CN114889791A - 一种用于增程式能源系统的控制方法、系统及新能源船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于增程式能源系统的控制方法、系统及新能源船舶，控制方法包括：获取负载的需求功率，根据需求功率获取氢燃料电池的输出功率、电池组的放电输出功率；获取氢气消耗量，根据氢气消耗量，制氢单元生成氢气；氢气输入氢燃料电池，氢燃料电池输出输出功率。本发明提出的控制方式适用于船舶的动力控制，根据负载的需求功率对氢燃料电池和锂电池进行功率分配，使船舶在满足动力需求的同时，可以延长氢燃料电池和电池组的使用时长，同时，氢燃料电池工作时所需的氢气通过实时制备获取，因此可以大大提高氢燃料电池的使用时长，从而有效的提高船舶的行驶里程。

Description

一种用于增程式能源系统的控制方法、系统及新能源船舶
技术领域
本发明实施例涉及增程控制技术，尤其涉及一种用于增程式能源系统的控制方法、系统及新能源船舶。
背景技术
目前，船舶主要配置传统内燃机，通过内燃机消耗化石燃料来获得动力来源，但消耗化石燃料会造成污染较大。风能、光能、电能等新能源逐渐开始替代传统的能量。
目前，新能源船舶多数以电池储能和负载电机集成获得动力来源，但新能源船舶上配置的电池管理系统还比较传统，新能源船舶对动力的依赖性强，对电池系统的安全性和双冗余性要求比较严格，现有技术中，新能源船舶的电池管理系统及动力系统无法满足长续航需求。
发明内容
本发明提供一种用于增程式能源系统的控制方法、系统及新能源船舶，以达到提高船舶续航里程的目的。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于增程式能源系统的控制方法，所述增程式能源系统包括制氢单元、氢燃料电池和电池组，包括：
获取负载的需求功率，根据所述需求功率获取所述氢燃料电池的输出功率、所述电池组的放电输出功率；
获取氢气消耗量，根据所述氢气消耗量，所述制氢单元生成氢气；
所述氢气输入所述氢燃料电池，所述氢燃料电池输出所述输出功率。
可选的，生成所述氢气包括：根据所述氢气消耗量确定反应溶液的需求量，所述反应溶液的需求量用于使氢气的存储量维持在设定的范围内。
可选的，生成所述氢气还包括：控制所述反应溶液按照指定的流量流入氢气反应容器中；
当流入所述氢气反应容器的所述反应溶液达到所述反应溶液的需求量时，控制所述反应溶液停止流入所述氢气反应容器。
可选的，控制生成所述氢气还包括：
获取所述氢气反应容器内的压力，若所述氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则控制所述氢气反应容器泄压，使所述反应容器内的压力小于所述反应压力阈值。
可选的，控制生成所述氢气还包括：
控制干燥所述氢气，使所述氢气的温湿度处于设定的温湿度范围内。
可选的，若所述负载的需求功率小于所述氢燃料电池的额定功率，则控制所述氢燃料电池提供所述负载的需求功率；
若所述负载的需求功率小于或等于所述氢燃料电池的额定功率与所述电池组的额定放电功率的和，所述电池组的荷电状态大于放电阈值，则控制所述氢燃料电池以及所述电池组提供所述负载的需求功率；
若所述负载的需求功率大于所述氢燃料电池的额定功率与所述电池组的额定放电功率的和，则控制减小所述负载的需求功率。
可选的，若所述电池组的电量小于充电电量阈值，所述负载的需求功率小于所述氢燃料电池的额定功率，则控制所述氢燃料电池为所述电池组充电。
可选的，获取氢气存储容器内的压力，根据所述氢气存储容器内的压力确定所述氢气消耗量。
第二方面，本发明实施例还提供了一种增程式能源系统，包括能量管理单元、氢燃料电池、电池组以及制氢单元；
所述能量管理单元用于：获取负载的需求功率，根据所述需求功率获取氢燃料电池的输出功率、电池组的放电输出功率；
所述制氢单元用于：获取氢气消耗量，根据所述氢气消耗量，控制生成氢气；
所述氢气输入所述氢燃料电池，所述氢燃料电池输出所述输出功率。
可选的，所述制氢单元包括制氢控制器、氢气反应容器；
所述制氢控制器用于：根据所述氢气消耗量确定反应溶液的需求量，使所述反应溶液按照指定的流量流入所述氢气反应容器中；
当流入所述氢气反应容器的所述反应溶液达到所述需求量时，控制所述反应溶液停止流入所述氢气反应容器。
可选的，所述制氢单元还包括补水控制器、水泵，所述补水控制器分别与蓄水池、所述水泵相连接；
