包括扭矩限值、RPM限值、电流限值和功率限值中的至少一个。然后控制电动机，使得降低的操作限值不被超过。

从以下结合附图的描述中，本发明的各种其他特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

参考以下附图描述本公开。

图1是具有根据本公开的示例性电力船舶推进系统的海运船舶的示意图。

图2是根据本公开的另一示例性电力船舶推进系统的示意图。

图3是描述控制电力船舶推进系统的方法的示例性实施例的流程图。

图4A和图4B是示出了在两种不同控制方案中电动机消耗的电流和可用功率百分比的曲线图，其中图4B描绘了根据本公开利用降低的操作限值的控制执行。

图5A-5F描绘了提供对应于各种参数值的降低的操作限值的示例性表格。

具体实施方式

发明人已经认识到，现代船舶推进系统应该具有保护系统或“监护人”系统和保护方案，以防止和保护驱动单元在出现问题时免受破坏或立即发生灾难性故障。这种保护在船舶推进系统中尤其重要，因为船驾驶员可能远离海岸数英里，或者在典型的通信范围之外，因此失去推进会造成危险甚至危及生命的情况，在这种情况下，船驾驶员被困并且无法获得帮助。为内燃船舶推进系统开发的监护系统和功能不适用于电力推进系统，因为与电动机相比，内燃发动机的监测值、评估逻辑和控制机制非常不同。

鉴于上述问题和挑战，并且基于他们在相关领域的广泛实验和研究，发明人已经开发了所公开的用于电力船舶推进控制的系统和方法，其中电力船舶推进系统的一个或更多个参数被监测，并且基于所监测的参数确定一个或更多个降低的操作极值，以防止电力电动机和/或电力船舶推进系统的其他方面的短期灾难性故障。该系统被配置为使操作员能够至少继续海运船舶的低速推进，以便于它们返回安全。灾难性故障是指推进系统不再运行以推进海运船舶，比如沿着由操作员通过转向输入或由控制海运船舶方向的自动引导系统指示的方向推进海运船舶。短期灾难性故障是指推进系统运行的这种完全故障立即发生，或在几分钟内发生，或在操作员的当前操作阶段内发生。

在一个实施例中，该系统确定降低的操作限值，该操作限值被校准以使得推进系统能够继续操作，从而将海运船舶推进到岸边或操作员行程的起点，或者推进到通常存放海运船舶的目的地。在另一个实施例中，降低的操作限值可以被校准，以使得推进系统能够持续运行几英里或几个小时，从而使操作员在大多数划船应用中回到安全状态。在又一实施例中，降低的操作限值可以被校准，以使操作员能够在当前测量的条件下继续无限期使用推进系统。

在某些实施例中，降低的操作限值包括扭矩限值、RPM(转速)限值、电流限值、功率限值中的至少一个。扭矩限值限制了电动机4的输出扭矩。RPM限值限制了电动机4的转速，或者可替换地，限制了螺旋桨8的转速。电流限值限制了提供给电动机4的电流。功率限值限制了提供给电动机的总功率，其可以实现为电流限值和/或电压限值。类似地，在某些实施例中，除了功率限值或电流限值之外或作为对功率限值或电流限值的替代，降低的操作限值可以具体包括电压限值。

图1描绘了具有电力船舶推进系统2的海运船舶1的示例性实施例，该电力船舶推进系统被配置为沿着由操作员经由转向控制系统指示的方向或通过引导系统推进海运船舶，该引导系统被配置为自动控制海运船舶的转向以将船舶转向预定位置或全球位置。还参考图2，电力推进系统2包括具有电动机4的电力船舶驱动器3，该电动机被配置为通过旋转螺旋桨10来推进海运船舶1，以及电力储存系统16、控制系统11和用户接口系统35。电机4可以是例如无刷电动机，比如无刷直流电动机。在其他实施例中，电动机可以是直流有刷电动机、交流无刷电动机、直接驱动器、永磁同步电动机、感应电动机或任何其他将电力转换成旋转运动的装置。在某些实施例中，电动机4包括转子和定子，这在相关领域中是众所周知的。

