CN110789700B - 一种船舶电池动力功率管理***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶电池动力功率管理***的控制方法,所述方法包括:方法包括:根据负载设备参数、电源设备参数和电源状态参数,结合船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值;结合负载位置参数和电源位置参数,通过电源控制模块控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值。本发明通过计算得到船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值,并控制船舶电源模块输出最优输出电流值,从而降低电池电力船舶***的无效热损耗,实现提高电池动力船舶的在运营中动力电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域,尤其涉及一种船舶电池动力功率管理***的控制方法。
背景技术
通常电池动力船舶的电池单元使用为电池单元并网使用***。船舶动力电池的工作放电电流因为船舶负载的需求被动输出,蓄电池单元的电流输出是基于电力***结构和电池参数的被动输出,容易产生***局部高电流输出,产生无效发热。针对未来大型货运船舶高功率电池动力需求,船舶蓄电池单元设计成本一直制约着电池动力船的开发、市场普及和运营效率。为了提高电池动力船舶的在运营中动力电池效率,降低电池电力船舶***的无效热损耗已经成为电池动力船舶的核心技术要点。
发明内容
本发明提供了一种船舶电池动力功率管理***的控制方法,通过计算得到船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值,并控制电源控制模块以控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值,以解决现有的船舶电池动力功率***产生局部高电流输出,引起无效发热的技术问题,从而尽可能地降低电池电力船舶***的无效热损耗,进而实现提高电池动力船舶的在运营中动力电池效率。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种船舶电池动力功率管理控制方法,包括:
获取船舶负载模块的负载位置参数和负载设备参数,以及船舶电源模块的电源位置参数、电源设备参数,以及电源状态参数;
根据所述负载设备参数、所述电源设备参数和所述电源状态参数,结合所述船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值;
结合所述负载位置参数和所述电源位置参数,通过电源控制模块控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值。
作为优选方案,所述根据所述负载设备参数、所述电源设备参数和所述电源状态参数,结合所述船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值,包括:
根据所述负载设备参数和所述电源设备参数计算得到***内部的总电阻值和最大额定工作电流值;
根据所述电源状态参数计算得到***的实际工作电流值;
根据电工学热损耗公式,结合所述总电阻值、所述最大额定工作电流值和所述实际工作电流值计算得到***输出的无效热损耗值;
结合所述船舶负载模块的工作需求,根据所述***输出的无效热损耗值计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的最优输出电流值。
作为优选方案,所述电源状态参数包括电源输出电压、电流值。
作为优选方案,所述电源状态参数的获取是通过在***内部根据电网母线结构设定多个电流节点进行电压及电流值检测获取。
作为优选方案,所述电工学热损耗公式为:P=I2*R,经过变换得到:
△P=I额定 2*R-I工作 2*R;
其中,I额定为最大额定工作电流;I工作为实际工作电流;R为***内部电阻;△P为***无效电流热损耗值。
相比于现有技术,本发明实施例具有如下有益效果:
本发明通过计算得到船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值,并控制电源控制模块以控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值,以解决现有的船舶电池动力功率***产生局部高电流输出,引起无效发热的技术问题,从而尽可能地降低电池电力船舶***的无效热损耗,进而实现提高电池动力船舶的在运营中动力电池效率。
附图说明
图1:为本发明实施例中的船舶电池动力功率管理***结构示意图;