所述补水控制器用于：获取反应溶液的存储量，当所述反应溶液的存储量小于存储阈值时，控制所述水泵启动，向所述蓄水池补充所述反应溶液。
可选的，所述制氢单元还包括压力传感器、泄放阀，所述压力传感器、泄放阀分别与所述氢气反应容器相连接；
所述压力传感器用于，获取所述氢气反应容器内的压力；
所述泄放阀用于，若所述氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则使所述氢气反应容器泄压。
第三方面，本发明实施例还提供了一种新能源船舶，配置有本发明实施例记载的增程式能源系统，还包括船用推进器，所述增程式能源系统用于给所述船用推进器供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出一种用于增程式能源系统的控制方法，适用于船舶的动力控制，为达到增程的目的，根据负载的需求功率对氢燃料电池和锂电池进行功率分配，当氢燃料电池的额定功率可以满足负载需求时控制氢燃料电池为负载供能，当氢燃料电池的额定功率不能满足负载需求时控制氢燃料电池和锂电池为负载供能，当氢燃料电池以及锂电池的额定功率不能满足负载需求时，控制降低负载的需求功率。
同时，氢燃料电池工作时所需的氢气通过实时制备获取，因此可以大大提高氢燃料电池的使用时长，进一步的提高船舶的行驶里程。
附图说明
图1是实施例中的制氢控制方法流程图；
图2是实施例中的另一种制氢控制方法流程图；
图3是实施例中的增程式能源系统结构示意图；
图4是实施例中的另一种增程式能源系统结构示意图；
图5是实施例中的制氢单元结构示意图；
图6是实施例中的另一种制氢单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实施例提出一种用于增程式能源系统的控制方法，其适用于包含氢燃料电池和电池组的混合动力船舶。
本实施例中，控制方法包括：确定需求功率，根据需求功率确定氢燃料电池的输出功率，电池组的放电输出功率。
示例性的，本实施例中，电池组选用锂电池组，锂电池组可以为磷酸铁锂电池组、三元锂电池组等。
示例性的，在一种可实施方案中，配置氢燃料电池作为主动力源，配置电池组作为辅助动力源，根据需求功率确定氢燃料电池的输出功率、电池组的放电输出功率包括：
若需求功率小于氢燃料电池的额定功率或者需求功率未超过氢燃料电池的最大输出功率(即负载的需求功率小于氢燃料电池的额定功率)，则仅控制氢燃料电池为负载提供所需的功率，控制电池组处于闲置状态。
例如，设定氢燃料电池的额定功率为1A KW，最小输出功率为0.2A KW，最大输出功率为1.1A KW，则若需求功率为0.2A KW～1.1A KW，则仅控制氢燃料电池为负载提供所需的功率，此时，氢燃料电池输出的输出功率即为需求功率，电池组的放电输出功率为0。
若需求功率小于氢燃料电池的最小输出功率，则仅控制氢燃料电池输出最小输出功率；若需求功率小于氢燃料电池的额定功率，且电池组不为满电状态 (或电池组的电量小于充电电量阈值)，则控制氢燃料电池输出的多余功率为电池组充电。
例如，则若需求功率小于0.2A KW，为0.1A KW，则控制氢燃料电池的输出功率为0AKW，电池组的放电输出功率为0.1A KW。若电池组不为满电状态，若电池剩余电量低于一定阈值，则启动氢燃料电池以一定功率为电池组充电，优选的该功率大于0.1A KW。
若需求功率大于氢燃料电池的最大输出功率，且小于氢燃料电池额定功率 (或者最大输出功率)与电池组的额定功率(或者最大输出功率)的和，则控制氢燃料电池输出额定功率，控制电池组补充需求功率与氢燃料电池额定功率的差额(即控制氢燃料电池以及电池组提供负载的需求功率)。
示例性的，控制电池组放电前，还需要判断电池组的荷电状态是否大于放电阈值，若大于放电阈值则可以控制电池组放电，否则不能控制电池组放电，此时，可以控制减小负载的需求功率。
例如，设定电池组的额定功率为0.5A KW，需求功率大于1.1A KW，为1.3A KW，则控制氢燃料电池的输出功率为1A KW，控制电池组的放电输出功率为 0.3A KW。
若需求功率大于氢燃料电池额定功率(或者最大输出功率)与电池组的额定功率(或者最大输出功率)的和，则控制氢燃料电池输出额定功率，控制电池组输出额定功率。
例如，需求功率大于1.5A KW，为2A KW，则控制氢燃料电池的输出功率为1A KW，控制电池组的放电输出功率为0.5A KW。
