船舶电池电力推进系统及其控制方法技术方案

技术编号:20345314 阅读:24 留言:0更新日期:2019-02-16 10:10
本发明专利技术涉及一种船舶电池电力推进系统及其控制方法,每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配接到分配电板上的4个接触器,4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接,4个接触器的4副触点的另一端分别对应接一个变频器一端,变频器的另一端接直流母线,两个主推进电机电力供电直流母线通过1个固态断路器连接。通过分配电板中分组接触器控制,在充电和放电的工况下切换使用变频器,省去原先每个电池组对应的DC/DC变换器和两个岸电可控整流器,变频器数量节约三分二左右,大幅减低系统的成本的空间排布。并使用综合控制系统来进行能量管理、推进控制和全船监测,进一步提高了能量管理的效率。

【技术实现步骤摘要】
船舶电池电力推进系统及其控制方法
本专利技术涉及一种船舶电气及动力技术,特别涉及一种船舶电池电力推进系统及其控制方法。
技术介绍
近年来随着技术的进步,以及人们对船舶动力系统提出更高的要求,柴电电力推进作为特种船舶的动力方式已经得到了普遍的认可。随着国家将对船舶污染物排放进行大力度的控制,以及电池技术的进步和价格的下降,电池电力推进系统作为清洁的动力系统的代表被广泛的提出,其满足“零排放”、“低噪音”的同时会进一步降低运行成本,是未来中小型内河船舶的动力首选。目前针对电池电力推进系统的研发相对较少,大容量电池系统成组之后的充放电一致性效果有待进一步的观察,目前电池技术偏向于将大容量电池系统分割成若干个容量在100~300kWh不等的电池组,每个电池组通过1个DCDC换流器进行充放电控制,这样可以保证电池组之间电池芯的一致性较高,电池的安全可以进一步提高。以常规内河游览船电池电力推进系统如图1为例,为了满足船舶一天约6~8小时船舶航行时间,需要配置约2400kWh电池作为动力,则需要配置12个专用的DC/DC变换器对电池进行充放电控制,以及2个岸电接入专用的可控整流器,12组电池组平分为2组动力,每组动力带一个岸电和一个主推进电机,两组动力通过固态断路器连接成一个直流母线,每组电池组通过各自对应的DC/DC变换器接直流母线,一个主推进电机通过对应的推进变频器接直流母线,一个岸电通过对应的岸电变频器接直流母线。
技术实现思路
本专利技术是针对现在电池电力推进系统大容量电池系统分组后每组电池需配置一个DC/DC变换器和专门的岸电接入用可控整流器导致系统成本高的问题,提出了一种船舶电池电力推进系统及其控制方法,通过分配电板中接触器选择切换的形式,只用若干个变频器即可达到电池电力系统供电正常工作的要求。并使用综合控制系统来进行能量管理、推进控制和全船监测的功能,进一步提升了能量管理的效率,推进控制的响应和全船的自动化水平。本专利技术的技术方案为:一种船舶电池电力推进系统,包括数组电池组、两个主推进电机、2个岸电接口、1套分配电板、4个变频器、1个固态断路器和1套综合控制模块;船舶行驶时,电池组在综合控制模块控制下给两个主推进电机供电,船舶靠岸时,在综合控制模块控制下通过2个岸电接口将岸电引入给各个电池组充电;每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配接到分配电板上的4个接触器,4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接,4个接触器的4副触点的另一端分别对应接一个变频器一端,变频器的另一端接直流母线,两个主推进电机电力供电直流母线通过1个固态断路器连接。所述电池组通过接触器接入变频器时,变频器将直流变直流接直流母线,电池组内配置三相滤波器,接触器接于变频器和滤波器中间,滤波器和电池组正极连接,负极和直流母线负极相连接。所述主推进电机通过接触器接入变频器时,变频器将直流母线上直流变交流,综合控制模块采用闭环矢量控制,对推进器的转速和转矩进行控制。所述岸电接口通过接触器接入变频器时,变频器将交流变直流接直流母线,岸电接口与变频器之间配置LCL滤波器,变频器采用直流电流控制原理,功率因数超过0.99。所述综合控制模块和变频器之间采用Profibus现场总线进行通讯,综合控制模块和电池组的电池管理系统采用RS485通讯接口和Modbus-RTU通讯协议,综合控制模块和岸电管理系统采用光纤接口和Modbus-TCP通讯协议,综合控制模块控制和监测分配电板内接触器的状态。所述船舶电池电力推进系统控制方法,综合控制模块根据电池组、变频器状态信息及全船通导的信息,推进控制根据逻辑控制和算法,对推进方案进行优化、核心设备进行健康管理和推进故障限制;推进方案优化包括最优航速推荐方案和最佳效率推荐方案,根据电池组剩余容量、大气和水文状况、船舶航速、剩余航程、预期到港时间信息算出最优推进速度来推荐给驾驶人员;通过在线估算电池组、变频器、推进电机和日用负荷的综合最佳效率来推荐在线设备数量方案给管理人员;核心设备健康管理:通过对电池组、变频器和推进电机的振动温度信息来综合预测核心设备的健康状况,并对管理人员提出设备维护和使用建议;推进故障限制:第一时间获知电池组报警或故障情况后,对推进功率加以限制以防止突然丢失电池组后剩余电池组过载。所述船舶电池电力推进系统控制方法,综合控制模块检测电池组容量,投入运行电池组大于等于2组,电池组之间负荷根据下垂模式自动分配,当投入电池组容量小于10%时,自动切换其他电池组投入运行。所述船舶电池电力推进系统控制方法,直流母线首次上电或者因为严重故障导致直流母线失电情况下,由于每个变频器均有一个大电容挂在直流母线上,再次上电需要对大电容进行预充电,综合控制模块自动选择电池组作为预充电电源,控制预充电整流模块和预充电电阻对直流母线上大电容进行充电至80%额定直流母线电压后,自动控制电池组接触器合闸,自动断开预充电回路,变频器进入工作模式本专利技术的有益效果在于:本专利技术船舶电池电力推进系统及其控制方法,通过分配电板中分组接触器控制,在充电和放电的工况下切换使用变频器,省去大部分原先每个电池组对应的DC/DC变换器,可以省去两个岸电可控整流器,变频器数量节约三分二左右,大幅减低系统的成本的空间排布。并使用综合控制系统来进行能量管理、推进控制和全船监测的功能,进一步提高了能量管理的效率,推进控制的响应和全船的自动化水平,使得船舶行驶中的污染物排放几乎为零。附图说明图1为常规内河游览船电池电力推进系统结构示意图;图2为本专利技术本专利技术船舶电池电力推进系统结构示意图;图3为本专利技术船舶电池电力推进系统靠岸充电能量流示意图;图4为本专利技术船舶电池电力推进系统行驶放电能量流示意图;图5为本专利技术电池与变频器的连接原理图。具体实施方式如图2所示为本专利技术船舶电池电力推进系统的实施例,系统由12个200kWh电池组、2个200kW主推进电机、2个200kW岸电接口、1套分配电板、4个200kW的变频器、1个固态断路器和1套综合控制模块组成,直流母线的电压为700VDC,电池组额定电压为580VDC,每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配接到分配电板上的4个接触器,4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接,4个接触器的4副触点的另一端分别对应接一个变频器一端,变频器的另一端接直流母线,即每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均通过自己分配到的第一接触器接到第一变频器,通过自己分配到的第二接触器接到第二变频器,通过自己分配到的第三接触器接到第三变频器,通过自己分配到的第四接触器接到第四变频器。船舶靠岸电池充电时具体实施:如图3所示,综合控制模块控制岸电1的第二个接触器和岸电2的第三个接触器进行合闸,两个岸电分别通过变频器2和变频器3将岸电整流后接入直流母线。综合控制模块控制电池组1的第一个接触器和电池组7的第四接触器进行合闸,通过变频器1和变频器4将直流母线电能输入到电池组,采用1C的电流进行充电,每组电池组充电时间为1小时。将电池组1和7充满后,可进行2和8组的电池组进行充电,所有电池组充电时间预计为6个小时,考虑晚上谷时充电6小时可以满足白天6~8小时的行驶时间,亦可在船舶临时靠港的时候进行电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶电池电力推进系统,其特征在于,包括数组电池组、两个主推进电机、2个岸电接口、1套分配电板、4个变频器、1个固态断路器和1套综合控制模块;船舶行驶时,电池组在综合控制模块控制下给两个主推进电机供电,船舶靠岸时,在综合控制模块控制下通过2个岸电接口将岸电引入给各个电池组充电;每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配接到分配电板上的4个接触器,4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接,4个接触器的4副触点的另一端分别对应接一个变频器一端,变频器的另一端接直流母线,两个主推进电机电力供电直流母线通过1个固态断路器连接。

