CN112249291B - 一种船用燃料电池单元的控制方法及混合电力推进*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种船用燃料电池单元的控制方法及混合电力推进***，方法包括：根据燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池；确定燃料电池的工作状态并根据功率需求确定燃料电池的目标输出功率，通过燃料电池控制器获取燃料电池的实际输出功率；判断实际输出功率与所目标输出功率的差值是否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以维持燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制DC/DC变换器以调节燃料电池的输出功率至目标输出功率；根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃料电池。本发明实施例提供的技术方案，结合燃料电池的工作状态制定适宜的能量分配策略，实现了有效的节能减排。

Description

一种船用燃料电池单元的控制方法及混合电力推进***

技术领域

本发明实施例涉及船舶电源技术领域，尤其涉及一种船用燃料电池单元的 控制方法及混合电力推进***。

背景技术

船舶作为海上主要的交通工具，对船舶的供电***以及供电策略的研究提 出了更高的要求。

目前提出了一种混合动力电源***，包括多个相互串联的电源模块，每一 该电源模块包括一燃料电池单元以及一锂离子电池单元，该燃料电池单元与该 锂离子电池单元并联连接。锂离子电池单元分别通过各自的燃料电池单元对其 进行充放电管理，导致该混合动力电源***不能统筹全部燃料电池单元的工作 状态制定适宜的能量分配策略，不能达到有效的节能减排。

发明内容

本发明实施例提供了一种船用燃料电池单元的控制方法及混合电力推进系 统，以结合燃料电池的工作状态制定适宜的能量分配策略，实现有效的节能减 排。

第一方面，本发明实施例提供了一种船用燃料电池单元的控制方法，船上 包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元均与能量综合管理模块连接，所述 能量综合管理模块用于控制燃料电池单元中燃料电池的供电，方法包括：

确定燃料电池开启编号，并根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃 料电池；

确定所述燃料电池的工作状态并根据功率需求确定所述燃料电池的目标输 出功率，通过燃料电池控制器获取所述燃料电池的实际输出功率；其中所述工 作状态包括稳态和暂态；

判断所述实际输出功率与所述目标输出功率的差值是否在预设差值范围内； 若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以维持所述燃料电 池的输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器 以调节所述燃料电池的输出功率至所述目标输出功率；

确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃 料电池。

可选的，所述供电模块还包括供氢单元，所述供氢单元包括氢***控制器 和多个氢气瓶组；每个所述燃料电池的燃料电池控制器以及所述氢***控制器 均与综合能量管理单元连接；

所述根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池，包括：

所述综合能量管理单元传输所述燃料电池开启编号至所述氢***控制器；

所述氢***控制器根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的所述氢气瓶 组的阀门；

所述氢***控制器判断对应的所述氢气瓶组的阀门是否开启成功；若不成 功，则向所述综合能量管理单元反馈氢气瓶组开启失败信号；所述综合能量管 理单元向所述氢***控制器传输下一燃料电池开启编号；若成功，则

向所述综合能量管理单元反馈氢气瓶组开启成功信号；所述综合能量管理 单元接收到所述氢气瓶组开启成功信号后，根据所述燃料电池开启编号向对应 的所述燃料电池控制器发送开启指令信号。

可选的，根据所述燃料电池开启编号向对应的所述燃料电池控制器发送开 启指令信号，还包括：

所述燃料电池控制器判断所述燃料电池在预设时间内是否开启成功；若成 功，则控制所述燃料电池输出电流；若不成功，则

向所述综合能量管理单元反馈燃料电池开启失败信号；所述综合能量管理 单元向燃料电池控制器再次发送开启指令信号。

可选的，所述综合能量管理单元向燃料电池控制器再次发送开启指令信号 后，还包括：

所述综合能量管理单元判断发送所述开启指令信息的次数是否在预设次数 内，若超过预设次数，则控制启动另一所述燃料电池。

可选的，所述通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输 出功率至所述目标输出功率，包括：

所述综合能量管理单元根据所述目标输出功率、所述实际功率以及暂态设 定时间确定所述燃料电池的输出功率的变化率，并将相应计算出来的功率信号 传输给DC/DC变换器的DC/DC控制器；

所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以调节所述 燃料电池的输出功率。

可选的，所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以 调节所述燃料电池的输出功率后，还包括：

所述综合能量管理单元接收燃料电池控制器反馈所述燃料电池的的实际输 出功率，并判断所述燃料电池的实际输出功率在暂态设定时间内是否跟上目标 输出功率，若没有，则增加所述设定暂态时间。

可选的，所述暂暂态设定时间不超过10秒。

可选的，所述确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭编号控制 关闭对应的燃料电池，包括：

所述综合能量管理单元根据所述燃料电池关闭编号通过燃料电池控制器控 制关闭所述燃料电池，并控制与所述燃料电池一一对应连接的DC/DC变换器降 低输出功率至零；

所述燃料电池控制器向所述综合能量管理单元回馈关机信号；

所述综合能量管理单元根据所述关机信号向所述氢***控制器传输关闭阀 门信号以控制关闭为所述燃料电池供氢气的氢气瓶组。

可选的，所述燃料电池控制器向所述综合能量管理单元回馈关机信号后， 还包括：

控制停止设置在所述燃料电池和所述氢气瓶组之间管路上的比例调节阀动 作。

第二方面，本发明实施例提供了混合电力推进***，包括能量综合管理模 块，还包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元均与能量综合管理模块连接， 所述能量综合管理模块用于对燃料电池单元中燃料电池的控制，包括用于确定 燃料电池开启编号，并根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池； 还用于根据功率需求实时确定所述燃料电池的目标输出功率，并通过燃料电池 控制器获取所述燃料电池的实际输出功率；判断所述实际输出功率与所述目标 输出功率的差值是否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控制与 其相连的DC/DC变换器以维持所述燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围 内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率致所述目标输出功率；以及用于确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭 编号控制关闭对应的燃料电池。

