CN105102318B - 具有电驱动的船 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电驱动和主电压源的船，所述主电压源为所述电驱动提供电力，并且所述船具有辅助电压源，所述辅助电压源为至少一个额外部件提供电力。根据本发明，提供一种用于对所述辅助电压源进行充电的充电装置，其中，所述充电装置连接到所述主电压源。

Description

具有电驱动的船
技术领域
本发明涉及一种对设置具有电驱动的船上的辅助电压源进行充电的方法，该辅助电压源为至少一个额外部件提供电力，其中，为电驱动提供电力的主电压源设置在船上。
背景技术
本发明涉及具有电驱动的船，该船具有相关联的DC电压源，以对各种电子部件提供电源，特别是驱动部件，并且该船具有另一个DC电压源，以用于向例如控制部件和监控部件提供电力。
在具有电驱动的船中提供两个单独的能量存储(例如电池)通常是必要的。使用两个能量存储的必要性可起因于例如在驱动/功率部件和控制部件的可用性方面上的不同需求。电源电路的部件和控制电路的部件通常对电源电压的电平有不同需求，结果是必须提供具有不同电压的能量存储。
为此目的，例如在船上提供了向功率部件(例如，电驱动，特别是电动马达)提供电力的主电压源以及用于向控制部件提供电力的辅助电压源。由于功率部件具有较高的功率需求，主电压源的能量含量大于辅助电压源的能量含量。
发明内容
本发明所解决的问题在于提出一种对船的辅助电压源进行充电的方法。
此问题通过具有权利要求1所述的特征的方法而解决。
船被连接到地上的电压源，以便对主电压源进行充电。本发明使得能够从主电压源对辅助电压源进行充电。辅助电压源因此不需要连接到地上的电源。因此，仅需要制造在船上的电气设施与地之间的一个接口/连接点。
为了使用船，船必须从地连接断开，结果是中止了主电压源的充电。一旦已经中断地连接，根据本发明还能够从主电压源对辅助电压源进行充电。因此，还可以在旅途期间确保辅助电压源的充电的充足状态以及由此对控制部件(并且特别是***件)的可靠供应。
通常在船上，所有安全相关部件，例如紧急停止回路、绝缘监测仪、水位监测仪、驱动控制器或者GPS，连接到辅助电压源。同时，用于舒适的额外部件，例如冷却单元、加热元件、照明，通常连接到辅助电压源。存在如下危险：辅助电压源负荷由所述额外的电消耗器荷载如此沉重并且放电如此多，以致所述辅助电压源的能量含量降低到不再足以为***件供应电力的值。
***件用于例如在发生问题的情况下将高电压源的连接端子切换为与电源隔离。因此，例如，在***件失效的情况下，可中断主电压源的单元与主电压源的连接端子之间的电连接，结果是不再为连接到连接端子的电驱动提供电力，尽管主电压源依然具有足够的能量含量。船变得不再操纵灵活的，结果是对船员有危险的情况会发生。根据本发明，从主电压源对船上装载的辅助电压源进行充电的可能性存在。
在具有大功率电驱动的船上，电驱动通常被设计为高电压***，以便在驱动***中以可控制方式保持功率电平。然而，利用控制、监控电驱动以及使其安全的控制、监控和安全装置不是功率部件，而是因此通常被设计为低电压***。在本发明的实施例中，因此，高电压源被提供为主电压源，而低电压源被提供为辅助电压源。
特别地，具有大于60伏、大于100伏或大于200伏的端电压的电压源应该被称为高电压源。低电压源应该优选地具有最多48伏、24伏或者12伏的端电压。
根据本发明，从主电压源特别是高电压源对辅助电压源特别是低电压源进行充电。为此目的，提供用于辅助电压源的辅助充电装置，所述辅助充电装置连接到主电压源并从主电压源对辅助电压源进行充电。因此，例如，在主电压源被设计为高电压源而辅助电压源被设计为低电压源的情况下，辅助充电装置提供为具有DC-DC转换器，借助于所述DC-DC转换器，高电压源的较高电压可以转化为辅助电压源的较低电压电平。
主电压源被用于向电驱动特别是电动马达提供电力。电驱动比连接到辅助电压源的辅助单元具有显著更高的功率。相应地，主电压源比辅助电压源具有显著更好的能量含量。用于对主电压源进行充电的主充电装置相应地也比用于对辅助电压源进行充电的充电装置具有显著更高的功率。优选地，主充电装置被配置为使得可以在预定时间周期内同时对主电压源以及连接到主电压源的辅助电压源进行充电。为此目的，由于与单独地对主电压源进行充电相比，主充电装置仅仅需要施加稍多一点的电力，主充电装置可以设计为具有低的额外容量，以使得其可以额外地提供辅助电压源。
主电压源和辅助电压源都优选地设计为可充电电池。本发明可以在具有任意期望单元化学成分(chemistry)的电池的情况下使用。优选地，锂电池、锂离子电池、锂锰电池或者锂锰钴电池被用作电压源，以作为主电压源和/或辅助电压源。