电动机4电连接到电力储存装置16并由该电力储存装置供电。电力储存装置16存储用于给电动机4供电的能量，并且是可再充电的，比如当电动机4不使用时通过连接到岸电可再充电。各种电力储存装置和系统在相关领域中是已知的。电力储存装置16可以是包括一个或更多个电池或电池组的电池系统。在其他实施例中，电力储存装置16可以包括一个或更多个燃料电池、液流电池、超级电容器和/或能够储存和输出电能的其他装置。电力储存装置16可以进一步包括电池控制器20，该电池控制器被配置为监测和/或控制电力储存装置16的各个方面。例如，电池控制器20可以接收来自电力储存装置16内的一个或更多个传感器的输入，比如温度传感器21，其被配置为感测电力储存装置的壳体内的温度，一个或更多个电池或其他储存元件位于该壳体内。电池控制器20可以进一步被配置为从电力储存装置16内的电流传感器、电压传感器和/或其他传感器接收信息，比如接收关于电力储存装置16内的每个电池单元的电压、电流和温度的信息。除了电力储存装置的温度之外，电池控制器20可以被配置为计算电力储存装置16的充电状态、电力储存装置16的健康状态、电力储存装置的温度等。

电动机4可操作地连接到螺旋桨10，并被配置为旋转该螺旋桨10。如相关领域的普通技术人员所知，螺旋桨10可以包括一个或更多个螺旋桨、叶轮或其他推进器装置，术语“螺旋桨”可以用于指代所有这些装置。在某些实施例中，比如图1所示，电动机4可以被连接并构造成通过齿轮系统7或变速箱来旋转螺旋桨10。在这样的实施例中，齿轮系统7将电机输出轴5的旋转传递到螺旋桨轴8，以调节旋转的转换和/或将螺旋桨轴8与驱动轴5断开，这在本领域中有时被称为“空档”位置，在该位置，驱动轴5的旋转不传递到螺旋桨轴8。各种齿轮系统7或变速器在相关领域中是众所周知的。在其他实施例中，电动机4可以直接连接到螺旋桨轴8，使得驱动轴5的旋转以恒定且固定的比率直接传递到螺旋桨轴8。

每个电动机4可以与电机控制器14相关联，该电机控制器被配置为控制至电动机(比如其定子绕组)的电力。电机控制器14被配置为控制电动机4的功能和输出，比如控制由电机输出的扭矩、电机4的旋转速度以及提供给电机4并由该电机利用的输入电流、电压和功率。在一种布置中，电机控制器14控制经由引线15输送到定子绕组的电流，该引线向电动机输入电能以感应和控制转子的旋转。

传感器可以被配置为感测输送到电机4的功率，包括电流和电压。例如，电压传感器28可以被配置为感测电机4的输入电压，电流传感器29可以被配置为测量电机4的输入电流。因此，可以计算输送到电机4的功率，并且该值可以用于监测和控制电力推进系统2，包括用于监测和控制该电机4。在所描绘的示例中，电流传感器29和电压传感器28可以通信地连接到电机控制器14，以便提供供应给电机的电压和供应给电机的电流的测量值。电机控制器14被配置为提供适当的电流和/或电压，以满足控制电机4的需求。例如，可以在电机控制器14处从中央控制器12接收需求输入，比如基于在转舵输入装置(比如节流杆38)处的操作员需求。在某些实施例中，电机控制器14、电压传感器28和电流传感器29可以集成到电动机4的壳体中，在其他实施例中，电机控制器14可以被单独容纳。

