CN115174303A - 一种基于can通信的纯电动船舶推进冗余系统 - Google Patents

一种基于can通信的纯电动船舶推进冗余系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，包括遥控系统、推进控制单元、第一推进电机控制器、第二推进电机控制器、第一电池管理系统、第二电池管理系统、第一本地控制箱和第二本地控制箱，遥控系统与推进控制单元电性连接，推进控制单元通过第一CAN通讯总线与第一推进电机控制器、第一电池管理系统建立通信，推进控制单元通过第二CAN通讯总线与第二推进电机控制器、第二电池管理系统建立通信，第一推进电机控制器、第二推进电机控制器分别与第一本地控制箱、第二本地控制箱电性连接。本发明在遥控系统或者推进控制单元失效时，可采用任一本地控制箱进行控制，在一路CAN网络故障时，可用另一路CAN网络进行信息交互，实现通信上的冗余。

Description

一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统
技术领域
本发明属于纯电动船舶领域，特别涉及一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统。
背景技术
随着人们对环境的要求越来越高, 新能源技术除了电动汽车领域以外，在内河及景区船舶领域也得到了越来越广泛的应用。由于船舶领域对于动力系统的冗余设计要求较高，在推进控制系统的冗余设计，如果两组推进系统通过硬线分别接遥控系统，则需要两组遥控系统，增加成本。如果两组推进系统通过硬线共用一个遥控系统，则两组推进系统存在互相影响的可能，当一组推进系统接遥控系统的手柄位置信号发生对地短路时，会导致另外一组推进系统无法解析手柄位置信号,从而导致遥控系统失效。对于通信，部分船舶通过以太网和中心网关，实现信息交互，当以太网或网关发生故障时，会导致动力系统无法通信，影响船舶动力系统的性能及安全。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，使用该纯电动船舶推进冗余系统后，减少了遥控系统和推进电机控制器之前的硬线连接，在遥控系统或者推进控制单元失效时，可选择性采用船舶推进冗余系统的本地控制箱，进行操作控制，并且，采用两路CAN通讯总线的设计，能够在一路CAN网络出现问题时，可复用另外一路CAN网络进行信息交互，实现了通信上的冗余设计，保证动力系统的正常工作，降低了系统物料成本，通过两路CAN网络互为备份，在任何一个部件单独失效时保证船舶能够继续通行。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，包括遥控系统、推进控制单元、第一推进电机控制器、第二推进电机控制器、第一电池管理系统、第二电池管理系统、第一本地控制箱和第二本地控制箱，所述遥控系统与所述推进控制单元电性连接，所述推进控制单元能够通过第一CAN通讯总线与所述第一推进电机控制器、所述第一电池管理系统建立通信连接，所述推进控制单元能够通过第二CAN通讯总线与所述第二推进电机控制器、所述第二电池管理系统建立通信连接，所述第一推进电机控制器、第二推进电机控制器分别与所述第一本地控制箱、第二本地控制箱电性连接。
本发明为了解决其技术问题，所采用的进一步技术方案是：
进一步地说，所述遥控系统包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元电性连接；
当所述遥控系统和/或所述推进控制单元发生故障并无法执行命令时，操作所述第一本地控制箱和/或所述第二本地控制箱执行对所述第一推进电机控制器和/或所述第二推进电机控制器的驱动控制。
进一步地说，所述遥控系统包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元电性连接；
当所述遥控系统与所述推进控制单元均没有发生故障并能够执行命令时，所述推进控制单元通过第一CAN通讯总线与所述第一推进电机控制器及所述第一电池管理系统进行交互，驱动所述第一推进电机控制器工作；或，所述推进控制单元通过第二CAN通讯总线与所述第二推进电机控制器及所述第二电池管理系统进行交互，驱动所述第二推进电机控制器工作。
