ES2955474T3 - Sistema para el funcionamiento de una embarcación equipada con un motor eléctrico - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema para operar una embarcación equipada con un propulsor eléctrico, que comprende un controlador de componente que tiene una interfaz de componente que está configurada para conectar un componente del sistema del propulsor eléctrico, y una interfaz de comunicación que está configurada para conectar el controlador de componentes a un bus de sistema de un control de accionamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema para el funcionamiento de una embarcación equipada con un motor eléctrico

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema para el funcionamiento una embarcación equipada con un accionamiento eléctrico, preferentemente una embarcación equipada con uno o más motores eléctricos y/o una embarcación equipada con un accionamiento híbrido, que comprende al menos un motor de combustión interna y al menos un motor eléctrico.

Antecedentes técnicos

Es conocido el accionamiento de embarcaciones por medio de un accionamiento eléctrico, conociéndose básicamente en este caso diferentes tipos de instalación del motor eléctrico. Además de los tipos de instalación de un motor eléctrico directamente en la instalación del árbol del eje de la hélice en el interior de la embarcación, que también son conocidos en el campo de los motores de combustión interna, o la instalación del motor eléctrico en el interior de la embarcación en un accionamiento Z o un motor de vela, también se conocen tipos de instalación en los que el motor eléctrico está dispuesto fuera del casco de la embarcación, por ejemplo, en forma de motores fuera de borda o de accionamientos previstos bajo el casco en una góndola de accionamiento o en el sistema de timón.

Para suministrar energía eléctrica al motor eléctrico del accionamiento de una embarcación, es conocido prever en la embarcación correspondientes bancos de baterías. Las baterías de los bancos de baterías se pueden cargar, por ejemplo, mediante un aparato cargador conectado a una conexión a tierra, siempre que la embarcación se encuentre en la zona de una conexión a tierra, es decir, normalmente en el puerto. Para ello, suele estar previsto en la embarcación un aparato cargador por medio del cual se puede realizar una carga controlada de las baterías de los bancos de baterías. A este respecto, el aparato cargador puede estar en la propia embarcación (en este caso se hablaría de una carga de CA) o el aparato cargador puede estar en tierra y la embarcación es abastecida directamente con corriente continua (en este caso se hablaría de una carga de CC).

En el caso de un sistema híbrido, que, además de ser accionado mediante un motor eléctrico, también dispone de un motor de combustión interna, básicamente se conocen dos variantes diferentes.

En una primera variante, el motor eléctrico y el motor de combustión actúan juntos sobre la instalación de árbol de la embarcación, de modo que la hélice puede ser accionada individual o simultáneamente por medio del motor de combustión interna y/o del motor eléctrico. Los dos accionamientos se pueden acoplar a la instalación de árbol mediante correspondientes engranajes. Tanto el motor eléctrico como el motor de combustión interna pueden actuar correspondientemente a la vez o consecutivamente a través de los engranajes sobre la instalación de árbol y, por tanto, sobre la hélice.

En una segunda variante, solo el motor eléctrico actúa sobre la hélice y el motor de combustión interna está acoplado a un generador que alimenta el motor eléctrico y carga las baterías en los bancos de baterías. Esto significa que las baterías de los bancos de baterías se pueden cargar incluso si la embarcación no se encuentra en la zona de una conexión eléctrica a tierra. En esta variante, el motor eléctrico que se utiliza para la propulsión puede recibir energía a través de los bancos de baterías o a través del generador que funciona al mismo tiempo que el motor eléctrico.

Además, es conocido cargar las baterías de los bancos de baterías mediante convertidores de energía regenerativa previstos en la embarcación, por ejemplo, mediante células solares que están dispuestas, por ejemplo, en un techo de la embarcación, o mediante un aerogenerador previsto en la embarcación.

El sistema previsto para el funcionamiento del accionamiento eléctrico puede utilizarse, además de para alimentar el propio accionamiento eléctrico, también para la alimentación de otros consumidores a bordo, por ejemplo, equipos de comunicación, luces y otros consumidores de la embarcación que no están conectados directamente con el accionamiento eléctrico.

Un correspondientemente sistema se conoce, por ejemplo, por el documento EP 2330030 A2.

En los sistemas conocidos es necesario que un control central del sistema, como se conoce, por ejemplo, por el mencionado estado de la técnica, esté adaptado individualmente a los respectivos componentes del sistema. Correspondientemente, no se puede realizar un simple cambio de componentes del sistema, sino que siempre se debe realizar una nueva programación para, de este modo, restablecer de nuevo el funcionamiento del sistema después de un cambio de componente o de un defecto.

El documento DE 202009015027 U1 muestra un dispositivo para controlar un vehículo y el documento EP 0223 100 A2 muestra un equipo de control para el motor de accionamiento de una máquina de impresión.

Descripción de la invención

Partiendo del estado de la técnica conocido, es un objetivo de la presente invención indicar un sistema para el funcionamiento de una embarcación equipada con un accionamiento eléctrico que proporcione una estructura sencilla y una mayor fiabilidad.

Un sistema con una estructura simplificada y una elevada fiabilidad se proporciona mediante un sistema con las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos resultan de la descripción, las reivindicaciones subordinadas y de las figuras.

Correspondientemente, se propone un sistema de acuerdo con la reivindicación 1.