本发明实施例提供了一种船用燃料电池单元的控制方法及混合电力推进系 统，混合电力推进***包括多个燃料电池单元和能量综合管理模块，每个燃料 电池单元均与能量综合管理模块连接，控制方法包括：确定燃料电池开启编号， 并根据燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池；确定燃料电池的工作状态 并根据功率需求确定燃料电池的目标输出功率，通过燃料电池控制器获取燃料 电池的实际输出功率；其中工作状态包括稳态和暂态；判断实际输出功率与所 目标输出功率的差值是否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控 制与其相连的DC/DC变换器以维持燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围 内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节燃料电池的输出功率至目标输出功率；确定燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃 料电池。本发明实施例提供的技术方案，结合燃料电池的工作状态制定适宜的 能量分配策略，实现了有效的节能减排。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种混合电力推进***的结构框图；

图2是图1所示混合电力推进***中各控制器间的连接关系示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种混合电力推进***的结构框图；

图4是本发明实施例提供的另一种混合电力推进***的结构框图；

图5是本发明实施例提供的一种混合电力推进***的启动方法流程图；

图6是本发明实施例提供的一种船用蓄电池单元的控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的一种船用蓄电池的电压曲线图；

图8是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元的控制方法的流程图；

图9是图8所示的方法流程图中针对步骤S310中的各步骤的流程图；

图10是图8所示的方法流程图中针对步骤S310中的各步骤的另一种流程 图；

图11是图8所示的方法流程图中针对步骤S330中的各步骤的流程图；

图12是本发明实施例提供的另一种船用燃料电池单元的控制方法的流程 图；

图13是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在非模式控制下的控 制策略图；

图14是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在非模式控制下的开 启等级示意图；

图15是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在非模式控制下的开 启数量示意图；

图16是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在模式控制下的控制 方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此 处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需 要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结 构。

本发明实施例提供了一种混合电力推进***，图1是本发明实施例提供的 一种混合电力推进***的结构框图，参考图1，包括：

启动开关110，用于根据输入的启动信息生成启动信号；

不间断电源单元120，与所述启动开关110连接，用于根据启动信号为蓄电 池单元12、燃料电池单元11和能量综合管理模块30供电，以使蓄电池单元12、 燃料电池单元11和能量综合管理模块30完成自检；

能量综合管理模块30，与启动开关110连接，用于在接收到启动信号后获 取蓄电池单元12和燃料电池单元11的自检结果信息，并结合自身的自检结果 信息判断混合电力推进***是否满足启动条件；

模式选择单元80，与能量综合管理模块30连接，用于选择启动模式，并 根据启动模式生成对应的模式信号；能量综合管理模块30还用于根据模式信号 启动蓄电池单元12和燃料电池单元11，并调配蓄电池单元12和燃料电池单元 11的能量输出；

蓄电池单元12和燃料电池单元11，均与直流母线L连接，蓄电池单元12 和燃料电池单元11用于向直流母线L供电以为负载40供电。

具体的，船舶上的电力***包括供电侧与用电侧，其中供电侧即为混合电 力推进***，用电侧为船上的负载40。例如船舶负载40可以包括舱室机械、 甲板机械、船舶照明、通导设备、交流推进电机及其他用点设施。供电侧包括 提供电能的供电模块10、负责调配供电模块10能量输出的能量综合管理模块30。混合电力推进***包括启动开关110，启动开关110可以根据输入的启动信 息生成启动信号。能量综合管理模块30与启动开关110连接，可以为电连接也 可以为通信连接。例如启动开关110为船上的启动按钮，当按下启动按钮时， 可以使能量综合管理模块30与启动开关110之间进行信息传输，能量综合管理 模块30可以接收到船舶上混合电力推进***的启动信号。混合电力推进***还 包括不间断电源(Uninterruptible Power System，USP)单元120，不间断电源 单元120与启动开关110连接，可以为电连接也可以为通信连接。不间断电源 单元120根据接收到的启动信号为蓄电池单元12、燃料电池单元12和能量综 合管理模块供电，以使蓄电池单元12、燃料电池单元11和能量综合管理模块 30完成自检。不间断电源单元120为蓄电池单元12、燃料电池单元11和能量 综合管理模块30供的电为弱电，满足***的自检即可。目的在于可以获知船舶上供电模块10中的燃料电池单元11和蓄电池单元12的状态，以及获知能量综 合管理模块30的状态，根据反馈的自检信息确定是否满足混合电力推进***开 启的条件，保证***能够安全启动。