其中,说明书附图的附图标记如下:
①船舶负载单元、②电池组单元、③电源控制单元、④功率管理***单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参照图1,本发明优选实施例提供了一种船舶电池动力功率管理***,包括:船舶负载模块、船舶电源模块、电源控制模块和功率管理***单元;
所述船舶负载模块的电源输入端通过所述电源控制模块与所述船舶电源模块电连接;所述电源控制模块通过接收控制指令以控制所述船舶电源模块的放电功率大小对所述船舶负载模块的输出电流进行控制;
所述功率管理***单元通过通信线缆分别与所述船舶负载模块、所述船舶电源模块和所述电源控制模块相连接,所述功率管理***单元用于获取所述船舶负载模块、所述船舶电源模块和所述电源控制模块的检测数据并发送相应的控制指令。
本发明通过功率管理***单元对上述船舶电池动力功率管理***进行电流控制,通过电缆连接可以对船舶负载模块、船舶电源模块及电源控制模块进行工作状态监测,功率管理***单元内部预先设置了船舶负载模块和船舶电源模块的位置和设备参数。功率管理***单元基于船舶负载模块和电源控制模块的位置和设备参数,结合船舶负载模块的工作需求和电源控制模块状态参数,通过对电源控制模块的控制来实现对电源控制模块的输出电流调整与控制,起到降低***无效电流热损耗的目的。
在另一实施例中,所述船舶负载模块包括多个负载单元,所述负载单元之间通过串联电路进行电连接。在本实施例中,所述电源控制模块包括多个电源控制单元,所述电源控制单元与所述负载单元的电力母线电连接。在本实施例中,所述船舶电源模块包括多个电池组单元,所述电池组单元与所述电源控制单元一一对应电连接,以使所述电源控制单元对所述电池组单元的放电功率大小进行对应控制。进一步实现***中电源控制模块的每个电源控制单元工作电流的优化,尽可能地起到降低***无效电流热损耗的目的。
应该说明的是,在上述任一实施例中,所述电池组单元包括蓄电池。
功率管理***单元在线监控所有蓄电池单元状态和船舶负载消耗需求,为船舶蓄电池单元的协调输出控制提供依据;通过电池组放电控制单元控制船舶蓄电池单元的工作输出电路,可以让所有船舶蓄电池单元均衡工作在低电流工况,避免高电流工作工况;并根据船舶蓄电池组单元的布置,协调控制船舶蓄电池单元工作电路参数,通过蓄电池单元协调控制,避免直流母线上出现高峰值工作电流,造成直流母线因为温升引起的不必要能耗。
本发明实施例还提供了一种船舶电池动力功率管理控制方法,包括:
S1,获取船舶负载模块的负载位置参数和负载设备参数,以及船舶电源模块的电源位置参数、电源设备参数,以及电源状态参数;在本实施例中,所述电源状态参数包括电源输出电压、电流值。在本实施例中,所述电源状态参数的获取是通过在***内部根据电网母线结构设定多个电流节点进行电压及电流值检测获取。
S2,根据所述负载设备参数、所述电源设备参数和所述电源状态参数,结合所述船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值;在本实施例中,所述步骤S2,包括:S21,根据所述负载设备参数和所述电源设备参数计算得到***内部的总电阻值和最大额定工作电流值;S22,根据所述电源状态参数计算得到***的实际工作电流值;S23,根据电工学热损耗公式,结合所述总电阻值、所述最大额定工作电流值和所述实际工作电流值计算得到***输出的无效热损耗值;S24,结合所述船舶负载模块的工作需求,根据所述***输出的无效热损耗值计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的最优输出电流值。
S3,结合所述负载位置参数和所述电源位置参数,通过电源控制模块控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值。
功率管理***单元通过电缆连接可以监测到船舶负载模块的工作电流(可以等效输出功率)、船舶电源模块电压(可以根据电池工作曲线换算电池单元容量)及电源控制模块(输出电流)进行工作状态监测,同时***内部根据电网母线结构设定多个电流节点,通过电池单元输出电流和工作负载位置和电流进行电流等效叠加,实现基于负载位置的距离远离,工作电流衰减原则进行电池单元输出电流的控制。同时基于就近电池单元的可持续工作时间下的等效可工作电流进行基数时间分解,可以获得各个工作点的最优工作电流匹配输出。如:对于主推进负载需求电流IA,计化投入动力电池单元50个,左右双向供电,电池单元均布。则控制策略一,单向电池单元为25个,因为蓄电池单元均布,负载电流均分工况下,总无效热损耗最小,则功率管理***控制电源控制模块按照工作电流的五十分之一额定电流进行输出,而不是就近电池组满负荷输出,用完后逐次远离的电池单元投入。