Debido a que el controlador de componentes comprende una interfaz de componentes para conectar un componente de sistema del accionamiento eléctrico y una interfaz de comunicación para conectar el controlador de componentes a un bus de sistema, el controlador de componentes actúa prácticamente como un eslabón intermedio entre el componente físico específico del sistema, que puede ser, por ejemplo, una batería, un motor eléctrico, un generador, un convertidor o un accionamiento motor de combustión interna, y el bus de sistema.

Esto significa que los componentes específicos del sistema solo están en comunicación con el bus de sistema del control de marcha a través del controlador de componentes, pero no hay comunicación directa entre los componentes de sistema y el bus de sistema. Esto significa que el bus de sistema del control de marcha puede ser claramente definido, y configurado de manera robusta y segura. Por lo tanto, no es necesaria una adaptación del bus de sistema al sustituir componentes del sistema. El respectivo controlador de componentes conectado al componente de sistema está interpuesto y se encarga en cada caso de la traducción y el procesamiento de las señales, estados y comunicación de datos del componente de sistema específico para el bus de sistema.

Además, los componentes de sistema se desacoplan del bus de sistema, de modo que los defectos en los componentes individuales del sistema no puedan alterar el bus de sistema.

Por sistema de funcionamiento de una embarcación equipada con un motor eléctrico se entiende en particular aquel que comprende al menos los componentes de sistema necesarios para la propulsión de la embarcación y los relaciona entre sí. Para la propulsión de una embarcación equipada con un motor eléctrico, además del propio accionamiento que comprende el motor eléctrico, con una hélice o un propulsor a reacción, también está previsto un suministro de energía para el motor eléctrico, que puede estar previsto, por ejemplo, en forma de batería, pero también en forma de generador. Además, un sistema de este tipo comprende una unidad de entrada para especificar un nivel de marcha deseado por parte del operador del sistema.

Además de los componentes de sistema mencionados, necesarios para la verdadera conducción, un sistema para el funcionamiento de una embarcación equipada con un motor eléctrico también puede presentar otros componentes auxiliares de sistema como, por ejemplo, aparatos cargadores para cargar una batería, convertidores de corriente continua/corriente continua, convertidores de corriente/corriente alterna, generadores y una pluralidad de consumidores adicionales como, por ejemplo, aparatos de comunicación, luces de posición, aparatos de navegación, aparatos de entretenimiento, iluminación, electrodomésticos de cocina, refrigeradores, etc.

El controlador de componentes presenta un módulo de abstracción mediante el cual un determinado componente de sistema del accionamiento eléctrico conectado a la interfaz de sistema se representa como componente genérico de sistema en la interfaz de comunicación.

El módulo de abstracción permite al controlador de componentes abstraer el componente específico respectivo de sistema a un nivel genérico para que el componente de sistema pueda ser reconocido, direccionado y controlado fácilmente por un control de marcha de nivel superior o un control de sistema.

Se entiende por componente genérico del sistema aquel que presenta los parámetros de control y estado necesarios para el funcionamiento del sistema, así como de comunicación de datos y/o comandos de control de forma general, sin tener que tomar en consideración los parámetros técnicos específicos del componente de sistema conectado.

Por ejemplo, para una batería o banco de baterías, puede ser necesaria una señal de encendido como parámetro de control para iniciar el sistema. En el componente genérico solo está disponible el comando "encender"; la implementación específica del componente la lleva a cabo el controlador de componentes basándose en las propiedades específicas de la batería o del banco de baterías conectado a través de la interfaz de componentes. Si el comando se recibe en la interfaz de comunicación a través del bus de sistema para encender el banco de baterías cuando se inicia el sistema, el controlador de componentes implementa este comando dependiendo de la batería conectada a la interfaz de componentes transfiriendo una señal de encendido de 12 V para un primer tipo de batería, por ejemplo, y transmitiéndose para un segundo tipo de batería una señal de encendido de 24 V, y trasmitiéndose para un tercer tipo de batería un impulso para activar un relé de carga.

Como parámetro de estado se puede transferir, por ejemplo, de la batería al controlador de componentes un estado de carga que luego se proporciona en la interfaz de comunicación, por ejemplo, de forma abstracta, en un porcentaje de estado de carga o una determinada capacidad restante.

Esto significa que todos los componentes de sistema de un tipo de componente de sistema conectados al controlador de componentes se comportan igual. En otras palabras, una batería genérica siempre se muestra y se direcciona de la misma manera en la interfaz de comunicación, independientemente de las características técnicas concretas de la batería.

Además, se indica un motor eléctrico en el que, como motor eléctrico genérico, por ejemplo, solo se puede transmitir un nivel de marcha como comando de marcha. Por consiguiente, desde un control de marcha superior, se transmite, a través del bus de sistema, el comando de marcha, por ejemplo "media potencia delante", "toda la potencia delante", "toda la potencia detrás", o una orden de marcha porcentual, por ejemplo "80% delante", "20% detrás", comando que luego se convierte en el controlador de componentes en una correspondiente directriz de velocidad, directriz de par o directriz de potencia para el motor eléctrico específico conectado a la interfaz de componentes y se convierte en un correspondiente comando de control adecuado al respectivo sistema electrónico de potencia conectado a la interfaz de componentes.

