CN211592896U - 一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，包括主控制器、超级电容储能系统和电机驱动系统，所述主控制器通过网络与超级电容储能系统相连，所述超级电容储能系统和电机驱动系统通过动力母排系统相连，所述主控制器还通过网络与燃料电池储能系统相连，所述燃料电池储能系统通过动力母排系统与电机驱动系统相连。本实用新型能够实现在没有固定航行路线的状况下的长距离航行。
Description
技术领域
本实用新型涉及纯电动船控制技术领域，特别是涉及一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置。
背景技术
作为新能源水上交通工具的纯电动船，在经历了若干年的创新发展，已经在大功率、多功能船舶上取得了很大的进展，通过动力总成系统的完善，已经能做到与燃油船各项指标相媲美的状况。其主要的关键技术在于，当纯电动船舶需要获得瞬间超负荷运转的情况下，采用功率型的超级电容，让其充当大功率释放的储能器件；当船舶需要很长时间航行、续航里程很长的时候，由动力锂电池充当提供长期能量的储能器件，通过优化组合，充分发挥了电力推进系统的强劲优势。
当所需的航行时间很长、续航里程很长时，只要配置足够多的电池组件提供很大的电力容量，即可保证纯电动船舶的使用需求。目前，在纯电动船的能源配置方面，又出现了“移动式储能充电宝”的形式，可在纯电动船的航运过程中实施换电的模式，当航行适合的距离后，“移动式储能充电宝”的能量基本耗尽的情况下，实施快速换电，换电后能继以提高续航里程。但是，在很多的使用场合，在没有固定航行路线的状况下，将是无法进行实施换电的，如此便无法实现长距离航行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，能够实现在没有固定航行路线的状况下的长距离航行。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，包括主控制器、超级电容储能系统和电机驱动系统，所述主控制器通过网络与超级电容储能系统相连，所述超级电容储能系统和电机驱动系统通过动力母排系统相连，所述主控制器还通过网络与燃料电池储能系统相连，所述燃料电池储能系统通过动力母排系统与电机驱动系统相连。
所述超级电容储能系统包括超级电容组、超级电容管理装置和超级电容开关组件；所述超级电容组分别与超级电容开关组件和超级电容管理装置相连；所述超级电容开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述超级电容开关组件和超级电容管理装置均通过网络与主控制器相连。
所述燃料电池储能系统包括燃料电池堆、燃料电池控制装置和燃料电池开关组件；所述燃料电池堆分别与燃料电池控制装置和燃料电池开关组件相连，所述燃料电池开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述燃料电池开关组件和燃料电池控制装置均通过网络与主控制器相连。
所述电机驱动系统包括相互连接的电机驱动装置和电机开关组件；所述电机开关组件通过动力母排系统分别与超级电容储能系统和燃料电池储能系统相连；所述电机驱动装置由船舶动力总成控制器控制。
所述的受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置还包括动力锂电池储能系统，所述动力锂电池储能系统包括动力锂电池组、电池管理装置和动力锂电池开关组件，所述动力锂电池组分别与电池管理装置和动力锂电池开关组件相连，所述动力锂电池开关组件和电池管理装置均通过网络与主控制器相连。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型采用燃料电池取代长行距续航里程所需要的动力锂电池，充分利用氢气的有益高性能参数，充分发挥其添加快速、电能转换效率高的特点，通过燃料电池的快速充电的特性实现在没有固定航行路线的状况下的长距离航行的目的。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型的实施方式涉及一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，如图1所示，包括主控制器、超级电容储能系统和电机驱动系统，所述主控制器通过网络与超级电容储能系统相连，所述超级电容储能系统和电机驱动系统通过动力母排系统相连，所述主控制器还通过网络与燃料电池储能系统相连，所述燃料电池储能系统通过动力母排系统与电机驱动系统相连。该燃料电池控制装置还包括动力锂电池储能系统，所述动力锂电池系统通过网络与主控制器相连，通过动力母排系统与电机驱动系统相连。