可选的，需求功率大于1.5A KW，为2A KW，也可以控制氢燃料电池的输出功率为1.1A KW，控制电池组的放电输出功率为0.5A KW。
示例性的，当电池组的放电输出功率不为0时，监控电池组的电压，若电池组的电压达到放电截止电压，则控制电池组停止向负载提供功率。
示例性的，当负载的需求功率大于氢燃料电池的额定功率与电池组的额定放电功率的和时(即当氢燃料电池以及电池组不能提供负载所需的需求功率时)，也可以控制降低负载的需求功率。
示例性的，氢燃料电池以及电池组不能提供负载所需的功率的情况包括：氢燃料电池和电池组同时为负载提供功率时，电池组电压由于达到截止电压停止向负载提供功率；需求功率大于氢燃料电池额定功率与电池组的额定功率的和。
示例性的，控制降低需求功率的方式可以为：控制指定的与船舶动力系统无关的负载(例如灯、空调等设备)停止工作。
示例性的，本实施例中，可以获取负载电流，根据负载电流确定负载的需求功率，或根据需上电的各个负载的额定功率计算负载的需求功率。
示例性的，本实施例中，通过控制氢燃料电池中参与反应的氢气质量流量和氧气(空气)质量流量控制氢燃料电池的输出功率的数值。其中，参与反应的氢气质量流量、氧气(空气)质量流量与输出功率的关系可以根据标定试验确定。
本实施例中，控制氢燃料电池中参与反应的氢气质量流量、氧气(空气) 质量流量的方式与现有技术相同，其具体过程不再详细阐述。
本实施例中，船舶配置有制氢单元，制氢单元用于制造氢燃料电池反应所需的氢气。
具体的，本实施例中，氢燃料电池工作时，获取氢气消耗量，当氢气消耗量大于设定值时，控制生成氢气，使氢气的存储量维持在设定的范围内。
图1是实施例中的制氢控制方法流程图，参考图1，在一种可实施方案中，制氢控制方法包括：
S101.获取氢气消耗量，判断氢气消耗量是否大于设定值。
示例性的，本方案中，可以通过质量流量传感器测量氢气被消耗时的质量流量，通过对质量流量的积分确定氢气消耗量；
或者，获取需求功率，根据需求功率获取氢燃料电池的输出功率，根据氢燃料电池的输出功率，获取氢气消耗量；
或者，获取氢气存储容器内的压力，根据氢气存储容器内的压力与存储压力阈值的差值确定氢气消耗量。
示例性的，本实施例中，氢气存储容器用于存储氢气(包括原始存储的氢气以及通过氢气反应容器新生成的氢气)。
S102.当氢气消耗量大于设定值时，根据氢气消耗量确定反应溶液的需求量。
示例性的，本实施例中，设定值为一预设值，其可以用于表示氢气被消耗时对应的质量流量阈值、压力差阈值等，可以根据实际需求自由设定其数值。
示例性的，作为一种可选方案，本步骤也可以为：
当氢气消耗量大于消耗量阈值时，根据氢气消耗量确定反应溶液的需求量。
示例性的，上述方案中，可以通过如下方式确定氢气消耗量是否大于消耗量阈值：
获取氢气存储容器内的压力，判断氢气存储容器内的压力是否小于存储压力阈值，若小于存储压力阈值，则判定氢气消耗量大于消耗量阈值。
示例性的，上述方案中，可以确定氢气存储容器内的压力与氢气质量流量的对应的关系，通过氢气存储容器存储满氢气时对应的第一氢气质量流量以及当前压力对应的第二氢气质量流量确定氢气消耗量。
示例性的，作为一种可选方案，本步骤也可以为：
当氢气的存储量小于存储量阈值时，根据氢气消耗量确定反应溶液的需求量。
示例性的，上述方案中，可以通过当前氢气的存储量以及存满氢气时的存储量确定氢气消耗量。
示例性的，本方案中，通过水解活性金属的方式制氢，活性金属可以为Mg、 AI、LiH、NaH、CaH2等。
为减小制氢过程的可控难度，在一种可实施方案中，通过水解镁基材料的方式制氢，其中，镁基材料可以为Mg、MgH2等。
示例性的，水解镁基材料的原理为：
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2↑
或者为：
MgH2+2H2O→Mg(OH)2+2H2↑
示例性的，本方案中，反应溶液为船舶行驶区域的水，基于上述制氢原理，根据氢气消耗量确定反应溶液的需求量具体为：
在选定镁基材料的情况下，确定氢气消耗量(质量)，根据氢气消耗量确定与选定镁基材料反应后能产生与消耗量等量氢气的，水的需求量(质量)，即使氢气存储容器内存储的氢气维持在设定的范围内。
示例性的，通过将氢气维持在设定的范围内，可以避免出现氢气存储容器内的压力过高导致出现设备故障，或者氢气存储量过低，而导致不能为燃料电池稳定供氢的问题。
示例性的，上述过程中，水的使用质量和产生氢气质量的关系可以通过经验或者标定试验确定。