Por ejemplo, en el caso de un motor eléctrico, también se transfieren a la interfaz de comunicación parámetros de estado como, por ejemplo, la temperatura, preferentemente un porcentaje de temperatura con respecto a una temperatura máxima permitida para el motor eléctrico específico conectado a través de la interfaz de componentes. Un control de marcha de nivel superior puede leer el porcentaje de carga de temperatura momentáneo, independientemente de la capacidad de carga de temperatura absoluta del motor eléctrico específico.

En otras palabras, un controlador de nivel superior que se comunica con el controlador de componentes a través del bus de sistema puede direccionar directa y generalmente componentes de sistema conectados al controlador de componentes a través de la interfaz de componentes sin tener que tomar en consideración características técnicas o especificaciones especiales del componente específico del sistema. Asimismo, el control superior recibe parámetros de estado y la comunicación de datos únicamente en un formato genérico.

Por consiguiente, incluso si se sustituyen componentes de sistema (por ejemplo, mediante la instalación de un motor más potente o la sustitución del banco de baterías por un banco de baterías de mayor capacidad), no es necesario realizar cambios en el control de nivel superior, y el sistema en su conjunto se puede diseñar para que se pueda ampliar y presente un fácil mantenimiento.

Preferentemente, de manera alternativa se pueden conectar al menos dos componentes de sistema diferentes a una única interfaz de componente y el controlador de componentes puede configurarse, dependiendo del componente de sistema conectado, de tal modo que el componente específico del sistema conectado en cada caso sea representado como un componente genérico del sistema.

Esto significa que, alternativamente, se pueden conectar componentes de sistema como, por ejemplo, una batería o un motor eléctrico, a un controlador de componentes. En otras palabras, si se conecta una batería a la interfaz de componentes del controlador de componentes, se puede mostrar una batería genérica en la interfaz de comunicación y, si en lugar de la batería, en la interfaz de componentes se conecta un motor eléctrico al mismo controlador de componentes, se puede mostrar un motor eléctrico genérico en la interfaz de comunicación. Así, por medio de un único tipo de controlador de componentes, se puede representar, en función del componente de sistema conectado, en cada caso un correspondiente componente genérico en la interfaz de comunicación y no es necesario prever un controlador de componentes específico para cada tipo de componente de sistema. El controlador de componentes se adapta al componente específico del sistema conectado a él únicamente actualizando los correspondientes parámetros. En otras palabras, la inicialización del controlador de componentes se realiza adaptando el controlador de componentes al respectivo componente de sistema conectado a la interfaz de componentes, mediante una correspondiente parametrización y/o mediante el uso de correspondientes tablas de traducción para la comunicación de datos y/o mediante una correspondiente interconexión interna.

Esto genera la posibilidad en todo el sistema de la embarcación de prever controladores de componentes idénticos para conectar una pluralidad de componentes de sistema diferentes o incluso de cualquier tipo. Esto aumenta el número de posibles piezas idénticas dentro del sistema, lo que también tiene un efecto ventajoso sobre las posibilidades de mantenimiento y los costes.

De esta manera, también es posible cambiar componentes de sistema y/o controladores de componentes, por ejemplo, en caso de fallo, sin tener que realizar una intervención en el control superior. El controlador de sistema continúa controlando el componente genérico representado a través del controlador de componentes.

En caso de un defecto en un controlador de componentes en cuya interfaz de componentes está dispuesto el motor eléctrico, el motor eléctrico puede desconectarse, por ejemplo, del controlador de componentes defectuoso y conectarse a un controlador de componentes que funcione y que no sea esencial para el puro funcionamiento de marcha, por ejemplo, a un controlador de componentes en cuya interfaz de componentes esté conectado el aparato cargador de la conexión a tierra. Así, en una situación de emergencia en el mar, las operaciones de conducción se pueden mantener incluso si una interfaz de componentes está defectuosa.

Gracias a que el controlador de componentes puede conectarse básicamente a cualquier componente de sistema, por ejemplo, a una batería o al sistema electrónico de potencia de un motor eléctrico del accionamiento eléctrico o a un aparato cargador para cargar la batería o a un generador para cargar la batería, y a que los controles de componentes previstos siempre están estructurados para ello de forma idéntica, se puede proporcionar, además de la configuración simplificada de la programación de un control superior, en este caso también una estructura eficiente del dispositivo. Además, de esta manera se pueden crear redundancias en el sistema, de modo que, si falla un controlador de componentes, otro controlador de componentes pueda ocupar su lugar.

De esta manera es posible mantener las funciones de conducción de la embarcación y, por tanto, su capacidad de maniobra y construir así un sistema redundante y seguro.

Preferentemente, está previsto un controlador de unidad de conexión que se comunica con el controlador de componentes por medio del bus de sistema y a través del cual el controlador de componentes recibe comandos de marcha. De manera particularmente preferente, el controlador de unidad de conexión se comunica con un dispositivo de entrada, por ejemplo, una palanca de acelerador remota, para especificar un nivel de marcha por medio de un operador, y el controlador de unidad de conexión controla uno o más controladores de componentes a través del bus de sistema de acuerdo con el nivel de marcha predeterminado para alcanzar el nivel de marcha predeterminado.

Preferentemente, el controlador de unidad de conexión agrupa al menos dos controladores componentes en una unidad de conexión organizativa, en particular como sistema central, y controla las funciones básicas de marcha.