计划保养体系(Planned Maintenance System，PMS)，是指船舶机械(包括 电气设备)根据中国船级社(China Classification Society，CCS)现行规范的有 关要求和设备制造厂说明书的规定，由船东制定一套详细的周期性维修保养计 划，通过该计划在船上的贯彻和实施，使船舶机械始终保持在良好的技术状态。 能量综合管理模块30可以为一套基于共享数据库，分别运行于船舶和岸基计算 机***，同时具备计划保养体系(PMS)管理、船舶备件管理、基础数据库管 理、机务报表管理和船-岸数据交换等五大功能的计算机应用***。

模式选择单元80用于选择启动模式，并根据启动模式生成对应的模式信号； 能量综合管理模块30还用于根据模式信号启动蓄电池单元12和燃料电池单元 11；蓄电池单元12和燃料电池单元11与能量综合管理模块30连接，能量综合 管理模块30根据模式信号开启蓄电池单元12和燃料电池单元11并调配蓄电池 单元12和燃料电池单元11的能量输出；蓄电池单元12和燃料电池单元11用 于向直流母线L供电以为负载40供电。

本发明实施例中的能量综合管理模块与供电模块连接，可以根据模式信号 或速度信号调配燃料电池单元和蓄电池单元的能量输出。船舶处于不同的工作 模式时可以发送不同工作模式对应的模式信号至能量综合管理模块，此时能量 综合管理模块根据接收到的模式信号以及负载的功率需求调配燃料电池单元和 蓄电池单元的能量输出。通过能量综合管理模块根据模式信号或速度信号调配 所述燃料电池单元和所述蓄电池单元的能量输出，提高了电力***的稳定性， 并在启动前完成对电力***的自检，提高了电力***的安全性，保证了船舶上 器件的使用特性和使用寿命，提高了节能减排的效果。

可选的，启动模式包括停泊模式、进出港模式、航行模式以及半速模式； 能量综合管理模块30还用于在选择停泊模式时按停泊模式控制策略调配蓄电 池单元12和燃料电池单元11的能量输出以使混合电力推进***进入停泊模式， 在选择进出港模式时按进出港模式控制策略调配蓄电池单元12和燃料电池单 元11的能量输出以使混合电力推进***进入进出港模式，在选择航行模式时按 航行模式控制策略调配蓄电池单元12和燃料电池单元11的能量输出以使混合 电力推进***进入航行模式，以及在选择半速模式时按半速模式控制策略调配 蓄电池单元12和燃料电池单元11的能量输出以使混合电力推进***进入半速 模式。

可选的，图2是图1所示混合电力推进***中各控制器间的连接关系示意 图；参考图1-2，还包括一一对应连接在直流母线L与燃料电池单元11之间以 及直流母线L与蓄电池单元12之间的转换器单元；所述燃料电池单元11包括 燃料电池111和燃料电池控制器112，蓄电池单元包括蓄电池121和蓄电池控制 器122，转换器单元包括DC/DC转换器和DC/DC控制器；燃料电池控制器112、 蓄电池控制器122和DC/DC控制器均与能量综合管理模块连接；

不间断电源单元120用于为燃料电池控制器112、蓄电池控制器122和 DC/DC控制器上电；能量综合管理模块30还用于在不间断电源单元120为燃 料电池控制器112、蓄电池控制器122和DC/DC控制器上电后，向蓄电池控制 器122传输放电指令以控制蓄电池122向直流母线L供电。

具体的，供电侧还包括连接在供电模块10与直流母线L之间的变换器模块 20。变换器模块20用于将供电模块10输入的电压转变后输出有效的固定电压。 供电模块10输出的电能经过变换器模块20的转换后提供给直流母线L，船上 的负载40通过直流母线L获取工作电压。负载40与直流母线L之间设置有 DC/AC变换器单元50，用于将直流母线L上的的电压转换成负载40需要的电 压。其中，供电模块10包括燃料电池单元11和蓄电池单元12，燃料电池单元 11为船舶的主要推进动力源。蓄电池单元12做为辅助能源用于弥补燃料电池单 元11的动态特性不足，主要起到削峰填谷以及稳定电力***的作用。

蓄电池121为二次电池，可以进行充放电。蓄电池121可以是磷酸铁锂电 池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、锰酸钴锂电池蓄电池，存在使用安全性、电池 电量估算困难等问题。蓄电池控制器122可以为蓄电池管理***(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)，通过BMS可以准确估测动力电池组的荷电 储量(State of Charge，S0C)。保证S0C值维持在合理的范围内，防止由于过充 电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能 量或者储能电池的荷电状态。BMS还可以实时采集蓄电池121的电压、温度、 充放电电流及蓄电池总电压，防止蓄电池121发生过充电或过放电现象。并能 及时给出电池状况，从而保持整组电池运行的可靠性和高效性，提高了电池的 利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命。蓄电池单元12 包括蓄电池121和蓄电池控制器122，蓄电池控制器122与能量综合管理模块 30连接，蓄电池控制器122用于向能量综合管理模块30传输蓄电池的状态信 息，并根据能量综合管理模块30回馈的指令信号控制蓄电池的能量输出。

