CN115140288A - 混合动力船舶的能量管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力船舶的能量管理方法，包括：获取船舶的负载功率需求与船舶中锂电池的评价值；当评价值大于第一阈值且小于第二阈值时，将负载功率需求的低频部分与高频部分分别输入至燃料电池的功率控制单元与锂电池的功率配比单元；其中，功率控制单元控制燃料电池输出第一恒定功率，第一恒定功率不小于负载功率需求的低频部分的功率，功率配比单元控制锂电池输出负载功率需求的高频部分的功率。上述能量管理方法，基于船舶中锂电池的评价值，使燃料电池与锂电池配合进行功率输出，保障混合动力船舶的电力供应。同时，燃料电池以恒定的功率输出，有效的抑制了燃料电池的输出波动，能够对燃料电池进行保护，延长了燃料电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力船舶能量管理技术领域，特别是涉及一种基于频率法的混合动力船舶的能量管理方法。
背景技术
随着电力电子技术和新能源技术不断发展，越来越多的船舶使用燃料电池作为船舶运行中负载的电力供应，燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为直流电的装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和水其原理是氧化还原反应。燃料电池由于气体传输，质子交换等原因，动态响应性能较差，燃料电池放电需要经过电化学反应、质子和气体的传递、电子传输等过程。尤其是质子传递速度相当慢，当电流需求功率瞬间增大时，燃料电池的电流变化慢，在燃料电池催化剂表面发生欠气，严重影响燃料电池的寿命。船舶频繁的负载波动会对燃料电池造成恶劣影响。储能装置可使船舶的电网柔性化，降低船舶负载波动对燃料电池的影响。近年来，储能技术快速发展，以混合能源为动力源的电动船逐步得到应用，对推进绿色水运的发展具有重要意义。
随着锂电池技术的不断发展，锂电池作为储能装置得到广泛应用。锂电池具有良好的动态特性，可以弥补燃料电池的不足，这就要求不同能源的混合使用。混合能源必须经过有效的能源管理才能充分发挥各自的优势，而高效的能源管理方法是进行能源分配充分使用的关键。
如何在保障混合动力船舶的电力供应的前提下，有效提高燃料电池的使用寿命是混合动力船舶能量管理技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效的提高燃料电池使用寿命的混合动力船舶能量管理方法。
一种混合动力船舶的能量管理方法，所述方法包括：
获取船舶的负载功率需求与船舶中锂电池的评价值；
当所述评价值大于第一阈值且小于第二阈值时，将所述负载功率需求的低频部分与高频部分分别输入至所述燃料电池的功率控制单元与锂电池的功率配比单元；
其中，所述功率控制单元控制所述燃料电池输出第一恒定功率，所述第一恒定功率不小于所述负载功率需求的低频部分的功率，所述功率配比单元控制所述锂电池输出所述负载功率需求的高频部分的功率。
进一步的，所述方法还包括：
当所述评价值小于或等于第一阈值时，所述功率控制单元控制所述燃料电池输出第二恒定功率，所述第二恒定功率不小于所述负载功率需求与锂电池充电功率之和，所述功率控制单元控制所述锂电池进入充电状态；当所述评价值大于或等于第二阈值时，所述功率配比单元控制所述锂电池输出所述负载功率需求的功率。
进一步的，所述获取船舶中锂电池的评价值，包括：
建立锂电池的损耗评价公式，为，
式中，Ii为i时刻的电池流量，Ii-1为i-1时刻的电池流量，N为损耗时间；建立母线电压波动评价公式，为，
式中，Vi为i时刻的母线电压，Vi-1为i-1时刻的母线电压，N为波动时间；由锂电池的损耗与母线电压波动获得锂电池的评价函数，为，
P＝αJ+βM，
式中，P为评价值，α为锂电池的损耗评价权重因子，β为为母线电压波动评价的权重因子。
进一步的，所述船舶功率需求等于所述燃料电池和锂电池提供的功率之和。
进一步的，所述燃料电池和锂电池提供的电压之和不小于母线需求电压的1/2。
进一步的，所述母线电压的波动值不超过额定值的10％。
上述混合动力船舶的能量管理方法，基于船舶中锂电池的评价值，使燃料电池与锂电池配合进行功率输出，保障混合动力船舶的电力供应。同时，燃料电池以恒定的功率输出，有效的抑制了燃料电池的输出波动，能够对燃料电池进行保护，延长了燃料电池的使用寿命。
附图说明
图1为一个实施例的混合动力船舶的能量管理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的混合动力船舶的能量供应包括燃料电池和锂电池，燃料电池和锂电池的能源通过DC/DC变换器接入中压直流母线。燃料电池通过单向DC/DC变换器连接到直流母线，由于其动态特性较差，因此燃料电池保持恒定功率输出，锂电池通过双向DC/DC变换器连接到直流母线。直流母线通过DC/AC逆变器供电给推进电机带动螺旋桨的运转。当船舶的需求功率小于燃料电池的恒定功率Pe时，燃料电池提供船舶所需负载功率的同时可以给锂电池充电来维持母线电压的稳定。当船舶的需求功率大于燃料电池的恒定功率Pe时，燃料电池和锂电池同时为系统供电，