高电压电源通常具有其自己的控制装置。所述控制装置通常由低电压源供应。为了使用者的安全，例如，可以提供控制装置，只有当所述控制装置由低电压源供应的情况下，确保高电压源可以在其连接端子处切换其电压。即，在开始高电压源的充电之前，低电压源必须已经是可用的。
优选地，提供低电压源，其具有足够大的能量含量，在对额外部件以及其它消耗器放电(其应被考虑到)的情况下以及在假定的自放电的情况下，其在通常时间周期之后仍然能够实现高电压源的连接。优选地，低电压源具有至少30Ah(优选地至少40Ah)的电量。在运动船的情况下，适合于此的电池可以具有例如至少44Ah的电量。
在连接高电压源之后，可以从高电压源对低电压源进行充电。然而，同时，也可以借助于主充电装置对高电压源进行充电。高电压源的主充电装置应该因此具有适合于同时对高电压源和低电压源进行充电的电力。
可以由设置在船上或地上的主充电装置对主电压源进行充电。如果主充电装置设置在地上，则地与船之间的DC电压连接是必要的。如果用于主电压源的充电装置设置在船上，则地与船之间的AC电压连接是必要的。
由于辅助电压源也可以用于供应额外部件，那么额外部件的电源的电气解耦和***的电源以及安全相关部件是有利的。
这可以例如通过额外部件的电源以及借助于开关或反向隔断阀(例如，借助于二极管)彼此解耦的安全相关部件的电源来实现，结果是额外部件的电源的下降不会中断安全相关部件的电源。
辅助电压源优选地用于额外部件的电源，以及有利地从主电压源经由DC-DC转换器对安全相关部件供应电力。经由辅助电压源的电源确保了即便在脉冲形式的电力需求情况下对额外部件进行可靠地供应。用于对舷外马达进行修整(trim)和/或倾斜的辅助马达的操作是典型的脉冲荷载，其必须由辅助电压源进行缓冲。
如果辅助电压源的暂时性过载将要发生，安全相关部件的操作不会受削弱，因为所述部件具有自己的电源，并且通过开关或者反向隔断阀从辅助电压源解耦。
特别地，二极管可以用作反向隔断阀。为了减少正向损耗，二极管可以由反向驱动的MOSFET替换，其沟道在电流流经反向二极管时额外地打开。
假如主电压源还没有连接，特别是当电压目前还未跨(across)主电压源的连接端子时，也不会从主电压源经由DC-DC的转换器对安全相关部件进行供应。在此情况下，安全相关部件的电源可经由反向隔断阀来进行，所述反向隔断阀允许电流仅在从辅助电压源到安全相关部件的方向上流动，而反之则不然。这意指，在主电压源打开之前，从辅助电压源经由开关或者反向隔断阀对安全相关部件进行供应。由于主电压源通常由安全相关部件(例如，保护和控制电路)来保护，并且仅仅当各个安全相关部件能够打开时打开，确保了主电压源可以打开，并且在打开之后，安全相关部件的电源经由DC-DC转换器来进行。
根据本发明的用于对辅助电压源进行充电的方法允许在不同时间对主电压源和辅助电压源进行充电。可以独立于主电压源的充电而对辅助电压源进行充电。特别地，还可以在船还没有停靠在陆地时对辅助电压源进行充电。
附图说明
将在下面的示范性实施例中更详细地解释本发明和本发明的进一步细节。附图中：
图1示出了根据本发明的在船上的电源，以及
图2示出了本发明的进一步实施例。
具体实施方式
具有电驱动1的船具有高电压源2，电驱动1连接到高电压源2。高电压源2是可充电的锂离子电池，其具有例如80Ah、100Ah、150Ah或200Ah的最大电量和大于200V(例如300V、350V或400V)的额定电压。其它电力消耗器可以同样连接到电源线3，电源线3连接到高电压源2。
可以经由设置在船上并且连接到电源线3的主充电装置4来对高电压源2进行充电。为了对高电压源2进行充电，主充电装置4连接到电源，该电源在图中未示出并且其位于船的外侧，例如在地上。船上电子***与地上电子***之间的接口由附图标记7来标记。
在船上还提供了低电压源5，所述低电压源具有例如12V、24V、或48V的端电压。用于船员的舒适的几个电气部件以及诸如控制装置、导航***以及特别是将高电压源2连接到电源线3或者使高电压源从电源线断开的安全电路之类的安全相关部件连接到低电压源5。
根据本发明，在船上提供了辅助充电装置6，并且将辅助充电装置6连接到电源线3。辅助充电装置6包括DC-DC转换器，并且使得能够从高电压源2对低电压源5进行充电。
图2示出了根据本发明的电路的另一个实施例。以完全相同的附图标记来提供两个图中完全相同的部件。
该电路包括与图1中电路相对应的电动马达1、高电压源2、主充电装置4、低电压源5以及辅助充电装置6。