燃料电池111又称电化学发电器，是一种把燃料所具有的化学能直接转换 成电能的化学装置。燃料电池111用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件， 故没有噪声污染，排放出的有害气体极少，燃料包括氢燃料或生物燃料等。反 应气体的压力、湿度、电堆内部湿度及温度等操作条件直接影响电堆的性能和 寿命。燃料电池控制器112(Fuel ContrlUnit，FCU)是燃料电池发动机***的控 制“大脑”，主要实现对燃料电池的在线检测、实时控制及故障诊断，确保燃料 电池稳定可靠工作。燃料电池单元11包括燃料电池111和燃料电池控制器112， 燃料电池控制器112与能量综合管理模块30连接，燃料电池控制器112用于向 能量综合管理模块30传输燃料电池的状态信息，并根据能量综合管理模块30 回馈的指令信号控制燃料电池111的能量输出。变换器模块20包括第一DC/DC 变换器单元21和第二DC/DC变换器单元22，第一DC/DC变换器单元21的第 一端与燃料电池单元11连接；第一DC/DC变换器单元21的第二端与直流母线 L电连接；第二DC/DC变换器单元22的第一端与蓄电池单元12连接；第二DC/DC变换器单元22的第二端与直流母线L连接。能量综合管理模块30还和 变换器模块20连接，用于控制变换器模块20的导通状态。

蓄电池单元12的蓄电池控制器122完成上电以及自检后，可以根据能量综 合管理模块30传输的放电指令以控制蓄电池121向直流母线L供电，使直流母 线上具有一定量的电压。

可选的，图3是本发明实施例提供的另一种混合电力推进***的结构框图， 参考图2-3，燃料电池单元11的个数为多个，蓄电池单元12的个数为多个，燃 料电池单元11与第一DC/DC变换器单元21一一对应设置，蓄电池单元12与 第二DC/DC变换器单元22一一对应设置；其中，第一DC/DC变换器单元21 包括单向变换器211，第二DC/DC变换器单元22包括双向变换器221。

具体的，燃料电池单元11的个数为多个，蓄电池单元12的个数为多个， 例如如图3所示，混合电力推进***由4台燃料电池单元11、2组容量相同的 蓄电池单元12、6个配套的DC/DC变换器以及能量综合管理模块30组成。可 以设置一个与能量综合管理模块30互为冗余的能量管理模块，用于在能量综合 管理模块30损坏时作为备份的控制***。第一DC/DC变换器单元21包括单向 变换器211，第二DC/DC变换器单元包括双向变换器221。单向变换器211和 双向变换器221分别对应有一个DC/DC控制器，能量综合管理模块30通过 DC/DC控制器控制对应的变换器。由于燃料电池111是一种发电装置，不能存 储电能，因此其能量传输的方向不可逆，仅需要单向DC/DC变换器211即可实 现燃料电池111与直流母线L之间能量的转换和传输。而蓄电池122可以将存 储的电能进行释放，因此，通过设置双向DC/DC变换器221来实现蓄电池121 与直流母线L之间能量的双向流动，以提高能源的利用率。

可选的，参考图3，还包括供氢***130，供氢***130包括为燃料电池单 元供氢的供氢单元60以及氢***控制器70；直流母线L用于为供氢***130 供电，以使供氢***130完成自检；

能量综合管理模块30还与氢***控制器70通讯连接，用于接收供氢*** 130的自检信息并根据所述自检信息判断供氢***130是否满足启动条件。

具体的，蓄电池单元12的蓄电池控制器122完成上电以及自检后，可以根 据能量综合管理模块30传输的放电指令以控制蓄电池121向直流母线L供电， 使直流母线上具有一定量的电压。供氢***130从直流母L获取电压后，同样 需要完成自检。供氢***130包括氢***控制器70，供氢***130通过氢*** 控制器完成自检。检查氢***控制器与能量综合管理模块的通讯是否有丢失， 将相应信息传输至能量综合管理模块。能量综合管理模块接收供氢***130的 自检信息并根据自检信息判断供氢***130是否满足启动条件。

其中，供氢单元60包括多个氢气瓶组61，每个氢气瓶61组用于为一对燃 料电池单元11提供氢气；氢气瓶组61之间连接有手动开关S1，手动开关S1 用于控制氢气瓶组61之间的连通状态。示例性地，混合电力推进***包括4台 燃料电池单元11，则需要两个氢气瓶组61。每个氢气瓶组61为一对燃料电池 单元11提供氢气。两个氢气瓶组61之间连接有手动开关S1，通过手动开关S1 用于控制氢气瓶组61之间的连通状态。以防止其中一个氢气瓶组61不能供气 而影响燃料电池单元11的供电，从而提高了电力***的稳定性，保证了船舶上器件的使用特性和使用寿命。

可选的，参考图4，还包括速度监测单元，与能量综合管理模块连接；

速度监测单元90用于根据监测到的速度生成速度信号，并将速度信号传输 给能量综合管理模块30；能量综合管理模块30还用于根据速度信号启动混合 电力推进***进入停泊模式、进出港模式、航行模式或半速模式。

具体的，若无模式信号输入给能量综合管理模块30，船舶的混合电力推进 ***的供电方式还可以通过能量综合管理模块30接收船舶的航行速度确定。例 如，当能量综合管理模块30接收到船舶的航行速度小于2海里每小时，则以停 泊模式调配供电模块的输出电量。当能量综合管理模块30接收到船舶的航行速 度大于2海里每小时且小于8海里每小时，则以进出港或半速模式调配供电模 块的输出电量。当能量综合管理模块30接收到船舶的航行速度大于8海里每小 时，则以航行模式调配供电模块的输出电量。为满足船舶各行驶状态以及故障 模式下的功率需求提供了双重保障，进而保证了船舶工作的电量需求。提高了 电力***的稳定性，保证了船舶上器件的使用特性和使用寿命，提高了节能减 排的效果。