在另一实施例中,所述电工学热损耗公式为:P=I2*R,经过变换得到:
△P=I额定 2*R-I工作 2*R;
其中,I额定为最大额定工作电流;I工作为实际工作电流;R为***内部电阻;△P为***无效电流热损耗值。
根据计算得出100%满负荷输出和10%的电流输出在蓄电池单元和传输电缆产生的等功率输出的无效热损耗高达9倍,因此通过协调降低船舶各个位置蓄电池单元的输出电流,在达到所需要输出功率的情况下,可以减少蓄电池组和电缆热损耗的90%。
基于电工学热损耗公式P=I2*R,得出100%满负荷输出和10%的电流输出在蓄电池单元和传输电缆产生的等功率输出的无效热损耗高达9倍,因此通过协调降低船舶各个位置蓄电池单元的输出电流,在达到所需要输出功率的情况下,可以减少蓄电池组和电缆热损耗的90%。通过监测负载需求,根据船舶蓄电池单元的布置和能力,动态协调全部蓄电池单元的输出电流,在满足船舶负载功率需求的情况下,降低***无效热损耗。
本发明实施例提供了一种基于分布式蓄电池单元电池动力船舶的动态功率管理***,通过对每个船舶蓄电池单元放电工作电流进行协调控制,有效降低***单点工作电流值,在满足***正常工作的前提下,实现电池动力***的无效热损耗的降低。本方案在保证电池动力货运船舶安全运营前提下,能够通过合理、灵活的电流匹配性控制,不仅满足船舶动力蓄电池组工作安全性,还有效地降低船舶电力***无效热损耗,进一步降低电池***的设计和使用成本。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种船舶电池动力功率管理***的控制方法,其特征在于,所述船舶电池动力功率管理***包括:船舶负载模块、船舶电源模块、电源控制模块和功率管理***单元;
所述船舶负载模块包括多个负载单元,所述负载单元之间通过串联电路进行电连接;所述电源控制模块包括多个电源控制单元,所述电源控制单元与所述负载单元的电力母线电连接;所述船舶电源模块包括多个电池组单元,所述电池组单元与所述电源控制单元一一对应电连接,以使所述电源控制单元对所述电池组单元的放电功率大小进行对应控制;所述电池组单元包括蓄电池;
所述船舶负载模块的电源输入端通过所述电源控制模块与所述船舶电源模块电连接;所述电源控制模块通过接收控制指令以控制所述船舶电源模块的放电功率大小对所述船舶负载模块的输出电流进行控制;
所述功率管理***单元通过通信线缆分别与所述船舶负载模块、所述船舶电源模块和所述电源控制模块相连接,所述功率管理***单元用于获取所述船舶负载模块、所述船舶电源模块和所述电源控制模块的检测数据并发送相应的控制指令;
所述船舶电池动力功率管理***的控制方法包括:
获取船舶负载模块的负载位置参数和负载设备参数,以及船舶电源模块的电源位置参数、电源设备参数,以及电源状态参数;
根据所述负载设备参数、所述电源设备参数和所述电源状态参数,结合所述船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值;
结合所述负载位置参数和所述电源位置参数,通过电源控制模块控制所述船舶电源模块输出所述最优输出电流值。
2.如权利要求1所述的船舶电池动力功率管理***的控制方法,其特征在于,所述根据所述负载设备参数、所述电源设备参数和所述电源状态参数,结合所述船舶负载模块的工作需求,计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的优化输出电流值,包括:
根据所述负载设备参数和所述电源设备参数计算得到***内部的总电阻值和最大额定工作电流值;
根据所述电源状态参数计算得到***的实际工作电流值;
根据电工学热损耗公式,结合所述总电阻值、所述最大额定工作电流值和所述实际工作电流值计算得到***输出的无效热损耗值;
结合所述船舶负载模块的工作需求,根据所述***输出的无效热损耗值计算得到所述船舶电源模块在***无效电流热损耗值最小中的最优输出电流值。
3.如权利要求2所述的船舶电池动力功率管理***的控制方法,其特征在于,所述电源状态参数包括电源输出电压、电流值。
4.如权利要求2所述的船舶电池动力功率管理***的控制方法,其特征在于,所述电源状态参数的获取是通过在***内部根据电网母线结构设定多个电流节点进行电压及电流值检测获取。
5.如权利要求2所述的船舶电池动力功率管理***的控制方法,其特征在于,所述电工学热损耗公式为:P=I2*R,经过变换得到:
△P=I额定 2*R-I工作 2*R;
其中,I额定为最大额定工作电流;I工作为实际工作电流;R为***内部电阻;△P为***无效电流热损耗值。
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