额外部件8(例如照明或者消费性电子产品)以及安全相关部件9连接到低电压源5。在图2中，例如，为安全相关部件9提供安全电路，该安全电路在必要时打开开关12，并且因此将高电压源2的连接端子切换为与电源隔离。
额外部件8直接连接到低电压源5，并且从低电压源5向额外部件8提供电力。根据本发明，在船上提供辅助充电装置6，并且将其连接到电源线3。辅助充电装置6包括DC-DC转换器并且使得能够从高电压源2对低电压源5进行充电。
在根据图2的实施例中，低电压源5还用于对额外部件9进行供应。在此情况下，提供额外部件的电源与***部件和安全相关部件的电源的解耦是有利的。
经由连接到电源线3的另一个DC-DC转换器10对安全相关部件9提供电力。
反向隔断阀11(例如，二极管)用于电气解耦。DC-DC转换器10用于安全相关部件的电源，该DC-DC转换器从高电压源2为安全相关部件提供低电压。
安全相关部件9因此从额外部件8的剩余部分解耦，并以从低电压源5解耦的方式来进行供应。如果由于所连接额外部件8，低电压源5的暂时性过载会发生，安全相关控制器9的操作不会受削弱，因为所述控制器9有其自己的电源10，并且通过反向隔断阀11从低电压源5解耦。
在最简单的情况下，反向隔断阀11可以是二极管。为了减少正向损耗，二极管可以由反向驱动的MOSFET替代，其沟道在电流流经反向二极管时额外地打开。
通过将主低电压电路连接到低电压源5确保对具有脉冲形式电力需求的额外部件8的可靠供应。用于对舷外马达进行修整和/或倾斜的辅助马达的操作是此类型的典型脉冲荷载，其必须由低电压源5进行缓冲。

Claims (14)

1.一种船，所述船具有电驱动和主电压源，所述主电压源为所述电驱动提供电力，并且所述船具有辅助电压源，所述辅助电压源为至少一个额外部件提供电力，特征在于：提供用于对所述辅助电压源进行充电的充电装置，其中，所述充电装置连接到所述主电压源，并且特征在于：所述主电压源具有保护和/或控制电路，其中，所述保护和/或控制电路经由用于电源目的的DC-DC转换器连接到所述主电压源，并且特征在于：所述保护和/或控制电路经由开关或者反向隔断阀连接到所述辅助电压源。
2.根据权利要求1所述的船，特征在于：所述主电压源是具有大于60V的端电压的高电压源，以及所述辅助电压源是具有最多48V的端电压的低电压源。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的船，特征在于：所述主电压源和所述辅助电压源是可充电电池。
4.根据权利要求1或2所述的船，特征在于：在所述船上提供用于所述主电压源的保护和控制电路以及用于所述主电压源的充电装置，特征在于：用于所述主电压源的所述保护和控制电路和/或所述充电装置连接到所述辅助电压源。
5.根据权利要求1或2所述的船，特征在于：提供用于所述主电压源的充电装置，其中，用于所述主电压源的所述充电装置具有使得能够在期望时间内达到所述主电压源的充电终止电压并且同时从主电压源将所述辅助电压源充电至其充电终止电压的容量。
6.一种用于对设置在具有电驱动的船上的辅助电压源进行充电的方法，所述辅助电压源为至少一个额外部件提供电力，其中，为所述电驱动提供电力的主电压源设置在所述船上，特征在于：所述辅助电压源借助于所述主电压源进行充电，并且特征在于：所述主电压源具有保护和/或控制电路，其中，所述保护和/或控制电路经由用于电源目的的DC-DC转换器连接到所述主电压源，并且特征在于：所述保护和/或控制电路经由开关或者反向隔断阀连接到所述辅助电压源。
7.根据权利要求6的方法，特征在于：所述主电压源具有大于60V的端电压，以及所述辅助电压源具有最多48V的端电压。
8.根据权利要求6和7中的一项所述的方法，特征在于：所述主电压源和所述辅助电压源在不同时间进行充电。
9.根据权利要求6或7所述的方法，特征在于：在所述船上提供用于所述主电压源的保护和控制电路以及用于所述主电压源的充电装置，其中，用于所述主电压源的所述保护和控制电路和/或所述充电装置由所述辅助电压源供应电流。
10.根据权利要求6或7所述的方法，特征在于：所述辅助电压源具有至少30Ah的电量。
11.根据权利要求6或7所述的方法，特征在于：所述反向隔断阀是二极管。
12.根据权利要求6或7所述的方法，特征在于：所述反向隔断阀是MOSFET。
13.根据权利要求12所述的方法，特征在于：所述反向隔断阀是在反向方向上驱动的MOSFET。
14.根据权利要求6或7所述的方法，特征在于：所述反向隔断阀是基于MOSFET结构的电路，其中，所述MOSFET沟道在导通状态下开启，结果是降低了正向损耗。
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