S103.控制反应溶液按照指定的流量流入氢气反应容器中。
示例性的，本方案中，氢气反应容器中设置有镁基材料，水和镁基材料在氢气反应容器中进行化学反应，以生成氢气。
示例性的，本方案中，指定的流量用于控制氢气的生成速率，使氢气的生成速率可以匹配氢燃料电池的反应需要。
S104.当流入氢气反应容器的反应溶液达到需求量时，控制反应溶液停止流入氢气反应容器。
示例性的，本方案中，用于与镁基材料反应的水存储在一蓄水池中，在控制水流入氢气反应容器的过程中，监测蓄水池中水的存储量。
可选的，当存储量小于存储阈值时，向蓄水池中补充水，使水的存储量处于设定的存储范围内。
示例性的，上述向蓄水池中补充水的方式可以为：控制水泵工作，将海中的水泵入蓄水池中。
本实施例提出一种用于增程式能源系统的控制方法，适用于船舶的动力控制，为达到增程的目的，根据负载的需求功率对氢燃料电池和锂电池进行功率分配，当氢燃料电池的额定功率可以满足负载需求时控制氢燃料电池为负载供能，当氢燃料电池的额定功率不能满足负载需求时控制氢燃料电池和锂电池为负载供能，当氢燃料电池以及锂电池的额定功率不能满足负载需求时，控制降低负载的需求功率。
同时，氢燃料电池工作时所需的氢气通过实时制备获取，因此可以大大提高氢燃料电池的使用时长，进一步的提高船舶的行驶里程。
图2是实施例中的另一种制氢控制方法流程图，参考图2，在一种可实施方案中，制氢控制方法包括：
S201.获取氢气存储容器内的压力，根据氢气存储容器内的压力与存储压力阈值的差值确定氢气消耗量。
示例性的，本方案中，氢气存储容器用于存储通过水解镁基材料生成的氢气，氢燃料电池工作时，从氢气存储容器中获取氢气。
示例性的，本方案中，周期性的获取氢气存储容器的压力，计算当前时刻获取的氢气存储容器的压力与存储压力阈值的差值，将该差值转换为氢气的质量，进而确定氢气消耗量。
示例性的，本方案中，对利用压力的差值确定对应的氢气的质量的方式不做具体限定，其对应关系可以通过经验或者标定试验确定。
S202.当氢气消耗量大于设定值时，根据氢气消耗量确定反应溶液的需求量。
示例性的，本步骤的实现方式与步骤S102中记载的内容相同。
S203.控制反应溶液按照指定的流量流入氢气反应容器中。
示例性的，本步骤的实现方式与步骤S103中记载的内容相同。
S204.获取氢气反应容器内的压力，若氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则控制氢气反应容器泄压。
示例性的，本方案中，氢气反应容器内生成的氢气可以输出至氢气存储容器中，但氢气反应容器并不始终与氢气存储容器连通。
例如，为使氢气反应容器能依靠其与氢气存储容器之间的压力差将氢气输出至氢气存储容器中，设定制氢反应开始时的一定时间内，氢气反应容器不与氢气存储容器连通，经过一定时间后，再控制氢气反应容器与氢气存储容器连通。
本步骤中，在氢气反应容器不与氢气存储容器连通时，判断氢气反应容器内的压力是否大于反应压力阈值，若氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则控制氢气反应容器泄压。
示例性的，本步骤为一可选步骤，当氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值时，通过控制氢气反应容器泄压可以避免出现安全事故。
S205.当流入氢气反应容器的反应溶液达到需求量时，控制反应溶液停止流入氢气反应容器。
示例性的，本步骤的实现方式与步骤S104中记载的内容相同。
S206.控制干燥氢气存储容器输出的氢气，使从氢气存储容器输出的氢气的温湿度处于设定的温湿度范围内。
示例性的，利用水解镁基材料产生氢气时会产生大量热量，进而导致进入氢气存储容器内的氢气中会含有水蒸气；
当氢气中含有水蒸气时，在质量流量相同的情况下，氢燃料电池中实际参与反应的氢气与氢燃料电池输出指定功率时所需的氢气存在差异，进而导致氢燃料电池不能准确输出指定的功率。
为使燃料电池可以准确的输出指定的功率，本方案中，在将氢气输入至氢燃料电池前，对氢气进行干燥处理，当氢气的温湿度处于设定的温湿度范围内后，再将氢气输入至氢燃料电池内。
示例性的，本步骤为一可选步骤，通过控制输出的氢气的温湿度处于设定的温湿度范围内，可以提高氢燃料电池的反应稳定性以及使用安全性。
在图1所示方案有益效果的基础上，本方案中，对制氢过程进行实时监控，当制氢过程中出现不安全因素(例如氢气反应容器内的压力过高时)时，控制制氢过程停止，提高了制氢的安全性和稳定性。
