一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，所述车客渡船上设置有直流母线；其特征在于：包括超级电容器组、超级电容管理模块CMS、能耗制动单元、处理器、双向DC/DC转换器、断路器、电压检测模块、电流检测模块和CAN总线；本发明专利技术中由于超级电容本身结构特点，其具有大电流快速充放电及功率密度大的优点，可以有效吸收渡船制动能量，提高能量利用效率，降低电网波动，本发明专利技术的管理系统具有使用寿命长、维护方便的特点，可以有效降低维护成本；另外，本发明专利技术中的能量管理系统可以通过上位机实时监控设备运行情况并下达指令，提高了操作效率，同时提高了安全性。

A super capacitor energy management system based on car passenger ferry

【技术实现步骤摘要】
一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统
本专利技术涉及超级电容
，尤其涉及一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统。
技术介绍
超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。凭借这些优势，超级电容器被广泛的应用到各个领域中。近年来，尽管公路桥梁和江底隧道等过江通道有了迅速发展，南北交通状况得到很大改善，但长江车客渡船由于具有特殊的优点和特性，仍然是南北交通中不可或缺的重要交通手段，承担着日益繁重的运输任务；由于车客渡船运行路程较短，推进电机需要频繁大尺度起制动，不仅使船舶电网产生较大波动，并且造成了能量的浪费，因此，需要一种能量管理系统来解决渡船能量浪费严重的情况。如中国专利201721853828.7所公开的一种超级电容管理系统及船舶，所述超级电容管理系统包括：超级电容系统、多个从机和主机。超级电容系统包括多个并联的超级电容分支串联模组。多个从机分别安装在每一个超级电容模组上。主机和从机均包括ZigBee通讯模块，主机和从机之间能够通过ZigBee通讯模块交互信息，主机控制器被配置为基于与超级电容模组有关的信息对超级电容系统进行控制和保护。根据本技术的超级电容管理系统，主机和从机之间的拓扑结构为无线Mesh网络，这种通讯方式取消了各个超级电容模组间的通讯线缆，消除了通讯联线及其接插件带来的故障隐患，同时也消除了主机和从机之间由安装位置给信息交互带来的影响，确保运行的可靠性和安全性。上述专利中主要涉及的是通讯的控制及稳定性的保护，未公开相关能量的管理控制技术。如中国专利201610455104.0所公开的一种本专利技术公开并提供了模组化负载直通式的超级电容均衡管理系统。它包括主控单元、外部DC/DC、主功率母线、低压供电母线、CAN总线、N个均衡单元及与之对应的N个超级电容模组，所述均衡单元分别包括模组均衡电路、DC/DC、MCU，MCU分别连接所述DC/DC和所述模组均衡电路及所述CAN总线，MCU控制超级电容模组中的各个超级电容实施充放电进行超级电容模组内均衡管理。主控单元通过所述CAN总线与各所述均衡单元中的MCU连接，控制各均衡单元间的充放电实施各超级电容模组间的均衡管理。各超级电容模组、各均衡单元中的DC/DC及外部DC/DC均连接低压供电母线，低压供电母线可连接至负载。上述专利主要涉及的是以模组化的管理来实现超级电容的能量均衡，但未基于船舶上超级电容的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，能够解决一般的渡轮由于车客渡船运行路程较短，推进电机需要频繁大尺度起制动，不仅造成船舶电网产生较大波动，并且造成了能量的浪费的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，所述车客渡船上设置有直流母线；其创新点在于：包括超级电容器组、超级电容管理模块CMS、能耗制动单元、处理器、双向DC/DC转换器、断路器、电压检测模块、电流检测模块、CAN总线和上位机；所述CAN总线的一端连接在一上位机上；处理器通过CAN总线与上位机相连，向上位机传送数据并接受上位机指令；所述超级电容器组与双向DC/DC转换器的低压侧连接；所述超级电容器组的CAN数据信号连接超级电容管理模块CMS一端上，所述超级电容管理模块CMS另一端连接在CAN总线上；所述超级电容管理模块CMS采集超级电容器组的每个单体电容的电压、温度，并将所述数据发送给上位机；所述处理器设置在CAN总线上且处理器与双向DC/DC转换器、能耗制动单元、电压检测模块和电流检测模块连接；所述双向DC/DC转换器的高压侧与车客渡船上设置的直流母线连接；所述电压检测模块与电流检测模块均具有一对；所述电压检测模块中其中一电压检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在超级电容组上；用于检测超级电容器组的实时电压，并将数据传送至处理器；所述电压检测模块中另一电压检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在直流母线上，用于检测渡船直流母线的实时电压，并将数据传送至处理器；所述电流检测模块的其中一电流检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在超级电容上，用于检测超级电容器组的实时电流，并将数据传送至处理器；所述电流检测模块的另一电流检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在直流母线上，用于检测渡船直流母线的实时电流，并将数据传送至处理器。进一步的，所述双向DC/DC转换器的高压侧与车客渡船上设置的直流母线之间设置有断路器，实现用于过载、短路保护以及设备维护时用于隔断电路。