另外，可以以速度监测单元90监测到的船舶航行设定时间段内的平均航速 作为速度信号，可以提高速度信号的准确性，防止有误的速度信号触发与船舶 实际工作状态不符合的工作模式。进一步的提高了电力***的稳定性，保证了 船舶上器件的使用特性和使用寿命，提高了节能减排的效果。例如可以将监测 到的船舶航行十分钟的平均航速作为速度信号，在保证了度信号的准确性的同 时，也保证了触发的工作模式随着船舶实际工作状态的改变而及时改变。

其中，船舶处于停泊模式时，此时船舶负载对电量需求较低，只需维持船 舶照明或通导设备等用电即可，不需为船舶的航行提供动力。例如，若有岸电 接入，燃料电池111与蓄电池121停止工作，并且电源侧DC/DC变换器(单向 变换器211和双向变换器221)断开。若没有岸电接入，当存在负载时，控制燃 料电池111和蓄电池121开启，燃料电池111可以以40kW的输出功率工作， 当蓄电池121的SOC值低于40％时，则开启两台燃料电池111，并为蓄电池121 充电，直至蓄电池121的SOC值达到50％，关闭一台燃料电池111。

船舶处于进出港模式时，船舶以较低船速航行或者存在不连续性功率，船 舶负载对电量需求增加。例如，船舶处于进出港模式时，能量综合管理模块30 通过氢气***控制器70和燃料电池控制器112开启4台燃料电池112，并通过 控制第一DC/DC变换器单元211输出40kW的功率；当蓄电池121的SOC值 低于50％时，调节燃料电池111的输出功率为60kW，当蓄电池121的SOC值 低于40％时，调节燃料电池111的输出功率为80kW。直到蓄电池121的SOC 值回升至55％，燃料电池111的输出功率降回40kW。

船舶处于航行模式时，能量综合管理模块30控制电源侧DC/DC变换器闭 合，并且控制燃料电池111为主输出，并保证蓄电池121的SOC值维持较高值。 例如，蓄电池121和燃料电池111全部开启，一旦蓄电池121的SOC值下降， 燃料电池111的功率逐级上升，保证蓄电池121的SOC值不小于55％，其中燃 料电池111的最大输出功率可以为200kW。此时能量综合管理模块30控制启动 部分的燃料电池单元11和蓄电池单元12，并控制降低负载对输出功率的需求， 即根据还能工作的电池数量降低相应的输出功率。

可选的，能量综合管理模块30还用于在没有模式信号输入和速度信号输入 时，根据设定启动规则启动所述混合电力推进***。

具体的，能量综合管理模块30可以根据蓄电池单元12的SOC值控制燃料 电池单元11的能量输出，例如确定燃料电池单元11的开启数量以及输出功率。

可选的，参考图4，能量综合管理模块30还与报警模块100连接，能量综 合管理模块30还用于在异常情况进入所述半速模式时，控制报警模块100报警， 以及时提醒燃料电池或蓄电池存在损坏的信息。

能量综合管理模块用于对燃料电池单元中燃料电池的控制，包括用于确定 燃料电池开启编号，并根据燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池；还用 于根据功率需求实时确定燃料电池的目标输出功率，并通过燃料电池控制器获 取燃料电池的实际输出功率；判断实际输出功率与所述目标输出功率的差值是 否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变 换器以维持燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制与其相 连的DC/DC变换器以调节燃料电池的输出功率致目标输出功率；以及用于确定 燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃料电池。

本发明实施例提供了一种混合电力推进***，以燃料电池为船舶的主要推 进动力源，蓄电池做为辅助能源，主要起到削峰填谷的作用，用于弥补燃料电 池动态特性不足，稳定电力***的作用。在船舶停泊、进出港口和航行不同状 态下，根据当前蓄电池***的荷电状态，制定合理分配各组燃料电池的启停和 功率输出的策略，以满足船舶各行驶状态以及故障模式下的功率需求，同时， 结合各产品的使用特性和寿命的考虑，制定出最佳的能量分配策略，达到节能 减排的效果。

本发明实施例还提供了一种混合电力推进***的启动方法，图5是本发明 实施例提供的一种混合电力推进***的启动方法流程图，参考图5，方法包括：

S110、启动开关根据输入的启动信息生成启动信号。

具体的，混合电力推进***还包括启动开关，启动开关可以根据输入的启 动信息生成启动信号。能量综合管理模块与启动开关连接，可以为电连接也可 以为通信连接。例如启动开关为船上的启动按钮，当按下启动按钮时，可以使 能量综合管理模块与启动开关之间进行信息传输，能量综合管理模块可以接收 到船舶上混合电力推进***的启动信号。