实施例二
图3是实施例中的增程式能源系统结构示意图，参考图3，增程式能源系统包括氢燃料电池100、电池组200、能量管理单元300、制氢单元400。
能量管理单元300分别与氢燃料电池100、电池组200相连接，能量管理单元300用于确定需求功率，根据需求功率确定氢燃料电池100的输出功率，电池组200的放电输出功率。
示例性的，图3所示的方案中，可以配置能量管理单元300根据氢燃料电池的输出功率，获取氢气消耗量。
示例性的，可以配置制氢单元400与能量管理单元300以及氢燃料电池100 相连接，制氢单元400用于氢燃料电池100工作时，通过能量管理单元300获取氢气消耗量，根据氢气消耗量，控制生成氢气(包括当氢气消耗量大于设定值时，控制生成氢气，使氢气的存储量维持在设定的范围内)。
图3所示的方案中，能量管理单元300根据需求功能确定氢燃料电池100 的输出功率以及电池组200的放电输出功率的方式与实施例一中记载的内容相同。
图4是实施例中的另一种增程式能源系统结构示意图，参考图4，在图3 所示方案的基础上，在一种可实施方案中，增程式能源系统包括氢燃料电池100、 DCDC单元101、锂电池堆201、电池管理单元202、能量管理单元300、制氢单元400。
图4所示的方案中，DCDC单元101用于氢燃料电池100输出电压的转换 (升压或降压)和稳压。
锂电池堆201用于输出放电输出功率，电池管理单元202用于锂电池堆201 的状态监测(例如判断锂电池堆201是否处于满电状态、是否放电至截止电压等)以及能量管理(例如当锂电池堆201的电压达到放电截止电压时，控制锂电池堆201停止放电，当锂电池堆201达到满电状态时，控制停止向锂电池堆 201充电)。
能量管理单元300主要用于接收负载需求，根据负载需求确定需求功率，根据需求功能确定氢燃料电池100的输出功率以及电池组200的放电输出功率；
与电池管理单元202通信交互，根据需求功率以及电池管理单元202发送的锂电池堆201的状态确定锂电池堆201是否接入或从电网中断开、确定锂电池堆201是否应置于充电状态；
判断混合动力源是否能提供负载所需的功率，若混合动力源不能提供负载所需的功率时，控制降低需求功率。
图5是实施例中的制氢单元结构示意图，参考图5，在图3所示方案的基础上，作为一种可实施方案，制氢单元包括：制氢控制器41、氢气反应容器42、质量流量传感器43、阀组44、补水控制器45、蓄水池46、水泵47。
水泵47与蓄水池46相连接，蓄水池46通过阀组44与氢气反应容器42相连接、氢气反应容器42与氢气燃料电池100相连接，氢气反应容器42的出口设置有质量流量传感器43；
制氢控制器41分别与阀组44以及质量流量传感器43相连接，补水控制器 45分别与蓄水池46以及水泵47相连接。
示例性的，本实施例中，通过水解镁基材料的方式制氢，其中，镁基材料可以为Mg、MgH2等，镁基材料设置在氢气反应容器42中，设计镁基材料的形状及设置时，应考虑如何减小水解过程中产生的反应产物覆盖在镁基材料表面而阻碍进一步的化学反应的问题。
本方案中，直接通过制氢单元获取氢气消耗量，结合图5，制氢单元的工作方式为：
制氢控制器41通过质量流量传感器43获取氢气消耗量，判断氢气消耗量是否大于设定值，当氢气消耗量大于设定值时，制氢控制器41根据氢气消耗量确定水的需求量。
当氢气消耗量大于设定值时，制氢控制器41控制阀组44打开，控制水按照指定的流量流入氢气反应容器42中。
制氢控制器41判断流入氢气反应容器42的水是否达到需求量，当流入氢气反应容器42的水达到需求量时，制氢控制器41控制阀组44关闭，控制水停止流入氢气反应容器42。
补水控制器45判断蓄水池46中的水存储量是否小于存储阈值，若是，则补水控制器45控制水泵47工作，将海中的水泵入蓄水池46中，当蓄水池46 中的水存储量处于设定的存储范围内时，补水控制器45控制水泵47停止工作。
示例性的，制氢控制器41可以为一PLC控制器，制氢控制器41可以通过控制阀组44的开度以控制水流入氢气反应容器42的流量；制氢控制器41可以根据水流入氢气反应容器42的流量以及时长确定流入氢气反应容器42的水是否达到需求量。
示例性的，补水控制器45可以为一PLC控制器，补水控制器45可以配置浮子开关，浮子开关包括浮球，浮球设置在蓄水池46中，补水控制器45中可以预先设定三个状态水位分别为低位、高位、高高位。
