用于控制船用混合动力系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种至少控制第一和第二并联混合动力总成(101、102；310、320、330)的方法，该第一和第二并联混合动力总成被布置成用于驱动船舶(100)。每个动力总成均包括呈内燃发动机形式的第一推进单元(111、112；311、321、331)，该第一推进单元与呈电动马达形式的第二推进单元(121、122；312、322、332)以可操作方式连接，以驱动推进器轴(107、108；313、323、333)并产生推力，并且其中，至少一个控制单元(316、326、336；317、327、337；340)被布置成控制所有并联混合动力总成中的每个第一和第二推进单元。该方法包括：分别调节每个动力总成中的第一推进单元(111、112；311、321、331)的转速(n1、n2)，以在维持所请求的船速的同时提高该第一推进单元的效率，并且同时调节每个动力总成中的来自对应的第二推进单元(121、122；312、322、332)的负载，以提高每个动力总成和整个动力总成装置的效率。成装置的效率。成装置的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制船用混合动力系统的方法


[0001]本专利技术涉及具有多个动力总成(drivelines)的船用混合动力装置的控制，所述多个动力总成包括内燃发动机和电动马达，这些动力总成用于操作诸如休闲船的船舶。

技术介绍

[0002]大多数船用混合动力系统使用基于动力需求的控制策略，该需求由操作员控制。对于包括多个动力总成的船舶，动力需求在所有动力总成之间平均分配，并且每个动力总成中的内燃发动机和电动马达单独运行或一起运行，这取决于诸如动力需求的大小和/或蓄电单元的充电水平或荷电状态(SOC)之类的因素。
[0003]具有基于动力需求和自动化混合动力功能的控制策略的船用混合动力系统可能试图控制内燃发动机，从而以最佳效率或接近最佳的效率运行。然而，推进单元的动力需求(因此，推进单元的转速)是由操作员控制的。因此，内燃发动机的最佳效率运行通常是不可能的，并且可能以电动马达的低效运行为代价来实现。
[0004]本专利技术提供了一种改进的、用于控制船用混合动力系统的方法，并且旨在解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于控制船用混合动力系统的方法以及一种船用混合动力系统，以解决上述问题。
[0006]该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。
[0007]在下文中，术语“动力总成”用于描述包括推进单元组合的装置。这种动力总成优选是并联混合动力总成。推进单元的示例是内燃发动机(ICE)和电动马达(EM)。每个动力总成均被布置成驱动设有一个或多个推进器的推进器轴。电动马达可以由公共蓄电单元或由每个电动马达的单独蓄电单元供电。这些蓄电单元也可以称为电池。内燃发动机以所请求的或所确定的发动机速度运行。在下文中，术语“发动机速度”也可以称为第一推进单元的转速。提供合适的减速齿轮装置或另一合适的变速器，以将发动机速度减小到给推进器轴的较低旋转输出。该减速齿轮装置的位置可以取决于所使用的电动马达类型。如果推进单元以相同的转速运行，则减速齿轮装置可以例如布置在电动马达的输出轴附近。替代地，该减速齿轮装置可以布置在内燃发动机的输出轴附近，其中，该电动马达以推进器轴的旋转输出速度旋转。在下文中将遵循这些术语。
[0008]根据本专利技术的一个方面，该目的通过一种至少控制第一和第二并联混合动力总成的方法来实现，该第一和第二并联混合动力总成被布置成用于驱动船舶。每个动力总成均包括呈内燃发动机形式的第一推进单元，该第一推进单元与呈电动马达形式的第二推进单元以可操作方式连接，以驱动推进器轴并产生用于推进船舶的推力。替代的布置可以是使用这样的动力总成：该动力总成包括以可操作方式连接到单个推进器轴的两个第一推进单元和两个第二推进单元。在下文中，术语“第一推进单元”用于表示内燃发动机(ICE)，而术
语“第二推进单元”用于表示电动马达(EM)。内燃发动机经由驱动轴以可操作方式连接到电动马达，该驱动轴可以包括可选的可控离合器。至少一个控制单元被布置用于单独地控制所有并联混合动力总成中的每个第一和第二推进单元。所有的并联混合动力总成都可以由动力总成中央控制单元控制，该中央控制单元控制各个动力总成中的每个内燃发动机和电动马达。替代地，可以为各个并联混合动力总成中的每个内燃发动机和每个电动马达提供单独的控制单元。根据另一替代方案，动力总成中央控制单元可以与用于每个推进单元的各个控制单元结合使用。控制单元之间的数据传输和交换可以使用控制器局域网(CAN总线)、局域网(LAN)或类似的有线连接来进行，或者通过使用合适的无线局域网(WLAN)或诸如WiFi或蓝牙的其它无线技术来进行。
[0009]该方法包括执行以下步骤：
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接收指示船速的请求；
[0011]‑
基于所接收到的请求，确定每个第一推进单元的转速以实现所请求的船速；
[0012]‑
基于所确定的转速，从每个推进单元的效率分布图中确定第一推进单元和第二推进单元各自的效率点；
[0013]‑
分别调节每个动力总成中的第一推进单元的转速，以在维持所请求的船速的同时提高该第一推进单元的效率，以及
[0014]‑
同时调节每个动力总成中的来自对应的第二推进单元的负载，以提高每个动力总成和整个动力总成装置的效率；
[0015]其中，各个动力总成被控制，使得来自所有第一推进单元的组合转速足以维持所请求的船速。