各种其他传感器可以被配置为测量和报告电动机4的参数。例如，电动机4可以包括用于测量和/或确定扭矩、转速(电机速度)、电流、电压、温度、振动或任何其他参数的器件。在所描绘的示例中，电动机4包括被配置为感测电动机4的温度的温度传感器23、被配置为测量电动机4的转速的速度传感器24以及用于测量电动机4的输出扭矩的扭矩传感器25。加速度计32可以被配置为更一般地测量电机4或电驱动器3的振动。螺旋桨速度传感器26可以被配置为测量螺旋桨10的转速。例如，螺旋桨速度传感器26和/或电机速度传感器24可以是霍尔效应(Hall Effect)传感器或其他旋转传感器，比如使用电容或电感测量技术。在某些实施例中，可以基于其他测量的参数或特性来计算一个或更多个参数，比如速度、扭矩或功率。例如，扭矩可以基于例如与电动机的转速相关的功率特性来计算。

电力推进系统的各种参数用于检测异常并确定降低的操作限值，该操作限值适于使电力推进系统2能够继续运行，以防止电动机的短期灾难性故障，并使操作员能够至少继续海运船舶的低速推进，以便返回岸上或以其他方式达到安全。参数可以包括电动机的温度、电力储存装置内的温度、提供给电动机的电流量、提供给电动机的电压、电动机的转速、电动机提供的扭矩和螺旋桨10的转速中的一个或更多个。

如果监测的参数中的至少一个超过指示异常的阈值——例如，在为电力推进系统的正常操作建立的阈值范围之外——则计算降低的操作限值。在某些实施例中，降低的操作限值可以基于电力船舶推进系统的一个参数或基于电力船舶推进系统的更多个参数来计算或确定。例如，当被监测的多个参数中的一个超过指示异常的相应阈值时，即使所有这些参数都没有超过阈值，也可以基于多个参数中的两个或更多个来确定降低的操作限值。仅提供一个示例，如果电动机的温度超过指示电动机4的异常高温的温度阈值，在某些实施例中，可以基于测量的温度结合一个或更多个其他参数，比如基于温度和输入电流和/或温度和输出扭矩，来确定降低的操作限值。本文提供了降低的操作限值确定的各种示例。

降低的操作限值确定可以由控制系统11执行，比如由中央控制器12执行。电力推进系统2可包括多个控制器，所述多个控制器可通信地连接并配置为协作以提供控制本文所述的电力船舶推进系统的方法。例如，电机控制器14、电池控制器20和中央控制器12可以作为分布式控制系统11协作，以实现对本文所述的船舶推进系统的控制，从而不会超过降低的操作限值，并延迟或防止电动机的灾难性故障。鉴于本公开，本领域普通技术人员将理解，其他控制装置是可用的，并且本文描述的控制功能可以被组合到单个控制器中，或者被划分成通信连接的任意数量的多个分布式控制器。在某些实施例中，各种感测装置21、23-25、26和28-29可以被配置为与本地控制器通信，比如电机控制器14或电池控制器20，并且在其他实施例中，传感器21、23-25、26和28-29可以与中央控制器12通信，并且可以消除电机控制器14和/或电池控制器20中的一个或更多个。控制器12、14、20(和/或传感器)可以被配置为经由通信总线(比如CAN总线或LIN总线)或者通过控制器12、14、20之间的单个专用通信链路进行通信。

每个控制器可以包括处理器和存储装置或存储器，其被配置为存储用于控制和/或跟踪电力推进系统2的操作的软件和/或数据。存储器可以包括易失性和/或非易失性系统，并且可以包括在用于存储信息的任何方法或技术中实施的可移除和/或不可移除介质。存储介质可以包括非暂时性和/或暂时性存储介质，包括例如随机存取存储器、只读存储器或可用于存储信息并可由指令执行系统访问的任何其他媒介。输入/输出(I/O)系统提供控制系统11和外围装置之间的通信。

图2描绘了电力船舶推进系统2的另一个实施例。在所描绘的实施例中，电力船舶推进系统2包括外置船舶驱动器3，该驱动器具有容纳在其中的电动机4，比如容纳在外置船舶驱动器的整流罩50内。鉴于本公开，本领域普通技术人员将理解，船舶推进系统2可以包括其他类型的电力船舶驱动器，比如内置驱动器或船尾驱动器。电力船舶驱动器3由包括一组电池18的可扩展储存装置16供电。