当水位处于低位时，补水控制器45延时设定时长(例如30ms)后通过浮子开关控制水泵47工作；当水位处于高位时，补水控制器45延时设定时长后通过浮子开关控制水泵47停止工作；当水位处于高高位时，补水控制器45立即控制水泵47停止工作。
示例性的，上述设置高高位的目的在于：防止浮子开关发生故障而导致蓄水池46中存储的水过量的问题。
图6是实施例中的另一种制氢单元结构示意图，参考图6，在图5所示方案的基础上，作为一种优选方案，制氢单元包括：补水控制器45、浮子开关411、压力传感器P1、电磁阀1、过滤器414、蓄水池46、水泵47。
水泵47配置有过滤器414，水泵47与蓄水池46相连接，蓄水池46内设置有压力传感器P1，蓄水池46内还设置有浮球；
补水控制器45与压力传感器P1相连接，补水控制器45通过浮子开关411 与浮球相连接，补水控制器45通过电磁阀1与水泵47相连接。
示例性的，过滤器414用于水的过滤，通过过滤器414可以有效地将大于水分子等级的固体杂质、微生物及其大分子溶液等过滤掉。
示例性的，补水控制器45中预先设定三个状态水位分别为低位、高位、高高位，补水控制器45的控制过程包括：
当水位处于低位时，浮子开关411里面的磁铁产生的磁力吸合浮子开关411 中第一位置的拨片，补水控制器45延时设定时长(例如30ms)后控制电磁阀1 闭合，电磁阀1闭合后水泵47得电工作；
当水位处于高位时，浮子开关411里面的磁铁产生的磁力吸合浮子开关411 中第二位置的拨片，补水控制器45延时设定时长(例如30ms)后控制电磁阀1 打开，电磁阀1打开后水泵47失电停止工作；
当水位处于高高位时，补水控制器45立即控制电磁阀1打开使水泵47停止工作。
压力传感器P1用于测量蓄水池46内的水压，补水控制器45获取到该水压测量值后，将水压测量值发送给能量管理单元300，能量管理单元300判断水压测量值大于设定值后，切断补水控制器45的供电电源，此时电磁阀1处于常开状态。
基于压力传感器P1，可以避免补水控制器45对电磁阀1控制失效时，由于不能有效控制水泵47停止工作而导致蓄水池46中存储的水过量的问题。
参考图6，制氢单元还包括：氢气反应容器42、氢气存储容器429、干燥装置431、制氢控制器41以及干燥控制器417。
氢气反应容器42配置有机械安全阀1、爆破片423、电控泄放阀424、温度传感器T1、压力传感器P3。
氢气存储容器429配置有机械安全阀2、温度传感器T2、压力传感器P4。
干燥装置431配置有湿度传感器430。
蓄水池46通过机械调压调速阀415、电池阀2与氢气反应容器42相连接，氢气反应容器42与氢气存储容器429相连接，氢气存储容器429与干燥装置 431相连接，干燥装置431通过电磁阀4、手动旁通阀433与减压阀434相连接，干燥装置431用于向氢燃料电池输出氢气。
其中，电磁阀2与氢气反应容器42之间的管路上还设置有压力传感器P2、流量传感器419；氢气反应容器42与氢气存储容器429之间的管路上还设置有电磁阀3。
制氢控制器41分别与电磁阀2、压力传感器P2、流量传感器419、压力传感器P3、温度传感器T1、电控泄放阀相424连接。
干燥控制器417分别与电磁阀3、温度传感器T2、压力传感器P4、湿度传感器430、电磁阀4相连接。
示例性的，本方案中，制氢控制过程包括：
干燥控制器417接收压力传感器P4测量的氢气存储容器429内的压力，干燥控制器417将压力传感器P4测量的压力发送给能量管理单元300，能量管理单元300根据压力传感器P4测量的压力与存储压力阈值的差值确定氢气消耗量；
当氢气消耗量大于设定值时，能量管理单元300根据氢气消耗量确定水的需求量，能量管理单元300向制氢控制器41发送控制指令，使制氢控制器41 控制电磁阀2打开。
示例性的当电磁阀2打开时，水从蓄水池46中按照指定的流量流入氢气反应容器42内。
示例性的，通过人工调整机械调压调速阀415，可以使通过机械调压调速阀415的水具有设定的流速和压力，本方案中，通过机械调压调速阀415实现对流入氢气反应容器42内的水的流量控制。
在水流入氢气反应容器42的过程中，制氢控制器41接收压力传感器P2测量的管路内水的压力，制氢控制器41将压力传感器P2测量的压力发送给能量管理单元300；
能量管理单元300根据压力传感器P2测量的压力判断管路内水的压力是否超过设定的阈值，当是时，能量管理单元300向制氢控制器41发送控制指令，使制氢控制器41控制电磁阀2闭合，同时能量管理单元300进行声光报警，提示维修。