进一步地说，所述推进控制单元获取来自所述遥控系统的信号并解析，通过所述第一CAN通讯总线将来自所述遥控系统的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第一推进电机控制器，所述第一推进电机控制器执行目标扭矩输出或目标转速输出。
进一步地说，所述推进控制单元获取来自所述遥控系统的信号并解析，通过所述第二CAN通讯总线将来自所述遥控系统的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第二推进电机控制器，所述第二推进电机控制器执行目标扭矩输出或目标转速输出。
进一步地说，当所述第一CAN通讯总线或所述第二CAN通讯总线存在通信异常时，所述第一推进电机控制器或所述第二推进电机控制器通过非故障的CAN通讯总线进行降负载后通信。
进一步地说，所述推进控制单元、所述第一推进电机控制器、所述第二推进电机控制器、所述第一电池管理系统与所述第二电池管理系统彼此之间设置为并联式通讯。
进一步地说，所述纯电动船舶推进冗余系统应用于纯电动船舶、混合动力船舶和插电混合动力船舶中的至少一种。
本发明的有益效果是：
本发明纯电动船舶推进冗余系统采用一套遥控系统与推进控制单元和/或两套本地控制箱来控制推进电机控制器和电池管理系统，且推进控制单元、第一推进电机控制器、第二推进电机控制器、第一电池管理系统与第二电池管理系统彼此之间设置为并联式通讯，能够独立工作，在降低相互间影响的同时，遥控系统与推进控制单元电性连接，推进控制单元通过第一CAN通讯总线与第一推进电机控制器、第一电池管理系统建立通信连接，推进控制单元能够通过第二CAN通讯总线与第二推进电机控制器、第二电池管理系统建立通信连接，减少了遥控系统和推进电机控制器之前的硬线连接，在遥控系统或者推进控制单元失效时，可选择性采用船舶推进冗余系统的任一本地控制箱，进行操作控制，并且，采用两路CAN通讯总线的设计，能够在一路CAN网络出现问题时，可复用另外一路CAN网络进行信息交互，实现了通信上的冗余设计，保证动力系统的正常工作，此外，本发明只需配备一个遥控系统，且通过CAN通讯总线把请求发送给推进电机控制器，在保证功能正常实现时降低了系统物料成本，通过两路CAN网络互为备份，可实现通信上的冗余，并且本发明能在任何一个部件单独失效时保证船舶能够继续通行。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统的架构示意图；
附图中各部分标记如下：
遥控系统1、推进控制单元2、第一推进电机控制器3、第二推进电机控制器4、第一电池管理系统5、第二电池管理系统6、第一本地控制箱7、第二本地控制箱8、第一CAN通讯总线9和第二CAN通讯总线10。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例：
本实施例提供一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，如图1所示，包括遥控系统1、推进控制单元2、第一推进电机控制器3、第二推进电机控制器4、第一电池管理系统5、第二电池管理系统6、第一本地控制箱7和第二本地控制箱8，所述遥控系统1与所述推进控制单元2电性连接，所述推进控制单元2能够通过第一CAN通讯总线9与所述第一推进电机控制器3、所述第一电池管理系统5建立通信连接，所述推进控制单元2能够通过第二CAN通讯总线10与所述第二推进电机控制器4、所述第二电池管理系统6建立通信连接，所述第一推进电机控制器3、第二推进电机控制器4分别与所述第一本地控制箱7、第二本地控制箱8电性连接；
上述方案中，采用一套遥控系统与推进控制单元和/或两套本地控制箱来控制推进电机控制器和电池管理系统输出驱动，推进控制单元、第一推进电机控制器、第二推进电机控制器、第一电池管理系统与第二电池管理系统彼此之间设置为并联式通讯，能够独立工作，在降低相互间影响的同时，遥控系统与推进控制单元电性连接，推进控制单元通过第一CAN通讯总线与第一推进电机控制器、第一电池管理系统建立通信连接，推进控制单元能够通过第二CAN通讯总线与第二推进电机控制器、第二电池管理系统建立通信连接，减少了遥控系统和推进电机控制器之前的硬线连接，在遥控系统或者推进控制单元失效时，可选择性采用船舶推进冗余系统的本地控制箱，进行操作控制。