进一步的，所述能耗制动单元包括IGBT和能耗电阻，所述能耗电阻的一端连接在IGBT上，能耗电阻的另一端连接在直流母线上；所述能耗制动单元为备用制动方式，由处理器控制。进一步的，所述双向DC/DC转换器由处理器控制，使其工作于buck或boost模式。本专利技术的优点在于：1）本专利技术中由于超级电容本身结构特点，其具有大电流快速充放电及功率密度大的优点，可以有效吸收渡船制动能量，提高能量利用效率，降低电网波动，本专利技术的管理系统具有使用寿命长、维护方便的特点，可以有效降低维护成本；另外，本专利技术中的能量管理系统可以通过上位机实时监控设备运行情况并下达指令，提高了操作效率，同时提高了安全性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术的一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统的连接结构图。具体实施方式下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。如图1所示的一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，车客渡船上设置有直流母线1；包括超级电容器组2、超级电容管理模块CMS3、能耗制动单元4、处理器5、双向DC/DC转换器6、断路器7、电压检测模块8、电流检测模块、CAN总线9和上位机10。CAN总线9的一端连接在一上位机上10；处理器5通过CAN总线9与上位机10相连，向上位机10传送数据并接受上位机10指令。超级电容器组2与双向DC/DC转换器6的低压侧连接；超级电容器组2的CAN数据信号连接超级电容管理模块CMS3一端上，所述超级电容管理模块CMS3另一端连接在CAN总线9上；超级电容管理模块CMS3采集超级电容器组2的每个单体电容的电压、温度，并将数据发送给上位机10；上位机10接收并显示所有数据，具有数据存储、事故报警、远程控制的功能。处理器5设置在CAN总线9上且处理器5与双向DC/DC转换器6、能耗制动单元4、电压检测模块8和电流检测模块9连接；能耗制动单元4包括IGBT41和能耗电阻42，能耗电阻42的一端连接在IGBT41上，能耗电阻42的另一端连接在直流母线1上；能耗制动单元4为备用制动方式，由处理器5控制。双向DC/DC转换器6的高压侧与车客渡船上设置的直流母线1连接；断路器7用于过载、短路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，所述车客渡船上设置有直流母线；其特征在于：包括超级电容器组、超级电容管理模块CMS、能耗制动单元、处理器、双向DC/DC转换器、断路器、电压检测模块、电流检测模块、CAN总线和上位机；/n所述CAN总线的一端连接在上位机上；处理器通过CAN总线与上位机相连，向上位机传送数据并接受上位机指令；/n所述超级电容器组与双向DC/DC转换器的低压侧连接；所述超级电容器组的CAN数据信号连接超级电容管理模块CMS一端上，所述超级电容管理模块CMS另一端连接在CAN总线上；所述超级电容管理模块CMS采集超级电容器组的每个单体电容的电压、温度，并将所述数据发送给上位机；/n所述处理器设置在CAN 总线上且处理器与双向DC/DC转换器、能耗制动单元、电压检测模块和电流检测模块连接；/n所述双向DC/DC转换器的高压侧与车客渡船上设置的直流母线连接；所述电压检测模块与电流检测模块均具有一对；所述电压检测模块中其中一电压检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在超级电容组上；用于检测超级电容器组的实时电压，并将数据传送至处理器；所述电压检测模块中另一电压检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在直流母线上，用于检测渡船直流母线的实时电压，并将数据传送至处理器；/n所述电流检测模块的其中一电流检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在超级电容上，用于检测超级电容器组的实时电流，并将数据传送至处理器；所述电流检测模块的另一电流检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在直流母线上，用于检测渡船直流母线的实时电流，并将数据传送至处理器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于车客渡船的超级电容能量管理系统，所述车客渡船上设置有直流母线；其特征在于：包括超级电容器组、超级电容管理模块CMS、能耗制动单元、处理器、双向DC/DC转换器、断路器、电压检测模块、电流检测模块、CAN总线和上位机；
所述CAN总线的一端连接在上位机上；处理器通过CAN总线与上位机相连，向上位机传送数据并接受上位机指令；
所述超级电容器组与双向DC/DC转换器的低压侧连接；所述超级电容器组的CAN数据信号连接超级电容管理模块CMS一端上，所述超级电容管理模块CMS另一端连接在CAN总线上；所述超级电容管理模块CMS采集超级电容器组的每个单体电容的电压、温度，并将所述数据发送给上位机；
所述处理器设置在CAN总线上且处理器与双向DC/DC转换器、能耗制动单元、电压检测模块和电流检测模块连接；
所述双向DC/DC转换器的高压侧与车客渡船上设置的直流母线连接；所述电压检测模块与电流检测模块均具有一对；所述电压检测模块中其中一电压检测模块的一端连接在处理器上，另一端连接在超级电容组上；用于检测超级电容器组的实时电压，并将数据传送至处理器；所述电压检测模块中另一电压检测模块的一端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祖军，黄贵江，苏贞，杨奕飞，许静，吴百公，姚震球，凌宏杰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32