Preferentemente, el controlador de unidad de conexión se comunica con un dispositivo para especificar un nivel de marcha deseado, por ejemplo, con una palanca de acelerador remota, a través de la cual se especifica correspondientemente el respectivo nivel de marcha del accionamiento eléctrico. De este modo, el controlador de unidad de conexión puede controlar los respectivos componentes, representados por el controlador de componentes como componentes genéricos del sistema con respecto a las funciones de marcha básicas a través de una comunicación directa entre la palanca de aceleración remota y el controlador de unidad de conexión.

Por ejemplo, mediante un comando de marcha especificado por el operador usando la palanca de aceleración remota, que se transfiere al controlador de conexión, el controlador de unidad de conexión puede transferir el comando de marcha directamente al controlador de componentes direccionado a través del bus de sistema y la interfaz de comunicación.

Con el controlador de unidad de conexión se puede utilizar, por un lado, para organizar la unidad de conexión y, por otro lado, para procesar los respectivos comandos de marcha, de modo que en este caso se pueden conseguir tiempos de reacción cortos y, en particular, también tiempos de arranque de sistema cortos. Una puesta en marcha rápida del sistema y la ejecución de un comando de marcha son en particular importantes si se requiere una reacción rápida al maniobrar la embarcación, por ejemplo, en caso de una situación de parada de emergencia repentina en la que se debe realizar una maniobra de parada de emergencia o cuando son importantes otras funciones de maniobra.

Por lo tanto, es posible transferir, sin involucrar un controlador de sistema o incluso una red de la embarcación, los comandos de marcha inmediatamente y directamente mediante la transferencia de los respectivos comandos de marcha o solicitudes de nivel de marcha desde la palanca de aceleración remota al controlador de unidad de conexión y, desde este, al respectivo controlador de componentes a través del bus de comunicación interno dentro de la unidad de conexión. Esto permite establecer rápidamente la capacidad maniobra de la embarcación y mantenerla de forma sólida.

En un perfeccionamiento preferente, el controlador de sistema está configurado para servir también como controlador de unidad de conexión mediante una correspondiente inicialización. Esto significa que se puede prescindir de un controlador de unidad de conexión independiente y se puede aumentar aún más el número de piezas idénticas en el sistema.

Los controladores de componentes y el controlador de unidad de conexión están agrupados estructuralmente preferentemente en una carcasa, denominada unidad de conexión. En la unidad de conexión, que se compone correspondientemente de un controlador de unidad de conexión y de una pluralidad de controladores de componentes, la comunicación se realiza entre la interfaz de comunicación del controlador de componentes y la interfaz de comunicación del controlador de unidad de conexión a través de un bus de sistema que está previsto dentro del unidad de conexión. El bus de sistema puede ser, por ejemplo, uno que comunique a través de un protocolo conocido, por ejemplo, un bus CANopen u otro protocolo estandarizado. No obstante, también puede utilizarse un protocolo propietario.

Cada controlador de componentes y cada controlador de unidad de conexión, así como cada controlador de sistema, comprenden en cada caso su propio microprocesador, a través del cual se pueden procesar las correspondientes aplicaciones y a través del cual se puede gestionar la comunicación a través de los correspondientes buses.

En el sistema, también pueden estar previstos al menos dos unidades de conexión, en cada caso con al menos un controlador de componentes, un controlador de unidad de conexión y un controlador de sistema, y los controladores de sistema de las unidades de conexión se comunican así entre sí, actuando un controlador de sistema como controlador maestro de sistema y funcionando todos los demás controladores de sistema como controladores de sistema esclavos.

De esta manera, se puede proporcionar un sistema distribuido en la embarcación, asignándose, por ejemplo, en el caso de que se prevea un accionamiento eléctrico con más de un motor eléctrico, a cada motor eléctrico y a los bancos de baterías asociados al motor eléctrico, una unidad de conexión en cada caso. Otra unidad de conexión puede estar prevista, por ejemplo, para un generador previsto a distancia de los motores eléctricos. Los bancos de baterías también pueden estar provistos de su propia unidad de conexión si están dispuestos a cierta distancia de los motores eléctricos que tienen asignados en la embarcación. A través de la comunicación de los controladores de sistema de las unidades de conexión individuales, también se puede configurar un sistema distribuido de este tipo para que sea fácilmente ampliable y de fácil de mantenimiento.

En una forma de realización especialmente preferida, el controlador de componentes está configurado para reconocer, sobre la base del componente de sistema conectado a través de la interfaz de componentes, qué componente de sistema en concreto está conectado y, en consecuencia, realizar una inicialización de acuerdo con el respectivo componente de sistema específico.

Breve descripción de las figuras

Otras formas de realización preferentes de la invención se explican con más detalle mediante la siguiente descripción de las figuras. A este respecto, muestran:

la Figura 1 una representación esquemática de la arquitectura descrita del sistema;

la Figura 2 una representación esquemática de la estructura de capas de la implementación;

la Figura 3 una representación esquemática de un acceso para fines de mantenimiento.

Descripción detallada de ejemplos de realización preferentes

A continuación, se describen ejemplos de realización preferentes con la ayuda de las figuras. En las diferentes figuras, los elementos idénticos, similares o que actúan de manera idéntica se proveen a este respecto de signos de referencia idénticos y en parte se prescinde de una descripción repetida de estos elementos para evitar redundancias.

En la figura 1, se muestra esquemáticamente el sistema, estando previsto en una unidad de conexión (caja de conexiones) al menos un controlador de componentes (Device Control Unit - DCU), que se puede conectar con componentes individuales del sistema (dispositivo) a través de la interfaz de componentes.