中央控制器12在所描述的实施例中是推进控制模块(PCM)，其经由通信链路34，比如CAN总线，与电机控制器14通信。控制器还经由通信链路从用户接口系统35中的一个或更多个用户接口装置接收输入和/或与用户接口系统35中的一个或更多个用户接口装置通信，在一些实施例中，该通信链路可以是与用于控制器12、14、20之间的通信的通信链路相同的通信链路，或者可以是单独的通信链路。示例性实施例中的用户接口装置包括节流杆38和显示器40。在各种实施例中，显示器40可以是例如机载管理系统的一部分，比如威斯康星州的丰迪拉克(Fond du Lac,Wisconsin)的Mercury Marine的VesselViewTM。用户接口系统35也可以包括方向盘36，在一些实施例中，该方向盘也可以与控制器12通信，以实现对船舶驱动器3的转向控制，其是众所周知的，并且通常被称为线控转向装置。在所描绘的实施例中，方向盘36是手动转向装置，其中方向盘36连接到转向致动器，该转向致动器通过转向线缆37来转向船舶驱动器3。

图3描绘了控制电力船舶推进系统2的方法100的一个实施例，以在该系统2内异常检测的情况下实现减少的操作并防止灾难性故障。在步骤102测量电力推进系统的一个或更多个参数。如本文所述，可以测量电力推进系统的多个参数中的一个或更多个，比如电机温度、电池温度、供应给电动机的电流、供应给电动机的电压、电动机的转速、电动机的扭矩和螺旋桨的转速。在步骤104，被测量的一个或更多个参数中的每一个与指示正确操作的相应阈值范围进行比较。

每个参数的阈值都被校准，以考虑各种正常操作条件。因此，当一个或更多个参数测量值超过相应的阈值时，则表明电力船舶推进系统2的功能异常。然而，阈值充分小于或早于推进系统2中一个或更多个元件停止操作的故障阈值。例如，在所公开的控制系统中实施的阈值范围可以显著小于或出现在电动机4将关闭的任何误差阈值之前和/或在电力储存系统将断开以便停止向电动机4供应电力之前。因此，阈值可以被校准，以便在电机4或其他系统损坏发生之前及早检测到问题或异常，并且其中干预和降低操作，比如降低电流和/或速度，可以防止对系统2的进一步损坏或至少延迟灾难性故障。

一旦参数在为该参数设置的相关阈值范围之外，在步骤106检测到异常。然后在步骤108确定降低的操作限值。可以基于超过相应阈值的至少一个参数测量值来确定降低的操作限值，并且在一些实施例中，可以基于两个或更多个参数测量值来计算降低的操作限值。可以校准降低的操作限值，以防止相关参数值的进一步增加，或者以其他方式防止检测到的异常增加超过相关阈值。例如，可以校准或以其他方式确定降低的操作限值，以防止参数测量值和相关阈值之间的差值增加。

在某些实施例中，随着参数测量值和阈值之间的差值增加，降低的操作限值减小。因此，随着参数测量值进一步超出正常操作的界限，由降低的操作限值所施加的限制变得更加严格，并且进一步降低了电力推进系统的操作。例如，在降低的操作限值是扭矩限值、RPM限值、电流限值或功率限值之一的情况下，限值值随着参数测量值进一步超出正常范围而减小。在一个实施例中，通过访问查找表来确定降低的操作限值，该查找表提供对应于针对给定参数的各种可能值的降低的操作限值。本文提供了示例性查找表，其在各种实施例中可以基于一个或更多个参数测量值来提供降低的操作限值。