本实施方式中的主控制器由数字控制器DSP+FPGA器件构成，其构成了整个控制装置的控制部分，所有的外部接口、连接于网络的数据部分都与主控制器相关。该主控制器在完成硬件设计后，所有的内部的控制程序可以采用DSP汇编语言完成设计，因此具有结构紧凑占用空间少的特征，同时运算速度快，具有灵活的算法因子调度功能。当控制器完成结构设计后，由计算机通过一个编程连接口实施数据下载，并激活运行，在设置阶段可以将所有需要的参数设置在控制器中，分配那些端口被激活，采用选定的通讯协议，或不同的通讯速率。同时确定哪一路接口作为系统的主要对象接口，该通讯接口是可以获得的主讯息，然后通过编排不同的协议，将其转换成各个模组所需要的参数和指定接口协议。在整个转换过程中是实现双向或多方互通的。在进入通讯的初期阶段，主要任务是完成综合布局、栈区的规划和通讯速率的确定，以及时序的划定等等。本实施方式中的主控制器还与上位的动力总成控制器相连，动力总成控制器是纯电动船必不可少的动力推进系统，通过人机界面接收船舶操控者的操控指令，或无人驾驶船舶的自动航行操控指令，完成对电动驱动系统的调节控制，用以推进船舶航行。
本实施方式中采用的网络为CAN总线网络，其是整个控制装置的核心数据传输枢纽，所有信息数据在主控制器的调度下，可以完成相互间的传递和控制，通过CAN总线网络可以使得主控制器与各个部件之间实现模块级的数据通讯。
本实施方式中的燃料电池储能系统包括燃料电池堆、燃料电池控制装置和燃料电池开关组件；所述燃料电池堆分别与燃料电池控制装置和燃料电池开关组件相连，所述燃料电池开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述燃料电池开关组件和燃料电池控制装置均通过网络与主控制器相连。
本实施方式中的燃料电池储能系统为氢燃料电池储能系统，其中，氢燃料电池堆作为储能部件，其能量输出部分与氢燃料电池开关组件相连，并接收氢燃料电池开关组件的调度控制。氢燃料电池开关组件用于实现氢燃料电池能力的切入与切除，其开关操作受控于CAN总线网络上的指令，该指令发自于主控制器。氢燃料电池开关组件的操作开闭间隙，具有软操作的能力，因此，整个操作过程，从电特性角度，具有平缓、无缝对接、软分断的能力，从而有效地避免了操作瞬间，对其它系统产生的影响。氢燃料电池堆的输入部分为氢燃料电池控制装置，由氢燃料电池控制装置控制实施制作氢电。氢燃料电池控制装置作为制氢设备的主要核心控制部件，完成对氢燃料电池制备过程中所有过程的控制、调节和输出。该氢燃料电池控制装置连接于氢燃料电池堆的所有控制单元组件，对制氢过程所有参数的进行调节和控制。
本实施方式中的超级电容储能系统包括超级电容组、超级电容管理装置和超级电容开关组件；所述超级电容组分别与超级电容开关组件和超级电容管理装置相连；所述超级电容开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述超级电容开关组件和超级电容管理装置均通过网络与主控制器相连。
其中，超级电容组作为储能部件，其能量输出部分与超级电容开关组件相连，并接收超级电容开关组件的调度控制，其能量输出由超级电容管理装置控制，通过超级电容开关组件的调度控制完成对超级电容组的充电和放电。超级电容开关组件用于实现超级电容能量的切入与切除，其开关操作受控于CAN总线网络上的指令，该指令发自于主控制器。超级电容开关组件的操作开闭间隙，具有软操作的能力，因此，整个操作过程，从电特性角度，具有平缓、无缝对接、软分断的能力，从而有效地避免了操作瞬间，对其它系统产生的影响。超级电容管理装置负责监管超级电容组所有的参数，并将此动态参数通过CAN网络传给主控制器。另外，超级电容管理装置还管理着整个能量的流动过程，传输能量的量值，由其原始的测得参数确定。