在实施例中，进一步地说，所述遥控系统1包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统1的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元2电性连接；
当所述遥控系统1和/或所述推进控制单元2发生故障并无法执行命令时，操作所述第一本地控制箱7和/或所述第二本地控制箱8执行对所述第一推进电机控制器3和/或所述第二推进电机控制器4的驱动控制。
在实施例中，进一步地说，所述遥控系统1包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统1的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元2电性连接；
当所述遥控系统1与所述推进控制单元2均没有发生故障并能够执行命令时，所述推进控制单元2通过第一CAN通讯总线9与所述第一推进电机控制器3及所述第一电池管理系统5进行交互，驱动所述第一推进电机控制器3工作；或，所述推进控制单元2通过第二CAN通讯总线10与所述第二推进电机控制器4及所述第二电池管理系统6进行交互，驱动所述第二推进电机控制器4工作。
在实施例中，更进一步地说，所述推进控制单元2获取来自所述遥控系统1的信号并解析，通过所述第一CAN通讯总线9将来自所述遥控系统1的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第一推进电机控制器3，所述第一推进电机控制器3执行目标扭矩输出或目标转速输出。
在实施例中，更进一步地说，所述推进控制单元2获取来自所述遥控系统1的信号并解析，通过所述第二CAN通讯总线10将来自所述遥控系统1的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第二推进电机控制器4，所述第二推进电机控制器4执行目标扭矩输出或目标转速输出。
在实施例中，更进一步地说，当所述第一CAN通讯总线9或所述第二CAN通讯总线10存在通信异常时，所述第一推进电机控制器3或所述第二推进电机控制器4通过非故障的CAN通讯总线进行降负载后通信；
上述技术方案中，采用两路CAN通讯总线的设计，能够在一路CAN网络出现问题时，可复用另外一路CAN网络进行信息交互，实现了通信上的冗余设计，保证动力系统的正常工作，此外，本发明只需配备一个遥控系统，且通过CAN通讯总线把请求发送给推进电机控制器，在保证功能正常实现时降低了系统物料成本，通过两路CAN网络互为备份，可实现通信上的冗余，并且能在任何一个部件单独失效时保证船舶能够继续通行。
在实施例中，进一步地说，所述推进控制单元2、所述第一推进电机控制器3、所述第二推进电机控制器4、所述第一电池管理系统5与所述第二电池管理系统6彼此之间设置为并联式通讯。
在实施例中，进一步地说，所述纯电动船舶推进冗余系统可以应用于纯电动船舶、混合动力船舶和插电混合动力船舶中的至少一种。
本发明的工作过程和工作原理如下：
本发明的遥控系统1包含遥控手柄、启动按钮、停止按钮、急停按钮等，推进控制单元2通过硬线接遥控系统1相关信号并解析，通过第一CAN通讯总线9把目标扭矩或者目标转速发送给第一推进电机控制器3，通过第二CAN通讯总线10把目标扭矩或者目标转速发送给第二推进电机控制器4，减少遥控系统1和推进电机控制器之前的硬线连接；
第一推进电机控制器3、第二推进电机控制器4分别接第一本地控制箱7、第二本地控制箱8，船舶驾驶员在发现遥控系统1或者推进控制单元2失效时，操作第一本地控制箱7或者第二本地控制箱8，实现对纯电动船舶推进冗余系统的驱动控制；
无故障情况下，推进控制单元2通过第一CAN通讯总线9与第一推进电机控制器3、第一电池管理系统5进行交互，实现一组驱动系统的控制，推进控制单元2通过第二CAN通讯总线10与第二推进电机控制器4、第二电池管理系统6进行交互，实现另外一组驱动系统的控制；
在第一CAN通讯总线9和第二CAN通讯总线10中任一组CAN通讯总线通信异常时，第一推进电机控制器3或第二推进电机控制器4可在另外一组CAN网络上进行降负载后通信；