由于降低的操作限值是基于参数测量值而不是单一的固定值来确定的，因此限值可以被校准以允许操作员最大程度的推进权限和能力，同时仍然防止灾难性故障。因此，对于仅通过稍微降低电机输出即可以容易解决的轻微异常，比如允许电机通常能够承受的正常最大扭矩或RPM的90％，操作员可以在操作中仅经历微小的差异，并且可以被允许使船舶在水平面上前进或以其他方式正常操作船舶，除非避免最高速度操作。然而，在其他示例中，参数测量异常可能需要更严格的限制，比如电机内的电流限值被显著地和/或持续地超过。在这样的实施例中，只有非常低的速度和/或低扭矩操作可以被允许具有最低输出限值，这可以促进海运船舶向安全的方向移动。在这样的实施例中，降低的操作限值可以被校准以尽可能地最小化对电机的进一步损坏，以便尽可能长时间地延迟电机或推进系统2中的其他元件的灾难性故障。

然后在步骤110控制电动机4和/或其功率分配，使得不超过降低的操作限值。例如，可授予操作员推进权限，直至由降低的操作限值设定的相关限值。如上所述，这可以防止操作员以低于最大速度的特定速度正常操作海运船舶，并且在一些实施例中，甚至可以允许操作员使船舶在水平面上前进，从而更快地回家。

一旦实施，可以保持降低的操作限值，直到出现解锁条件。例如，根据超出的参数或检测到的异常，解锁条件可能不同。在各种示例中，解锁条件可以是将节流杆或其他操作员输入装置移动到空档或零速度位置。在其他实施例中，解锁条件可以是推进系统的动力循环，比如关闭推进系统然后再打开。在其他实施例中，解锁条件可以基于参数测量，比如在一段时间内将参数测量值保持在阈值以下或低于不同解锁阈值，该不同解锁阈值低于正常阈值。一旦在步骤112检测到解锁条件，则在步骤114可以将完全操作权限授予回用户。

在某些实施例中，该系统可以包括加速度计32以感测振动，比如由电机4引起的振动。过多的振动可能是电机内机械故障的迹象，比如轴承故障或螺旋桨堵塞。加速度计32被配置为例如测量振动的频率和幅度，比如以赫兹和米/秒平方(m/s²)为单位。在各种实施例中，振动的频率和/或幅度可以被利用，并且与一个或更多个阈值进行比较，以识别触发降低的操作限值的异常。在出现过多振动的实施例中，降低的操作限值可以采用RPM限值的形式来限制电动机的转速。

图4A和图4B描绘了输送到电动机的电流随时间的变化。在图4A和图4B的两种情形中也示出了相应的功率限值。图4A描绘了电动机过电流情况下的示例性电流和功率限值关系，其中没有施加降低的操作限值，并且电流随着时间增加并超过触发停止电动机操作的故障条件的阈值，比如通过触发消除电动机所有功率的断路器。线52表示电流随时间的变化，在时间点55处增加到40安培。在所示示例中，电机的额定电流设置为40安培。电流增加超过故障设定点，并在时间55处弹出断路器，从而导致可用功率变为零。线54表示授予操作员的可用功率限值或功率权限。100％的权限授予操作员以要求电机提供全部输出和功能，直到在触发故障的时间55处超过电流限值，此时可用功率变为零，并且电机不再运行。

图4B描绘了作为时间的函数的电流和功率限值，其中所公开的控制方法的实施例被利用，使得通过超过40安培断路器限值，在触发故障条件或故障点之前施加降低的操作限值。在图4B的示例中，电流随着时间增加，如线58所示，触发降低的操作限值中的顺序降低，其在这里作为功率限值进行了示例，以响应增加的电流。线56表示随着时间的推移输入到电机4的电流。在时间59，超过第一阈值，其中电流阈值小于40安培故障点。例如，第一阈值可以是37安培，其中一旦电流达到37安培，电动机的最大可用功率就受到限制。当电流在时间59处达到37安培阈值时，执行90％最大可用功率的降低的操作限值。

尽管90％可用功率的降低的操作限值，但电流继续上升，在点60处达到第二阈值38安培。一旦达到第二阈值，实施进一步的70％最大可用功率的降低的操作限值。因此，操作员对电机4所使用的功率量以及由此的电机输出的权限被限制在正常最大可用功率的70％。这降低了电机的可用电流。此70％的功率限值足以将输入电流保持在40安培的停机阈值以下，因此尽管输出降低，但电机4的继续运行和海运船舶的继续推进得以实现。因此，尽管异常运行，但限制功率会导致促进可持续的继续运行，并降低过电流条件造成的损害量。一旦电动机4的输入功率达到39安培的最大值，在时间61处执行70％可用功率的功率限值。