[0016]可以从用户操作的控制器接收指示船速的请求，该控制器可以是操纵杆或多个控制杆(levers)。在操作中，操作员通过将控制器致动到零油门(zero throttle)和全油门(full throttle)之间的控制杆设置来请求船速。该控制杆在这些端点之间的位移不会对应于实际船速的线性增加。然而，发动机速度将是控制杆位移的线性函数，从而，控制杆到特定设置的位移实际上是对与该设置相对应的发动机速度的请求。因此，用户做出了指示船速的请求,并且所述控制单元接收对发动机速度的请求。
[0017]控制器可以是控制所有动力总成的单个操纵杆。该控制器还可以包括用于控制一个或多个动力总成的一个或多个控制杆。例如，包括两个动力总成的装置可以具有两个控制杆，这些控制杆可以单独或一起移位。三重装置可以具有三个控制杆，其中，中心控制杆可以输出表示发动机速度请求的平均值的信号。四重装置则可以使用两个控制杆，每个控制杆各自控制两个动力总成。当请求船速时，这些控制杆通常一起移位。对此的例外当然是低速操纵，例如入坞操纵，其中可能需要单独的移位以实现期望方向上的船舶移位。对于具有超过四个动力总成的装置，优选允许每个控制杆控制不止一个动力总成。
[0018]如上所述，基于所接收到的来自操作员的请求，控制每个第一推进单元的转速以实现所请求的船速。然而，如果所请求的船速低于当前转速的预定极限，则可以替代地通过离合器控制来实现期望的速度。例如，可以通过在第一推进单元以其怠速速度或刚好高于其怠速速度运行的同时允许离合器滑动来实现用于入坞的相对较低的操纵速度。
[0019]内燃发动机和电动马达在将能量转换为机械运动方面都具有最佳效率点。本专利技术的目的是平衡动力总成之间的组合效率映射(combined efficientcy mapping)，以实现所
有动力总成的最佳可能组合效率。每个ICE和EM的效率点由存储在中央控制单元或每个单独控制单元中的效率分布图(efficiency maps)确定。下面将更详细地描述效率分布图的示例。
[0020]当使用中央控制单元或多个控制单元时，控制推进单元所需的数据将需要在中央控制单元和动力总成之间进行交换，或者在每个动力总成的单独控制单元之间进行交换，以便所有推进单元可以一起运行。执行对这些推进单元的协调控制主要是为了维持所请求的速度。当分别调节每个动力总成中的第一推进单元的转速时，维持所请求的速度的要求将需要在控制单元之间交换数据。根据本专利技术，各个动力总成被控制，使得所有动力总成的推进器轴的组合旋转输出速度或平均旋转输出速度足本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.至少控制第一和第二并联混合动力总成(101、102、310、320、330)的方法，所述第一和第二并联混合动力总成被布置成用于驱动船舶(100)，其中，每个动力总成均包括呈内燃发动机形式的第一推进单元(111、112；311、321、331)，所述第一推进单元(111、112；311、321、331)与呈电动马达形式的第二推进单元(121、122；312、322、332)以可操作方式连接，以驱动推进器轴(107、108；313、323、333)并产生推力，并且其中，至少一个控制单元(316、326、336；317、327、337；340)被布置成控制所有并联混合动力总成中的每个第一推进单元和第二推进单元；其特征在于，所述方法执行以下步骤：
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接收指示船速的请求；
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基于所接收到的请求，确定每个第一推进单元(111、112；311、321、331)的转速以实现所请求的船速；
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基于所确定的转速，从每个推进单元的效率分布图中确定所述第一推进单元和所述第二推进单元各自的效率点(P1、P2；E1、E2)；
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分别调节每个动力总成中的所述第一推进单元(111、112；311、321、331)的转速(n1、n2)，以在维持所请求的船速的同时提高该第一推进单元的效率，以及
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同时调节每个动力总成中的来自对应的第二推进单元(121、122；312、322、332)的负载，以提高每个动力总成和整个动力总成装置的效率；其中，各个动力总成被控制，使得来自所有第一推进单元的组合转速足以维持所请求的船速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过响应于对应动力总成中的对应的第一推进单元(111、112；311、321、331)的转速的调节来减小或增加来自所述第二推进单元的负载，来调节至少一个动力总成中的所述第二推进单元(121、122；312、322、332)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节至少一个第一推进单元(111、112；311、321、331)的转速，并且允许所述至少一个第一推进单元以与至少一个其它第一推进单元不同的转速运行。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，控制至少一个动力总成(101、102；310、320、330)，以与一个或多个附加的动力总成不同的旋转输出速...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：科派克系统公司，
类型：发明
国别省市：