【技术特征摘要】
1.一种船舶电池电力推进系统,其特征在于,包括数组电池组、两个主推进电机、2个岸电接口、1套分配电板、4个变频器、1个固态断路器和1套综合控制模块;船舶行驶时,电池组在综合控制模块控制下给两个主推进电机供电,船舶靠岸时,在综合控制模块控制下通过2个岸电接口将岸电引入给各个电池组充电;每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配接到分配电板上的4个接触器,4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接,4个接触器的4副触点的另一端分别对应接一个变频器一端,变频器的另一端接直流母线,两个主推进电机电力供电直流母线通过1个固态断路器连接。2.根据权利要求1所述船舶电池电力推进系统,其特征在于,所述电池组通过接触器接入变频器时,变频器将直流变直流接直流母线,电池组内配置三相滤波器,接触器接于变频器和滤波器中间,滤波器和电池组正极连接,负极和直流母线负极相连接。3.根据权利要求1所述船舶电池电力推进系统,其特征在于,所述主推进电机通过接触器接入变频器时,变频器将直流母线上直流变交流,综合控制模块采用闭环矢量控制,对推进器的转速和转矩进行控制。4.根据权利要求1所述船舶电池电力推进系统,其特征在于,所述岸电接口通过接触器接入变频器时,变频器将交流变直流接直流母线,岸电接口与变频器之间配置LCL滤波器,变频器采用直流电流控制原理,功率因数超过0.99。5.根据权利要求1至4中任意一项所述船舶电池电力推进系统,其特征在于,所述综合控制模块和变频器之间采用Profibus现场总线进行通讯,综合控制模块和电池组的电池管理系统采用RS485通讯接口和Modbus-RTU通讯协议,综合...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡斌田野曹森张元玮王良秀吴国栋曾志林邱赟
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七零四研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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