S120、不间断电源单元根据启动信号为蓄电池单元、燃料电池单元和能量 综合管理模块供电，以使蓄电池单元、燃料电池单元和能量综合管理模块完成 自检。

具体的，混合电力推进***还包括不间断电源(Uninterruptible Power System，USP)单元，不间断电源单元与启动开关连接，可以为电连接也可以为通信连 接。不间断电源单元根据接收到的启动信号为蓄电池单元、燃料电池单元和能 量综合管理模块供电，以使蓄电池单元、燃料电池单元和能量综合管理模块完 成自检。不间断电源单元为蓄电池单元、燃料电池单元和能量综合管理模块供 电为弱电，满足***的自检即可。目的在于可以获知燃料电池单元、锂电池单 元的状态，根据反馈的自检信息确定是否满足混合电力推进***开启的条件， 保证***能够安全启动。

S130、能量综合管理模块在接收到启动信号后获取蓄电池单元和燃料电池 单元的自检结果信息，并结合自身的自检结果信息判断所述混合电力推进*** 是否满足启动条件。

具体的，不间断电源单元为蓄电池单元、燃料电池单元和能量综合管理模 块供电使其完成自检后，能量综合管理模块接收蓄电池单元以及燃料电池单元 反馈的自检信息，并结合自身的自检结果信息判断当前的燃料电池单元、锂电 池单元以及自身的状态判断是否满足开启混合电力推进***的条件。

S140、模式选择单元选择启动模式，并根据启动模式生成对应的模式信号。

具体的，在能量综合管理模块判断满足开启混合电力推进***的条件时， 模式选择单元选择启动模式，并根据启动模式生成对应的模式信号。启动模式 包括停泊模式、进出港模式、航行模式以及半速模式。

S150、能量综合管理模块根据模式信号启动蓄电池单元和燃料电池单元， 并调配蓄电池单元和燃料电池单元的能量输出。

具体的，能量综合管理模块在选择停泊模式时按停泊模式控制策略调配蓄 电池单元和燃料电池单元的能量输出以使混合电力推进***进入停泊模式；在 选择进出港模式时按进出港模式控制策略调配蓄电池单元和燃料电池单元的能 量输出以使混合电力推进***进入进出港模式；在选择航行模式时按航行模式 控制策略调配蓄电池单元和燃料电池单元的能量输出以使混合电力推进***进 入航行模式；以及在选择半速模式时按半速模式控制策略调配蓄电池单元和燃 料电池单元的能量输出以使混合电力推进***进入半速模式。

S160、蓄电池单元和燃料电池单元向直流母线供电以向负载供电。

可选的，不间断电源单元根据启动信号为蓄电池单元、燃料电池单元和能 量综合管理模块供电，包括：

不间断电源单元为燃料电池控制器、蓄电池控制器和DC控制器供电。

具体的，燃料电池单元与第一DC/DC变换器单元一一对应设置，蓄电池单 元与第二DC/DC变换器单元一一对应设置，每个变换器单元均包括DC/DC转 换器和DC控制器。每个燃料电池单元包括燃料电池和燃料电池控制器，每个 蓄电池单元包括蓄电池和蓄电池控制器。能量综合管理模块分贝与燃料电池控 制器、蓄电池控制器和DC/DC控制器连接。不间断电源单元根据启动信号为蓄 电池单元、燃料电池单元和能量综合管理模块供电，即不间断电源单元为燃料 电池控制器、蓄电池控制器和DC/DC控制器供电。使燃料电池控制器、蓄电池 控制器和DC/DC控制器完成自检并完成对燃料电池、蓄电池以及DC/DC变换 器的状态信息的获取。

可选的，不间断电源为燃料电池控制器、蓄电池控制器和DC/DC控制器上 电后，还包括：

能量综合管理模块向所述蓄电池控制器传输放电指令以控制蓄电池向直流 母线供电；

直流母线为供氢单元供电，以使供氢单元完成自检；

能量综合管理模块接收供氢模单元的自检信息并根据自检信息判断供氢单 元是否满足启动条件。

具体的，蓄电池单元的蓄电池控制器完成上电以及自检后，可以根据能量 综合管理模块传输的放电指令以控制蓄电池向直流母线供电，使直流母线上具 有一定量的电压。供氢单元从直流母线获取电压后，同样需要完成自检。供氢 单元包括氢***控制器，供氢单元同样通过氢***控制器完成自检。同时检查 氢***控制器与能量综合管理模块的通讯是否有丢失，将相应信息传输至能量 综合管理模块。能量综合管理模块接收供氢模单元的自检信息并根据自检信息 判断供氢单元是否满足启动条件。

可选的，混合电力推进***的启动方法还包括：

在接收不到模式信号时，能量综合管理模块根据速度信号启动混合电力推 进***进入停泊模式、进出港模式、航行模式或半速模式；

在接收不到模式信号和速度信号时，能量综合管理模块根据设定启动规则 启动混合电力推进***。

具体的，若无模式信号输入给能量综合管理模块，船舶的混合电力推进系 统的供电方式还可以通过能量综合管理模块接收船舶的航行速度确定。当能量 综合管理模块接收到船舶的航行速度小于第一设定速度时，则以停泊模式调配 供电模块的输出电量。当能量综合管理模块接收到船舶的航行速度大于第一速 度且小于第二设定速度时，则以进出港或半速模式调配供电模块的输出电量。 当能量综合管理模块接收到船舶的航行速度大于第二设定速度时，则以航行模 式调配供电模块的输出电量。为满足船舶各行驶状态以及故障模式下的功率需 求提供了双重保障，进而保证了船舶工作的电量需求。提高了电力***的稳定 性，保证了船舶上器件的使用特性和使用寿命，提高了节能减排的效果。另外，可以以速度监测单元监测到的船舶航行设定时间段内的平均航速作为速度信号， 可以提高速度信号的准确性，防止有误的速度信号触发与船舶实际工作状态不 符合的工作模式。在接收不到模式信号和速度信号时，能量综合管理模块根据 设定启动规则启动所述混合电力推进***。例如能量综合管理模块根据蓄电池 单元SOC值确定燃料电池单元的开启输出量以及输出功率。