Además, está previsto un controlador de unidad de conexión (Box Control Unit - BCU), mediante el cual los controladores de componentes pueden organizarse en la unidad de conexión y controlarse a través del bus de sistema.

Además del control de hardware, en el controlador de componentes también está previsto un módulo de abstracción que permite representar los componentes específicos del sistema conectados a través de la interfaz de componentes como componentes genéricos del sistema en la interfaz de comunicación con el bus de sistema.

En el controlador de componentes, además de la abstracción del módulo de abstracción, mediante el cual el componente de sistema conectado concretamente al controlador de componentes se abstrae en un componente genérico del sistema, también se pueden emitir en la interfaz de componentes correspondientes señales de control al componente de sistema.

Por ejemplo, cuando se conecta una batería, se puede emitir una correspondiente tensión de encendido en la interfaz de componentes del controlador de componentes para poner la batería en modo de funcionamiento. Para ello, por ejemplo, se puede transmitir a la batería una tensión de encendido de 12 V cuando el controlador de unidad de conexión transmite una solicitud de activación de la batería a través del bus de sistema dentro de la unidad de conexión al controlador de componentes al que está conectada la batería. Sin embargo, en el caso de otro tipo de batería, el controlador de componentes se puede configurar en su interfaz de componentes de tal manera que se transmita otra tensión de encendido apropiada para el respectivo tipo de batería concreto, o bien otra señal de encendido o señal de activación a la batería.

Además, el controlador de componentes puede asumir funciones de control básicas y funciones de seguridad para el respectivo componente de sistema (Low level controlling & safety).

La comunicación por bus con los componentes de sistema también se puede realizar a través de la interfaz de componentes para permitir también la comunicación de datos con los componentes de sistema a través de la interfaz de componentes. Esto se puede lograr, por ejemplo, proporcionando un bus CAN o mediante un bus serie como UART o LIN o RS485 o RS232 u otro bus que pueda estar en comunicación con el respectivo componente de sistema.

La comunicación de bus con los componentes de sistema es independiente de la comunicación del controlador de componentes con el bus de sistema a través de su interfaz de comunicación. En otras palabras, el bus de sistema no está en comunicación directa con los componentes de sistema, sino que el intercambio de datos con los componentes de sistema solo se realiza mediante la interposición del controlador de componentes. Por tanto, no es posible la comunicación directa entre los componentes de sistema y el bus de sistema. Por el contrario, desde el punto de vista del bus de sistema, la comunicación con los componentes de sistema se realiza exclusivamente a través del respectivo controlador de componentes.

La batería mencionada a modo de ejemplo, por su parte, transmite a través de la interfaz de componentes, por ejemplo, su temperatura, su grado de carga, la corriente descargada, la capacidad restante u otros parámetros que pueden ser importantes para el accionamiento de la embarcación.

Si un motor eléctrico está conectado a través de la interfaz de componentes con el controlador de componentes, la interfaz de componentes está conectada con el sistema electrónico de potencia del motor y, en consecuencia, puede proporcionar las señales de sensor proporcionadas por el sistema electrónico de potencia en la interfaz de comunicación de forma general sin que tengan que trasmitirse conocimientos específicos del respectivo motor eléctrico al bus de sistema. En otras palabras, por ejemplo, una velocidad, un par aplicado, la potencia, una temperatura y otros parámetros se pueden transferir desde el motor eléctrico a través de la interfaz de componentes al controlador de componentes, que luego abstrae los datos específicos y los proporciona genéricamente a través de la interfaz de comunicación.

Además, en este caso es posible convertir a través del controlador de componentes un correspondiente comando de marcha, que se recibe del controlador de unidad de conexión a través del bus de sistema, en una señal de marcha específica o señal de funcionamiento para el sistema electrónico de potencia específico del respectivo motor eléctrico y proporcionarla a través de la interfaz de componentes del respectivo sistema electrónico de potencia. Correspondientemente, el controlador de componentes puede ordenar al sistema electrónico de potencia que haga funcionar el motor eléctrico específico al nivel de marcha especificado por el operador del accionamiento eléctrico a través de la palanca de aceleración remota.

Además de las funciones de control básicas, que dependen del componente de sistema conectado, en el controlador de componentes también se pueden implementar simultáneamente funciones de seguridad básicas para este componente de sistema específico, dependiendo del componente de sistema conectado a través de la interfaz de componentes. Por ejemplo, sobre la base del conocimiento de los componentes de sistema conectados en cada caso, por ejemplo, un motor eléctrico, se puede implementar en el controlador de componentes una limitación de corriente, una limitación de par o una limitación de temperatura específicamente para el componente de sistema conectado. Correspondientemente, cuando el controlador de unidad de conexión transmita un comando de marcha, el controlador de componentes tendrá en cuenta los parámetros de seguridad especificados y, dado el caso, permitirá que las funciones de seguridad implementadas surtan efecto y, de esta manera, evitará daños o sobrecargas de los componentes de sistema conectados.

Para conmutar componentes de sistema conectados a través de la interfaz de componentes, en el controlador de componentes se pueden prever, entre otros, componentes de gestión de energía como, por ejemplo, interruptores, fusibles y medidores de corriente o voltímetros para permitir así la conmutación del respectivo componente de sistema conectado con las tensiones de conmutación o corrientes de conmutación necesarias y, por otro lado, poder evitar, mediante una protección, que resulten dañados en este caso componentes del sistema.