本实施方式中的动力锂电池储能系统包括动力锂电池组、电池管理装置和动力锂电池开关组件，所述动力锂电池组分别与电池管理装置和动力锂电池开关组件相连，所述动力锂电池开关组件和电池管理装置均通过网络与主控制器相连。值得一提的是，本实施方式中的动力锂电池储能系统主要用于收集船舶制动时的能量和为超级电容补充能量，一般情况下，动力锂电池储能系统不会向电动驱动系统进行供电。
其中，动力锂电池的能力输出部分与动力锂电池开关组件相连，并接收动力锂电池开关组件的调度控制，其能量输出由电池管理装置控制，通过动力锂电池开关组件的调度控制完成对动力锂电池的充电和放电。动力锂电池开关组件用于实现动力锂电池能量的切入与切除，其开关操作受控于CAN总线网络上的指令，该指令发自于主控制器。电池管理装置负责监管动力锂电池所有的参数，并将此动态参数通过CAN网络传给主控制器。
本实施方式中的电机驱动系统包括相互连接的电机驱动装置和电机开关组件；所述电机开关组件通过动力母排系统分别与超级电容储能系统和燃料电池储能系统相连；所述电机驱动装置由船舶动力总成控制器控制。电机开关组件实现将电机驱动装置的切入与切除，其受控于CAN总线网络上的指令，该指令发自于主控制器的输出操作。电机驱动装置作为电动机的驱动器，其将动力母排系统上的直流能量进行变频输出控制，将直流电转换成受控的交流变频驱动电动机，推动电动机的转矩输出，以带动螺旋桨，从而实现推行船舶。
不难发现，本实用新型采用燃料电池取代长行距续航里程所需要的动力锂电池，充分利用氢气的有益高性能参数，充分发挥其添加快速、电能转换效率高的特点，通过燃料电池的快速充电的特性实现在没有固定航行路线的状况下的长距离航行的目的。本实用新型为了克服燃料电池无法回收能量的缺陷，通过增设动力锂电池来配合超级电容组回收能量，使得在加速时确保超级电容具有足够的能量。
Claims (5)
1.一种受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，包括主控制器、超级电容储能系统和电机驱动系统，所述主控制器通过网络与超级电容储能系统相连，所述超级电容储能系统和电机驱动系统通过动力母排系统相连，其特征在于，所述主控制器还通过网络与燃料电池储能系统相连，所述燃料电池储能系统通过动力母排系统与电机驱动系统相连。
2.根据权利要求1所述的受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，其特征在于，所述超级电容储能系统包括超级电容组、超级电容管理装置和超级电容开关组件；所述超级电容组分别与超级电容开关组件和超级电容管理装置相连；所述超级电容开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述超级电容开关组件和超级电容管理装置均通过网络与主控制器相连。
3.根据权利要求1所述的受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，其特征在于，所述燃料电池储能系统包括燃料电池堆、燃料电池控制装置和燃料电池开关组件；所述燃料电池堆分别与燃料电池控制装置和燃料电池开关组件相连，所述燃料电池开关组件通过动力母排系统与电机驱动系统相连；所述燃料电池开关组件和燃料电池控制装置均通过网络与主控制器相连。
4.根据权利要求1所述的受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，其特征在于，所述电机驱动系统包括相互连接的电机驱动装置和电机开关组件；所述电机开关组件通过动力母排系统分别与超级电容储能系统和燃料电池储能系统相连；所述电机驱动装置由船舶动力总成控制器控制。
5.根据权利要求1所述的受控于船舶动力驱动系统的燃料电池控制装置，其特征在于，还包括动力锂电池储能系统，所述动力锂电池储能系统包括动力锂电池组、电池管理装置和动力锂电池开关组件，所述动力锂电池组分别与电池管理装置和动力锂电池开关组件相连，所述动力锂电池开关组件和电池管理装置均通过网络与主控制器相连。
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