本发明实施例还提供了一种船用蓄电池单元的控制方法，船上包括多个蓄 电池单元，每个蓄电池单元均与综合能量管理模块连接，图6是本发明实施例 提供的一种船用蓄电池单元的控制方法的流程图，参考图6，方法包括：

S210、能量综合管理模块设定一蓄电池单元为主控制电池单元。

具体的，全船蓄电池单元均分于左右半弦独立成一个域，两个域电池在正 常情况下同时在线，共同承担维持直流母线的电压的任务。应在蓄电池单元充 放电过程中均衡其电流，使各蓄电池单元中的蓄电池的SOC值趋于一致。从而 保证船舶上各蓄电池单元充放电均匀，寿命相近。蓄电池单元的控制方式为主 从控制。主从控制是指在孤岛运行模式时，即全船蓄电池单元均分于左右半弦 独立成一个域，其中一个蓄电池单元电源采取定电压和定频率控制(简称V/F 控制)，用于向其它蓄电池单元提供电压和频率参考，而其他的分布式电源则可 采用定功率控制(简称P/Q控制)。采用V/F控制的蓄电池单元为主控制电池单 元。主控制电池单元的电源控制器称为主控制器，而其他的蓄电池的电源控制 器称为从控制器。

S220、能量综合管理模块接收整船用电请求信息，并获取每个蓄电池单元 的荷电状态信息。

具体的，能量综合管理模块接收整船用电请求信息后，通过每个蓄电池单 元的蓄电池控制器获取各蓄电池单元中蓄电池的荷电状态信息，从而使全船的 蓄电池单元的荷电状态信息汇聚在能量综合管理模块中。

S230、主控制电池单元根据每个蓄电池单元的荷电状态信息并结合整船用 电请求信息分配各蓄电池单元的供电量。

具体的，每个蓄电池单元的蓄电池控制器均与能量综合管理模块连接，因 此，设定为主控制电池单元的蓄电池单元中的蓄电池控制器可以根据每个蓄电 池单元的荷电状态信息并结合整船用电请求信息分配各蓄电池单元的供电量。 避免了船舶上各蓄电池单元的过充或过放，提高了蓄电池单元的使用寿命，提 高了电力***的稳定性和安全性。优选地，分配各蓄电池单元的供电量相同， 使各蓄电池单元中的蓄电池的SOC值趋于一致，从而保证船舶上各蓄电池单元 充放电均匀，寿命相近。

S240、能量综合管理模块根据分配的供电量控制对应连接的蓄电池单元供 电。

具体的，能量综合管理模块根据分配的供电量确定对应的蓄电池单元的请 求功率，蓄电池单元根据请求功率输出相应的输出电流。

能量综合管理模块判断一蓄电池单元是否满足与其连接成功以及蓄电池单 元的荷电状态是否满足放电要求的预设条件，若满足，则控制一蓄电池单元进 入主控制模式；若不满足，则

能量综合管理模块判断下一蓄电池单元是否满足预设条件，直至完成主控 制电池单元的设定。

具体的，每个蓄电池单元在设定主控制电池单元之前，在控制上均为同等 地位。每个蓄电池单元均可以设定为主控制电池单元。能量综合管理模块判断 一蓄电池单元是否满足预设条件，若满足，则控制一蓄电池单元进入主控制模 式；若不满足，则能量综合管理模块判断下一蓄电池单元是否满足第一预设条 件，直至完成主控制电池单元的设定。其中，预设条件为该蓄电池单元中的蓄 电池控制器是否可以与能量综合管理模块之间进行信息交互以及蓄电池单元中 的蓄电池的电荷状态知否满足放电要求。也可以还包括其它条件要求，可根据 实际需要制定预设条件。

可选的，船用蓄电池模块的控制方法还包括；

能量综合管理模块判断设定为主控制电池单元是否满足与其保持连接以及 蓄电池单元的荷电状态是否满足放电要求，若满足，则维持其主控制模式；若 不满足，则退出主控制模式。

退出所述主控制模式后，还包括：

能量综合管理模块设定下一蓄电池单元为主控制电池单元。

具体的，能量综合管理模块设定一蓄电池单元为主控制电池单元后，还需 判断设定为主控制电池单元是否满足与其保持连接以及蓄电池单元的荷电状态 是否满足放电要求的预设条件，若满足，则维持其主控制模式；若不满足，则 退出主控制模式；能量综合管理模块设定下一蓄电池单元为主控制电池单元。 其中，预设条件同样可以为该蓄电池单元中的蓄电池控制器是否可以与能量综 合管理模块之间进行信息交互，以及蓄电池单元中的蓄电池的电荷状态知否满 足放电要求。也可以还包括其它条件要求，可根据实际需要制定。