El controlador de unidad de conexión puede actuar como maestro de la respectiva unidad de conexión y numera y supervisa los componentes lógicos del sistema abstraídos a través del controlador de componentes. Si se pueden encontrar al menos una batería abstraída, un motor abstraído y un acelerador abstraído, el controlador de la unidad de conexión también proporciona las funciones básicas para la conducción. De esta manera, se hace posible una conducción de la embarcación puramente con accionamiento eléctrico de manera sencilla, robusta y con menos errores, y el funcionamiento aún puede supervisarse fácilmente.

De esta manera, también se pueden cumplir los requisitos relacionados con un inicio rápido del sistema y una operatividad rápida después del inicio del sistema.

Además, en una unidad de conexión también puede estar previsto un controlador de sistema (unidad de control de sistema) que, por un lado, registre los estados y señales comunicados a través del bus de sistema y, por otro lado, también procese la información proporcionada por el entorno más amplio del sistema o de la embarcación. El controlador de sistema puede asumir, por ejemplo, también la comunicación con otra unidad de conexión para poder determinar el correspondiente estado general del sistema en caso de que exista más de una unidad de conexión.

Correspondientemente, el controlador de sistema puede transmitir, por ejemplo, todo el estado del sistema a una unidad de visualización central, equilibrar la carga de diferentes bancos de baterías, distribuir eficientemente las corrientes de carga entre los diferentes bancos de baterías cuando se utilizan aparatos cargadores y también equilibrar las otras cargas que están presentes en el sistema global como, por ejemplo, consumidores auxiliares y consumidores adicionales que no tienen nada que ver con el verdadero accionamiento eléctrico, de tal manera que se lleve a cabo un aprovechamiento eficiente del sistema. Además, en la distribución general y el equilibrio de carga también se pueden tener en cuenta a través del controlador del sistema la carga de baterías en un sistema híbrido mediante un generador o los estados que se producen en el sistema de accionamiento eléctrico al activar un accionamiento con motor de combustión interna.

Por un lado, el controlador de sistema está conectado al bus de sistema, que está previsto en la unidad de conexión para la comunicación entre los controladores de componentes y el controlador de unidad de conexión, y está conectado a través de una red con los otros controladores de sistema, que se encuentran en el respectivo sistema y, en particular, en otras unidades de conexión. El controlador de sistema también puede estar conectado a una red de comunicación a nivel de embarcación, en particular a un bus de embarcación, por ejemplo, un bus NMEA2k, para poder recibir simultáneamente información sobre otros consumidores o las condiciones ambientales en la representación del estado del sistema o la predicción de rangos y otros estados del sistema.

El controlador de sistema previsto en cada unidad de conexión forma una red a través de la red con otros controladores de sistema de otras unidades de conexión, actuando solo un único controlador de sistema como maestro y los demás controladores de sistema como esclavos. De esta manera, es posible cualquier ampliación del sistema con una pluralidad de unidades de conexión.

El controlador de sistema, además de la conexión al bus NMEA2k, recopila correspondientemente todos los datos abstraídos de componentes de sistema y de esta manera puede implementar una gestión energética en todo el sistema y agrupar las distintas unidades de conexión en un sistema global.

Correspondientemente, el controlador de sistema puede desarrollar un árbol de componentes de sistema y unidades de conexión, de modo que todas las unidades de conexión estén acopladas entre sí para formar un sistema completo.

El controlador de sistema maestro reconoce a partir de un fichero de configuración cómo están conectadas entre sí las respectivas unidades de conexión y, en caso de error del sistema, puede tomar la decisión para establecer o liberar determinados contactos.

Además, el controlador de sistema maestro también puede implementar y definir una estrategia de gestión de energía que luego se aplique a los respectivos dispositivos productores de energía y a los componentes consumidores de energía a bordo.

El controlador de sistema maestro también puede recopilar información y reconocer avisos y errores para reaccionar y comunicarlos al respectivo operador o registrarlos en el registro de eventos del sistema.

Además, en el controlador de sistema maestro puede estar previsto un servidor de visualización que conecte entre sí diferentes visualizadores previstos en el sistema y los opere como clientes de visualización, pudiendo diferentes visualizadores proporcionar también diferentes representaciones basadas en los mismos datos. El controlador de sistema maestro también puede comunicarse con dispositivos móviles, por ejemplo, un teléfono inteligente o una tableta, para mostrar también así los datos del sistema.

El controlador de sistema maestro también puede servir como punto de acceso al servicio, mediante el cual un técnico de servicio puede utilizar el controlador de sistema maestro para iniciar sesión en el sistema, por ejemplo, a través de un canal cifrado, y puede detectar errores o instalar actualizaciones de software. Una posible implementación se puede encontrar en la figura 3.

Al construir la unidad de conexión sobre la base de una pluralidad de controladores de componentes y un controlador de unidad de conexión en combinación con un controlador de sistema, el número y la longitud de las conexiones de cable necesarias se pueden reducir significativamente en comparación con los sistemas diseñados convencionalmente en los que cada componente de sistema tiene ser controlado individualmente. Al reducir el número de conexiones por cable, se puede mejorar aún más la fiabilidad del sistema general.