在时间62处，电流下降到39安培阈值以下。然而，70％的降低的操作限值被保持，因为这是能够降低电流的降低的操作限值。在某些实施例中，系统2可以被配置为使得一旦实施降低的操作限值，除非出现解锁条件，否则不会将完全推进权限返回给操作员。上文参考图3描述了示例性解锁条件。因此，当随着时间的推移操作限值可能会进一步降低时，除非发生解锁条件，否则操作限值不会增加以将权限授予回操作员。

图5A-5F描绘了示例性查找表，该查找表提供了对应于被监测的每个相应参数的潜在值范围内的各种参数值的降低的操作限值。虽然在附图中提供了某些示例，但是根据本公开，本领域的普通技术人员将理解，根据本公开，可以监测其他参数，并且基于监测的参数来施加降低的操作限值。

图5A示出了一个示例性表格，该表格提供了基于以摄氏度(℃)为单位的电机温度而索引的降低的操作限值。当电机太冷或太热时，会实施降低的操作限值。低温电机的降低的操作限值防止电机在太冷时受到损坏，从而导致润滑不良。高温电机的降低的操作限值可防止或限制过热。因此，关于电机温度，在该示例中，当电机温度超出(低于或高于)运行电机的正常温度范围时，实施功率限值。在所描述的示例中，正常工作温度范围(其中授予操作员操作电机的完全权限，使其至最大温度)在10℃和110℃之间。当电机温度低于10℃时，执行降低的操作限值。

在某些示例中，可以基于电机温度(或表中的任何参数)使用插值，以便基于该表计算降低的操作限值，在所示示例中，该表是作为电机4的最大额定功率的百分比的功率限值。因此，当电机温度在5℃和10℃之间时，计算的功率限值百分比在75％和100％之间。类似地，当电机温度在0℃和5℃之间时，计算的功率限值百分比为50％和75％之间，在这些值之间进行插值。当电机温度超过110℃时，会提供类似的步骤，此时会再次施加降低的操作限值，以防止电机过热损坏。当电机温度超过120℃时，会超过第二高温阈值，并进一步执行降低的操作限值。一旦电机温度达到130℃，就实现了10％输入功率限值的降低的操作限值，这大大降低了电动机4的输出和功能，但至少保持了一定程度的功能性，以便继续低速推进。

图5B举例说明了一个查找表，该查找表提供了与电机的输入电流相对应的降低的操作限值。该表对应于图4B中提供的示例，其中执行了降低的操作限值，以防止电流超过将使断路器跳闸的40安培阈值。一旦输入电流达到37安培，就会执行降低的操作限值。一旦电流接近40安培，将执行10％的最大降低的操作限值。超过40安培时，该系统将不会进一步减少运行，以进一步实现至少保持最小输出以尽可能长时间支持持续低速推进的目标。因此，在40安培故障阈值以上，降低的操作限值保持在10％。因此，所公开的方法不会停止推进输出，而仅根据需要限制操作，以尽可能长时间地至少延长低速推进。

图5C示出了提供与以摄氏度为单位的电池温度相对应的降低的操作限值的查找表。如上所述，在某些实施例中，电力储存装置16可以具有相关联的温度传感器21，以测量与电力储存装置16内的一个或更多个电池或其他储存元件相关联的温度。如果电池温度(比如由与任何电池相关联的任何温度传感器21测量的)超过指示高电池温度的温度阈值，则施加降低的操作限值。