当压力传感器P2测量的压力处于正常的范围内时，制氢控制器41接收流量传感器419测量的流量值，制氢控制器41将流量传感器419的测量值发送给能量管理单元300；
能量管理单元300根据流量传感器419的测量值判断流入氢气反应容器42 的水是否达到需求量，当达到需求量时，能量管理单元300向制氢控制器41发送控制指令，使制氢控制器41控制电磁阀2闭合。
本方案中，在氢气反应容器42中发生水解反应生成氢气的过程中，干燥控制器417通过控制电磁阀3的开闭使氢气反应容器42中的氢气分批的进入氢气存储容器429中，具体包括：
当制氢反应开始时，若制氢单元无异常，则能量管理单元300经过设定的延时时间(例如45S)后向干燥控制器417发送控制指令，使干燥控制器417 控制电磁阀3打开，此时，基于氢气反应容器42与氢气存储容器429之间的压力差，氢气自动从氢气反应容器42流向氢气存储容器429。
在制氢的过程中，制氢控制器41接收压力传感器P3测量的氢气反应容器 42内的压力，并将压力传感器P3的测量值发送给能量管理单元300，干燥控制器417接收压力传感器P4测量的氢气存储容器429内的压力，并将压力传感器 P4的测量值发送给能量管理单元300；
能量管理单元300根据压力传感器P3的测量值以及压力传感器P4的测量值判断氢气反应容器42与氢气存储容器429的压力是否相同，当相同时，能量管理单元300向干燥控制器417发送控制指令，使干燥控制器417控制电磁阀 3闭合；
在制氢的过程中且电磁阀3闭合时，能量管理单元300根据压力传感器P3 的测量值以及压力传感器P4的测量值判断氢气反应容器42与氢气存储容器429 的压力差是否达到设定值，当是时，能量管理单元300向干燥控制器417发送控制指令，使干燥控制器417控制电磁阀3打开。
在制氢的过程中且电磁阀3闭合时，能量管理单元300还根据压力传感器 P3的测量值判断氢气反应容器42内的压力是否超过设定值，当是时，能量管理单元300向制氢控制器41发送控制指令，使制氢控制器41控制电控泄放阀 424打开，以使氢气反应容器42内的压力降低至安全的范围内。
本方案中，为避免电控泄放阀424失效导致氢气反应容器42由于压力过大发生爆炸，在配置电控泄放阀424的同时还额外配置机械安全阀1以及爆破片 423。
示例性的，机械安全阀1的额定阈值大于或等于电控泄放阀424的额定阈值。
在制氢的过程中，制氢控制器41接收温度传感器T1测量的氢气反应容器 42内的温度，并将温度传感器T1的测量值发送给能量管理单元300，其中，温度传感器T1的测量值用于当需要辅助人工手动操作制氢单元时，作为进行人工操作的依据。
本方案中，机械安全阀2用于避免氢气存储容器429由于压力过大而发生爆炸。
本方案中，在氢气输出至氢燃料电池前，还对氢气进行干燥处理，具体包括：
干燥控制器417接收并向能量管理单元300发送湿度传感器430测量的干燥装置431内氢气的湿度值，当氢气的湿度值处于设定的范围内时，能量管理单元300向干燥控制器417发送控制指令，使干燥控制器417控制电磁阀4打开，否则，干燥控制器417控制电磁阀4闭合，以使氢气在不断在干燥装置431 内循环干燥。
本方案中，干燥控制器417接收并向能量管理单元300发送温度传感器T2 测量的氢气存储容器429内氢气的温度值，能量管理单元300比较温度传感器 T2和环境温度，该比较结果用于判断干燥装置的冷却效果，当冷却效果不好时，可以人工调节干燥装置进出口压力或者补充冷剂。
本方案中，手动旁通阀433用于在应急情况(例如电磁阀4损坏、湿度传感器430故障等)下使氢气可以输出至氢燃料电池。
本实施例提出的增程式能源系统配置能量管理单元、氢燃料电池和锂电池组，基于能量管理单元和能源分配策略，能量管理单元可以控制氢燃料电池和锂电池组并联运行，以及协调氢燃料电池和锂电池根据船舶运行工况自动切入切出，从而满足船舶的动力需求。
此外，氢燃料电池包括制氢单元，基于能量管理单元和制氢单元，可以实现自动制氢、储氢，大大提高了氢能源燃料电池的使用时间，进而提高船舶的行驶里程，同时，针对制氢、储氢过程设计安全管控策略和冗余安全设计，提高了船舶的安全性和稳定性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种用于增程式能源系统的控制方法，所述增程式能源系统包括制氢单元、氢燃料电池和电池组，其特征在于，包括：