Preferentemente, la distribución de alto voltaje también está prevista en la unidad de conexión o en una estructura de carcasa que aloja la unidad de conexión, pudiendo estar previstos, por ejemplo, el controlador de unidad de conexión, el controlador de componentes y el controlador de sistema en una primera posición, y pudiendo estar dispuesta en una segunda posición, por ejemplo, debajo de las placas que configuran los controladores de componentes, el controlador de unidad de conexión y el controlador del sistema, la distribución de alto voltaje.

En lo que respecta a la comunicación entre el controlador de unidad de conexión y los controladores de componentes, está previsto preferentemente un bus de sistema mediante el cual puede intercambiarse la información de los componentes de sistema abstraídos o los paquetes de información de los componentes abstraídos entre las interfaces de componentes y el controlador de unidad de conexión. Por ejemplo, para este fin se puede utilizar un protocolo CANopen u otro protocolo estandarizado o propietario.

De esta manera, la estructura principal también puede estar prevista para una función de marcha de emergencia, estando prevista una combinación suficiente de controladores de componentes y controladores de unidades de conexión para proporcionar la función de marcha de emergencia. La comunicación para la función de marcha de emergencia tiene lugar entre el controlador de unidad de conexión, al que está conectado, por ejemplo, un acelerador remoto, y al menos uno de los controladores de componentes. La comunicación entre el controlador de unidad de conexión y el controlador de componentes se realiza a través del bus de sistema, que es independiente con respecto a otros interlocutores de terceros.

En la unidad de conexión pueden estar previstos la unidad de conexión con los controladores de componentes, el controlador de unidad de conexión y también el controlador de sistema y comunicarse a través de este bus de sistema. En este caso, no se permiten otros componentes, de modo que el bus para la comunicación entre los controladores de componentes, el controlador de unidad de conexión y el controlador de sistema dentro de la unidad de conexión está ocupado exclusivamente por estos componentes y otros componentes externos, por ejemplo, de terceros proveedores, no pueden comunicarse a través de este bus.

La comunicación entre distintas unidades de conexión y, en particular, entre los controladores de sistema de las distintas unidades de conexión se puede establecer, por ejemplo, a través de una conexión Ethernet.

Las conexiones con los visualizadores y, por ejemplo, con los visualizadores multifunción (MFD), redes de embarcaciones, etc., se realizan preferentemente también a través de una conexión Ethernet dentro de la embarcación.

Cada controlador de componentes y cada controlador de unidad de conexión, así como cada controlador de sistema, comprenden en cada caso su propio microprocesador, a través del cual se pueden procesar las correspondientes aplicaciones y a través del cual se puede gestionar la comunicación a través de los correspondientes buses.

Con respecto a la estructura de la implementación, como puede verse en la figura 2, se prevé una estructura de capas en la que el código (controlador) del controlador de componentes está previsto en una capa independiente con respecto a la interfaz de componentes (hardware) a la que se puede conectar un componente del accionamiento eléctrico. En su propia capa está previsto también el módulo de abstracción (capa de abstracción de hardware), mediante el cual se abstrae una abstracción de los parámetros de control específicos y de los parámetros de estado del respectivo componente de sistema al nivel de un componente genérico del sistema.

Se puede lograr una distinción entre las distintas capas escribiendo el software en cada caso como clases encapsuladas sin un acoplamiento directo a un componente específico del sistema.

Para ser lo más flexible posible, el código de software se proporciona en una arquitectura de capas. También se prevé un planificador Round-robin sencillo en la capa de abstracción de hardware, lo que facilita la ejecución simultánea de tareas con diferentes prioridades.

El protocolo de comunicación y el verdadero código de aplicación todavía están completamente desacoplados del hardware específico y también de las otras capas.

En consecuencia, al construir el sistema, un desarrollador que desarrolle un componente específico del sistema puede centrarse en una implementación fiable y segura de ese componente específico del sistema y no tiene que tomas en consideración a este respecto el resto del sistema. En consecuencia, se pueden construir de forma sencilla y segura sistemas muy complejos con un gran número de componentes de sistema diferentes y un gran número de componentes auxiliares. Cada componente de sistema detectado da como resultado una instancia de la clase de componente de sistema específica y, en consecuencia, el módulo de abstracción lo representa como un componente lógico del sistema o un componente genérico del sistema en el bus CANopen interno.

De manera especialmente preferente, el código se genera automáticamente, sobre la base de un correspondiente patrón de diseño y de un correspondiente banco de datos en el que están comprendidos todos los datos específicos de los componentes. Además, en este banco de datos también se definen los datos para la abstracción de componentes, los tipos de datos, los objetos de transferencia y los errores de componentes. Con este banco de datos se pueden incorporar e implementar automáticamente todas las modificaciones y actualizaciones de datos específicos de los componentes en todas las plataformas de hardware y, en particular, tanto en los controladores de componentes como en los controladores de unidades de conexión, así como en los controladores de sistema. De esta manera, la complejidad resultante de la estructura de control distribuido se puede reducir o eliminar, ya que existe una definición de datos central. Normalmente se debe definir en concreto una interfaz en ambos lados. Sobre la base de la previsión del controlador de componentes, que proporciona un componente de sistema abstracto o genérico a través del módulo de abstracción, se pueden reducir o evitar los errores de sistema que normalmente se producen debido a la programación a través de diferentes desarrolladores.

En otras palabras, mediante una definición clara de las interfaces entre las distintas capas, así como un almacenamiento central de las definiciones y la generación del código, se puede lograr un sistema consistente y con menos errores, y hasta sin errores.