随着电池温度的升高，降低的操作限值变得更加严格。因此，如同在此提供的所有示例，随着参数测量值逐渐偏离阈值或正常操作范围，降低的操作限值变得更加严格。因此，当参数测量值和阈值范围之间的差值增加时，降低的操作限值减小。在为正常操作范围定义高阈值和低阈值的示例中，差值可以是参数值和定义阈值范围的高阈值或低阈值中最接近的一个之间的幅度差值。因此，参考图5C中的电池温度示例，当电池温度参数超过90℃阈值时，降低的操作限值减小。在电池温度超过105℃，并且因此正在接近会有问题的温度阈值时，降低的操作限值将以增加的速率降低，使得一旦电池温度达到110℃，仅授予10％的功率限值权限。

图5D描绘了提供对应于电机输入电压的降低的操作限值的示例性表格，其中在电机的输入电压高于或低于正常电压范围(在所描绘的示例中为46-52V)的情况下施加降低的操作限值。例如，这将应用于比如图2所示的48V系统。当电机输入电压低于该正常范围，并且由此低于46V阈值时，就会出现欠电压情况，并施加输出限值限制，随着欠电压情况变得更加严重，该限值会越来越多地限制电机的功率限值。在该示例中，当电机电压达到31V的低电压或56V的高电压时，可以执行总的正常功率限值的10％的最大功率限值。当电机输入电压超出46至52V的正常范围，但在31至56V的范围内时，在欠电压或过电压情况下计算出10％至100％之间的功率限值。如上所述，基于电机输入电压参数测量值通过对表格值进行插值来计算这种降低的操作限值。

图5E描绘了对应于各种电机速度值的降低的功率限值，以防止超速和低速。在所描述的示例中，正常电机速度范围被定义为每分钟100到3000转(rpm)之间的转速。测量到的低于或高于该范围的任何旋转速度都被认为是异常运行的指示，并引起降低的操作限值，在该示例中，其也是功率限值，该功率限值将操作员的可用功率限制在正常操纵条件下电机4的最大额定可用功率的限定百分比内。

虽然这里的示例涉及功率限值，但是在其他实施例中，可以通过控制电机的一个或更多个其他参数来执行降低的操作限值，比如通过控制电机4的输出扭矩、通过控制电机的转速、或者通过具体限制电流而不是可用功率。

图5F描绘了一个示例，其中基于感测到的电机4的振动来限制电机的转速。例如，可以监测由加速度计32测量的振动幅度，以检测振动是否在预期范围内。高振动可能表示电机4或螺旋桨10内的机械异常。例如，可以将振动幅度测量为重力。在加速度超过正常阈值(这里示例为0.35g)的情况下，执行降低的操作限值以降低电机4的转速。随着振动幅度增加超过该阈值，降低的操作限值以增加的速率增加，以防止由机械问题导致的灾难性故障。当振动增加到超过0.70g(初始阈值的两倍)时，操作限值变得明显更严格。在1.05g及以上时，操作限值是10％RPM限值(意味着电机的最大允许RPM是正常操作条件下允许的正常最大转速限值的10％)。通过降低rpm，施加在船舶驱动器3上的机械应变降低，从而尽可能长时间地防止损坏和/或延长驱动器的运行。

降低的操作限值确定可以在例如中央控制器12处发生，并且被传送到电机控制器14以供执行。例如，降低的操作限值可以从中央控制器12经由CAN总线或通过一些其他通信链路传送到电机控制器14。如在图5A-5F所示的示例中所描述的，在这样的实施例中，中央控制器12可以存储一个或更多个查找表，比如本文所示的查找表，以提供基于参数值的降低的操作限值，并允许基于特定测量参数计算降低的操作限值。在某些实施例中，可以基于两个或更多个参数测量值来计算降低的操作限值。例如，可以提供基于两个参数值索引的提供降低的操作限值的查找表和二维表。因此，两个参数之间的相互影响可以在降低的操作限值计算中被充分考虑。类似地，三维表可以提供基于三个参数索引的降低的操作限值。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明。为了简洁、清楚和理解，使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，没有不必要的限制可从中推断出来，因为这些术语仅用于描述目的并且旨在被广泛地解释。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的特征或结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同特征或结构元素，则这些其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种控制被配置为推进海运船舶的电力船舶推进系统的方法，所述方法包括：