如图1所示，在一个实施例中，一种混合动力船舶的能量管理方法，包括以下步骤：
步骤S110，获取船舶的负载功率需求与船舶中锂电池的评价值。
其中，采用低通滤波器对负载功率需求信号进行处理，功率需求的低频部分输入至燃料电池功率控制单元，功率需求的高频部分输入至锂电池功率配比单元，燃料电池提供恒定输出功率，而锂电池承担功率的高频波动部分。
具体的，获取船舶中锂电池的评价值，包括：
建立锂电池的损耗评价公式，为，
式中，Ii为i时刻的电池流量，Ii-1为i-1时刻的电池流量，N为损耗时间；建立母线电压波动评价公式，为，
式中，Vi为i时刻的母线电压，Vi-1为i-1时刻的母线电压，N为波动时间；由锂电池的损耗与母线电压波动获得锂电池的评价函数，为，
P＝αJ+βM，
式中，P为评价值，α为锂电池的损耗评价权重因子，β为为母线电压波动评价的权重因子。
步骤S120，当评价值大于第一阈值且小于第二阈值时，将负载功率需求的低频部分与高频部分分别输入至燃料电池的功率控制单元与锂电池的功率配比单元。
其中，功率控制单元控制燃料电池输出第一恒定功率，第一恒定功率不小于负载功率需求的低频部分的功率，功率配比单元控制锂电池输出负载功率需求的高频部分的功率。
具体的，当评价值小于或等于第一阈值时，功率控制单元控制燃料电池输出第二恒定功率，第二恒定功率不小于负载功率需求与锂电池充电功率之和。功率控制单元控制锂电池进入充电状态。当评价值大于或等于第二阈值时，功率配比单元控制锂电池输出负载功率需求的功率。
在本实施例中，船舶功率需求等于燃料电池和锂电池提供的功率之和。燃料电池和锂电池提供的电压之和不小于母线需求电压的1/2。母线电压的波动值不超过额定值的10％。
上述混合动力船舶的能量管理方法，基于船舶中锂电池的评价值，使燃料电池与锂电池配合进行功率输出，保障混合动力船舶的电力供应。同时，燃料电池以恒定的功率输出，有效的抑制了燃料电池的输出波动，能够对燃料电池进行保护，延长了燃料电池的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取船舶的负载功率需求与船舶中锂电池的评价值；
当所述评价值大于第一阈值且小于第二阈值时，将所述负载功率需求的低频部分与高频部分分别输入至所述燃料电池的功率控制单元与锂电池的功率配比单元；
其中，所述功率控制单元控制所述燃料电池输出第一恒定功率，所述第一恒定功率不小于所述负载功率需求的低频部分的功率，所述功率配比单元控制所述锂电池输出所述负载功率需求的高频部分的功率。
2.根据权利要求1所述的混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述评价值小于或等于第一阈值时，所述功率控制单元控制所述燃料电池输出第二恒定功率，所述第二恒定功率不小于所述负载功率需求与锂电池充电功率之和，所述功率控制单元控制所述锂电池进入充电状态；当所述评价值大于或等于第二阈值时，所述功率配比单元控制所述锂电池输出所述负载功率需求的功率。
3.根据权利要求1所述的混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述获取船舶中锂电池的评价值，包括：
建立锂电池的损耗评价公式，为，
式中，Ii为i时刻的电池流量，Ii-1为i-1时刻的电池流量，N为损耗时间；
建立母线电压波动评价公式，为，
式中，Vi为i时刻的母线电压，Vi-1为i-1时刻的母线电压，N为波动时间；
由锂电池的损耗与母线电压波动获得锂电池的评价函数，为，
P＝αJ+βM，
式中，P为评价值，α为锂电池的损耗评价权重因子，β为为母线电压波动评价的权重因子。
4.根据权利要求1所述的混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述船舶功率需求等于所述燃料电池和锂电池提供的功率之和。
5.根据权利要求1所述的混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述燃料电池和锂电池提供的电压之和不小于母线需求电压的1/2。
6.根据权利要求5所述的混合动力船舶的能量管理方法，其特征在于，所述母线电压的波动值不超过额定值的10％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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