Además, gracias a la estructura distribuida con los controladores de componentes, el controlador de unidad de conexión, el controlador de sistema y la conexión de diferentes unidades de conexión a través de la comunicación entre los controladores de sistema entre sí mediante una función de actualización central, se puede transferir nuevo software o datos actualizados a todos los controladores en todo el sistema, de modo que siempre exista una versión consistente en el controlador de sistema maestro y en los controladores de sistema esclavos.

El controlador de sistema maestro y los controladores de sistema esclavos obligan a los controladores de componentes y a los controladores de unidades de conexión a implementar el nuevo software con los respectivos cargadores de arranque y también a enviarlo a los respectivos componentes o componentes de sistema a través del bus CAN.

La propia configuración del sistema también puede realizarse a través de una distribución central de software y, en particular, a través de un fichero central, que es editado, por ejemplo, por el técnico de servicio y luego transmitido al controlador de sistema maestro, el cual luego distribuye los datos correspondientemente.

Por ejemplo, las GUI y otras interfaces de usuario pueden escribirse mediante QT/QML para que sean correspondientemente portátiles en diferentes plataformas basadas en la misma base de código.

Los controladores de componentes están previstos preferentemente como componentes independientes de hardware, por ejemplo, en forma de módulos enchufables. Así, por ejemplo, para cada componente físico específico del sistema que se ha de conectar, que puede ser, por ejemplo, una batería, un motor eléctrico, un generador, un convertidor o un accionamiento de motor de combustión interna, puede estar previsto un controlador de componentes independiente.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Sistema configurado para el funcionamiento de una embarcación equipada con un accionamiento eléctrico, que comprende un controlador de componentes que presenta una interfaz de componentes configurada para conectar un componente físico específico del sistema del accionamiento eléctrico, y que comprende, además, una interfaz de comunicación configurada para conectar el controlador de componentes a un bus de sistema de un control de accionamiento,

presentando el controlador de componentes tiene un módulo de abstracción que está configurado para enviar un componente de sistema específico del accionamiento eléctrico conectado a la interfaz de componentes a la interfaz de comunicación del bus de sistema como un componente genérico de sistema que presenta los parámetros de control y estado necesarios para el funcionamiento del sistema, así como la comunicación de datos y/o los comandos de control en una forma general sin tener que tener que tomar en consideración los parámetros técnicos específicos del componente específico del sistema conectado,

caracterizado por que

un control de marcha de nivel superior está configurado para transferir un comando de marcha porcentual a través del bus de sistema y el control de componentes está configurado para convertir el comando de marcha porcentual en una correspondiente directriz de velocidad, directriz de par o directriz de potencia correspondiente para el motor eléctrico específico conectado a la interfaz de componentes y en un comando de control adecuado al respectivo sistema electrónico de potencia conectado a la interfaz de componentes.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que al menos dos componentes diferentes del sistema se pueden conectar alternativamente a través de una única interfaz de componentes y el controlador de componentes está configurado de tal modo que puede configurarse dependiendo del componente de sistema conectado, de modo que el componente específico del sistema conectado en cada caso sea representado como componente genérico del sistema.

3. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la interfaz de componentes del controlador de componentes presenta salidas de señal y entradas de sensor e interfaces de bus para la comunicación con un bus del componente de sistema, preferentemente un bus CAN, un bus en serie, UART, LIN, RS485 o RS232.

4. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se prevé un controlador de unidad de conexión, que está configurado para comunicarse con el controlador de componentes a través del bus del sistema, estando configurado el controlador de componentes para recibir comandos de marcha a través del controlador de unidad de conexión.

5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el controlador de unidad de conexión está configurado para comunicarse con un dispositivo de entrada para especificar un nivel de marcha por parte de un operador y el controlador de unidad de conexión está configurado para controlar uno o más controladores de componentes a través del bus del sistema de acuerdo con el nivel de marcha especificado con el fin de alcanzar el nivel de marcha especificado.

6. Sistema de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, caracterizado por que el controlador de unidad de conexión está configurado para agrupar al menos dos controladores de componentes en una unidad de conexión organizativa y, preferentemente, para controlar las funciones de marcha básicas del accionamiento eléctrico.

7. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que al menos dos controladores de componentes y un controlador de unidad de conexión están alojados juntos en una carcasa que forma una unidad de conexión.

8. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que está previsto un controlador de sistema, configurado para comunicarse con al menos un controlador de componentes y un controlador de unidad de conexión a través del bus de sistema, estando configurado el controlador de sistema para registrar y procesar datos de estado de los controladores de componentes y el controlador de unidad de conexión.

9. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que están previstos al menos dos unidades de conexión, en cada caso con al menos un controlador de componentes, un controlador de unidad de conexión y un controlador de sistema, y los controladores de sistema de las unidades de conexión están configurados para comunicarse entre sí, actuando un controlador de sistema como controlador maestro de sistema y funcionando todos los demás controladores de sistema como controladores de sistema esclavos.

10. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el controlador de componentes está configurado para reconocer el componente de sistema conectado a la interfaz de componentes y para llevar a cabo una inicialización de acuerdo con el respectivo componente de sistema específico.

11. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, como componente de sistema, se conecta al controlador de componentes una batería, un motor eléctrico, un aparato cargador, un convertidor CC/CC, un convertidor CC/CA, un generador, una unidad auxiliar, etc.