测量所述电力船舶推进系统的至少一个参数；

确定所述参数测量值指示所述电力船舶推进系统中的异常；

基于所述至少一个参数测量值来确定降低的操作限值，其中，所述降低的操作限值包括扭矩限值、rpm限值、电流限值和功率限值中的至少一个；并且

控制所述电力船舶推进系统中的电动机，使得不超过所述降低的操作限值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述至少一个参数测量值和阈值之间的差值增加时，所述降低的操作限值减小。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述降低的操作限值被校准以防止所述差值的增加。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述参数测量值指示所述电力船舶推进系统中的异常包括确定所述参数测量值超出阈值范围。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阈值范围和所述降低的操作限值被校准以防止所述电动机的短期灾难性故障，并使操作员能够继续至少低速推进海运船舶。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述降低的操作限值包括访问查找表，所述查找表提供与多个参数值相对应的降低的操作限值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括电机温度，并且其中，所述查找表提供与多个电机温度相对应的降低的操作限值。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括提供给所述电动机的输入电流，并且其中，所述查找表提供与多个电流量相对应的降低的操作限值。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括所述电动机的输入电压，并且其中，所述查找表提供与多个电压相对应的降低的操作限值。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括给所述电动机供电的电力储存装置的电池温度，并且其中，所述查找表提供与多个电池温度相对应的降低的操作限值。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括所述电动机的电机速度，并且其中，所述查找表提供与多个转速相对应的降低的操作限值。

12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个参数包括所述电动机的振动，并且其中，所述查找表提供与多个振动幅度相对应的降低的操作限值。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括测量所述电力船舶推进系统中的电动机的至少两个参数，并且基于至少两个参数测量值来确定降低的操作限值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定降低的操作限值包括访问查找表，所述查找表提供了基于所述至少两个参数中的每个参数的多个参数值来索引的降低的操作限值。

15.一种电力船舶推进系统，包括：

电动机，其驱动螺旋桨旋转并被配置为推进海运船舶；

电力储存装置，其被配置为给所述电动机供电；

至少一个传感器，其被配置为测量所述电力船舶推进系统的至少一个参数，其包括电机温度传感器，电池温度传感器、电流传感器、电压传感器、电机速度传感器和螺旋桨速度传感器中的至少一个，其中，电机温度传感器被配置为感测所述电动机的温度，电池温度传感器被配置为感测所述电力储存装置内的温度，电流传感器被配置为感测供应给所述电动机的输入电流，电压传感器被配置为感测供应给所述电动机的输入电压，电机速度传感器被配置为感测电动机的转速，螺旋桨速度传感器被配置为感测螺旋桨的转速；以及

控制系统，其被配置为：

确定所述电力船舶推进系统的至少一个参数在指示异常的阈值范围之外；

基于所述至少一个参数确定降低的操作限值，其中，所述降低的操作限值包括扭矩限值、rpm限值、电流限值和功率限值中的至少一个；和

控制所述电动机，使得不超过所述降低的操作限值。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，当所述至少一个参数和所述阈值范围之间的差值增加时，所述降低的操作限值减小。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述降低的操作限值被校准以防止所述差值的增加。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电动机包括转子和定子，所述定子具有定子绕组，并且进一步包括电机控制器，所述电机控制器被配置为控制至所述定子绕组的电力；

其中，所述控制系统被配置为基于所述至少一个参数确定所述定子绕组的功率限值，并且通过所述电机控制器控制至所述定子绕组的电力，使得不超过所述降低的操作限值。

19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为存储查找表，所述查找表提供了与多个参数值相对应的降低的操作限值，并且所述控制器基于所述至少一个参数利用所述查找表来确定所述降低的操作限值。

20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为确定所述电力船舶推进系统的至少两个参数指示异常，并且基于所述至少两个参数来确定所述降低的操作限值。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为存储查找表，所述查找表提供了基于所述至少两个参数中的每个参数的多个参数值来索引的降低的操作限值，并且所述控制器基于所述至少两个参数利用所述查找表来确定所述降低的操作限值。

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