获取负载的需求功率，根据所述需求功率获取所述氢燃料电池的输出功率、所述电池组的放电输出功率；
获取氢气消耗量，根据所述氢气消耗量，所述制氢单元生成氢气；
所述氢气输入所述氢燃料电池，所述氢燃料电池输出所述输出功率。
2.如权利要求1所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，生成所述氢气包括：
根据所述氢气消耗量确定反应溶液的需求量，所述反应溶液的需求量用于使氢气的存储量维持在设定的范围内。
3.如权利要求2所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，
生成所述氢气还包括：控制所述反应溶液按照指定的流量流入氢气反应容器中；
当流入所述氢气反应容器的所述反应溶液达到所述反应溶液的需求量时，控制所述反应溶液停止流入所述氢气反应容器。
4.如权利要求2所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，控制生成所述氢气还包括：
获取所述氢气反应容器内的压力，若所述氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则控制所述氢气反应容器泄压，使所述反应容器内的压力小于所述反应压力阈值。
5.如权利要求2所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，控制生成所述氢气还包括：
控制干燥所述氢气，使所述氢气的温湿度处于设定的温湿度范围内。
6.如权利要求1所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，若所述负载的需求功率小于所述氢燃料电池的额定功率，则控制所述氢燃料电池提供所述负载的需求功率；
若所述负载的需求功率小于或等于所述氢燃料电池的额定功率与所述电池组的额定放电功率的和，所述电池组的荷电状态大于放电阈值，则控制所述氢燃料电池以及所述电池组提供所述负载的需求功率；
若所述负载的需求功率大于所述氢燃料电池的额定功率与所述电池组的额定放电功率的和，则控制减小所述负载的需求功率。
7.如权利要求6所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，若所述电池组的电量小于充电电量阈值，所述负载的需求功率小于所述氢燃料电池的额定功率，则控制所述氢燃料电池为所述电池组充电。
8.如权利要求1所述的用于增程式能源系统的控制方法，其特征在于，获取氢气存储容器内的压力，根据所述氢气存储容器内的压力确定所述氢气消耗量。
9.一种增程式能源系统，其特征在于，包括能量管理单元、氢燃料电池、电池组以及制氢单元；
所述能量管理单元用于：获取负载的需求功率，根据所述需求功率获取氢燃料电池的输出功率、电池组的放电输出功率；
所述制氢单元用于：获取氢气消耗量，根据所述氢气消耗量，控制生成氢气；
所述氢气输入所述氢燃料电池，所述氢燃料电池输出所述输出功率。
10.如权利要求9所述的增程式能源系统，其特征在于，所述制氢单元包括制氢控制器、氢气反应容器；
所述制氢控制器用于：根据所述氢气消耗量确定反应溶液的需求量，使所述反应溶液按照指定的流量流入所述氢气反应容器中；
当流入所述氢气反应容器的所述反应溶液达到所述需求量时，控制所述反应溶液停止流入所述氢气反应容器。
11.如权利要求10所述的增程式能源系统，其特征在于，所述制氢单元还包括补水控制器、水泵，所述补水控制器分别与蓄水池、所述水泵相连接；
所述补水控制器用于：获取反应溶液的存储量，当所述反应溶液的存储量小于存储阈值时，控制所述水泵启动，向所述蓄水池补充所述反应溶液。
12.如权利要求10所述的增程式能源系统，其特征在于，所述制氢单元还包括压力传感器、泄放阀，所述压力传感器、泄放阀分别与所述氢气反应容器相连接；
所述压力传感器用于，获取所述氢气反应容器内的压力；
所述泄放阀用于，若所述氢气反应容器内的压力大于反应压力阈值，则使所述氢气反应容器泄压。
13.一种新能源船舶，其特征在于，配置有权利要求9-12任一项所述的增程式能源系统，还包括船用推进器，所述增程式能源系统用于给所述船用推进器供电。
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