一个推进控制单元2、两组电池管理系统（第一电池管理系统5、第二电池管理系统6）和推进电机控制器（第一推进电机控制器3、第二推进电机控制器4）接入两路CAN通讯总线（第一CAN通讯总线9、第二CAN通讯总线10），正常工作时，分别通过两路CAN通讯总线进行信息交互，实现控制，在一路CAN网络出现问题时，可复用另外一路CAN网络进行交互。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：包括遥控系统（1）、推进控制单元（2）、第一推进电机控制器（3）、第二推进电机控制器（4）、第一电池管理系统（5）、第二电池管理系统（6）、第一本地控制箱（7）和第二本地控制箱（8），所述遥控系统（1）与所述推进控制单元（2）电性连接，所述推进控制单元（2）能够通过第一CAN通讯总线（9）与所述第一推进电机控制器（3）、所述第一电池管理系统（5）建立通信连接，所述推进控制单元（2）能够通过第二CAN通讯总线（10）与所述第二推进电机控制器（4）、所述第二电池管理系统（6）建立通信连接，所述第一推进电机控制器（3）、第二推进电机控制器（4）分别与所述第一本地控制箱（7）、第二本地控制箱（8）电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述遥控系统（1）包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统（1）的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元（2）电性连接；
当所述遥控系统（1）和/或所述推进控制单元（2）发生故障并无法执行命令时，操作所述第一本地控制箱（7）和/或所述第二本地控制箱（8）执行对所述第一推进电机控制器（3）和/或所述第二推进电机控制器（4）的驱动控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述遥控系统（1）包括遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述遥控系统（1）的遥控手柄、启动按钮、停止按钮和急停按钮皆与所述推进控制单元（2）电性连接；
当所述遥控系统（1）与所述推进控制单元（2）均没有发生故障并能够执行命令时，所述推进控制单元（2）通过第一CAN通讯总线（9）与所述第一推进电机控制器（3）及所述第一电池管理系统（5）进行交互，驱动所述第一推进电机控制器（3）工作；或，所述推进控制单元（2）通过第二CAN通讯总线（10）与所述第二推进电机控制器（4）及所述第二电池管理系统（6）进行交互，驱动所述第二推进电机控制器（4）工作。
4.根据权利要求3所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述推进控制单元（2）获取来自所述遥控系统（1）的信号并解析，通过所述第一CAN通讯总线（9）将来自所述遥控系统（1）的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第一推进电机控制器（3），所述第一推进电机控制器（3）执行目标扭矩输出或目标转速输出。
5.根据权利要求3所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述推进控制单元（2）获取来自所述遥控系统（1）的信号并解析，通过所述第二CAN通讯总线（10）将来自所述遥控系统（1）的目标扭矩命令或目标转速命令发送至所述第二推进电机控制器（4），所述第二推进电机控制器（4）执行目标扭矩输出或目标转速输出。
6.根据权利要求2所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：当所述第一CAN通讯总线（9）或所述第二CAN通讯总线（10）存在通信异常时，所述第一推进电机控制器（3）或所述第二推进电机控制器（4）通过非故障的CAN通讯总线进行降负载后通信。
7.根据权利要求1所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述推进控制单元（2）、所述第一推进电机控制器（3）、所述第二推进电机控制器（4）、所述第一电池管理系统（5）与所述第二电池管理系统（6）彼此之间设置为并联式通讯。
8.根据权利要求1所述的一种基于CAN通信的纯电动船舶推进冗余系统，其特征在于：所述纯电动船舶推进冗余系统应用于纯电动船舶、混合动力船舶和插电混合动力船舶中的至少一种。
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