可选的，船用蓄电池模块的控制方法还包括：当每个蓄电池单元设定为主 控制电池单元失败后，能量综合管理模块根据下垂控制模式控制各蓄电池单元 的供电量。

具体的，当每个蓄电池单元设定为主控制电池单元失败后，即蓄电池单元 主从控制模式失效后，蓄电池单元的控制方式进入下垂模式。能量综合管理模 块根据预先设定好的供电量分配策略控制各蓄电池单元。可选的，能量综合管 理模块根据下垂控制模式控制各蓄电池单元的供电量可以为平均分配各蓄电池 单元的供电量。从而使各蓄电池单元中的蓄电池的SOC值趋于一致，从而保证 船舶上各蓄电池单元充放电均匀，寿命相近。

可选的，蓄电池控制器根据相应蓄电池各SOC值下的持续充放电倍率以及 最大充放电倍率来限制蓄电池的充放电。蓄电池单元根据请求功率输出相应的 输出电流基于以下方程确定：

IV_OC-I²R-P_request＝0；

其中，Voc为蓄电池单元在一荷电状态下的开路电压，I为输出电流；R为 蓄电池单元的等效内阻，R为蓄电池的等效内阻，该值随SOC变化，在本发明 实施例中假设为定值，由电芯的内阻值决定。P_request为所述蓄电池单元的请求功 率。

若所述方程存在实根，则控制输出电流为：

若无实根，则控制输出电流为：

则输出电压为：

V＝V_OC-IR。

蓄电池瞬时SOC值为：

其中，SOC₀为初始荷电状态；Q_max为电池容量。仅考虑SOC对电池V_oc的影响，示例性的，磷酸铁锂电池电压曲线可如图7所示。

可选的，船用蓄电池模块的控制方法还包括，能量综合管理模块判断每个 蓄电池的荷电状态，并且在蓄电池单元的荷电储量低于30％时触发船上的报警 单元。

具体的，为了保证蓄电池单元在任意时候都有足够的功率响应高频功率以 及有足够的电能应付意外情况，需要对蓄电池单元中的蓄电池的SOC值进行有 效的管理。SOC值越高，蓄电池的放电能力强；SOC值越低，允许对蓄电池充 电功率越大。例如，蓄电池SOC值使用区间为20％～100％。为保证一定裕度， 设计蓄电池SOC值使用范围为30％～80％，当SOC值低于30％时，触发船上 的报警单元。该蓄电池停止供电，并对蓄电池进行充电。进一步的避免了船舶 上各蓄电池单元的过充或过放，提高了蓄电池单元的使用寿命，提高了电力系 统的稳定性和安全性。

本发明实施例还提供了一种船用燃料电池单元的控制方法，船上包括多个 燃料电池单元，每个燃料电池单元均与能量综合管理模块连接，应用于对燃料 电池单元中燃料电池的开启、放电和关闭，图8是本发明实施例提供的一种船 用燃料电池单元的控制方法的流程图，参考图8，方法包括：

S310、确定燃料电池开启编号，并根据燃料电池开启编号控制开启对应的 燃料电池。

具体的，燃料电池的控制包含启停控制，输出功率控制。启停分为正常启 停以及急停，正常启停以及功率信号通过通讯方式实现，急停通过硬线连接实 现。燃料电池的功率通过能量综合管理模块控制与其燃料电池相连的DC/DC变 换器实现。能量综合管理模块确定燃料电池开启编号，并根据燃料电池开启编 号控制开启对应的燃料电池。例如，船舶的供电模块总共包括4台燃料电池， 为4台燃料电池提前设定好编号。能量综合管理模块根据船舶负载的功率需求， 确定需要以40KW的输出功率开启两台燃料电池，则能量综合管理模块确定两 台燃料电池对应的编号即为燃料电池开启编号，并根据燃料电池开启编号控制 开启对应的燃料电池。

S320、确定燃料电池的工作状态并根据功率需求确定燃料电池的目标输出 功率，通过燃料电池控制器获取燃料电池的实际输出功率；其中工作状态包括 稳态和暂态。

具体的，燃料电池启动成功后，需要缓慢拉载电流，电流增加率由燃料电 池控制器提供。燃料电池供电需要维持一定的功率输出，若船舶模式与蓄电池 SOC值均在一个设置段内时，则燃料电池功率不变，工作在稳态；若船舶工作 模式或蓄电池SOC值变化，则燃料电池功率需要改变，则认为工作在暂态。稳 态意味着燃料电池实际输出功率与目标输出功率目标一致(或允许范围内接近)， 则能量综合管理模块维持给DC/DC控制器的功率信号不变，以通过控制与燃料 电池连接的DC/DC变换器维持燃料电池的输出功率不变。暂态是由于船舶工作 模式变化或者蓄电池SOC值的变化导致的。其中船舶工作模式变化是通过模式 选择单元向能量综合管理模块输入的模式信号或速度监测单元向能量综合管理 模块输入的速度信号确定的，船舶启动后可进入停泊模式、进出港模式、航行 模式以及半速模式。蓄电池SOC值变化是蓄电池控制器BMS向能量综合管理 模块传输过来的。能量综合管理模块根据船舶所处的工作模式，以及船舶上蓄 电池的荷电状态确定燃料电池的开启数量以及每个燃料电池向直流母线提供的 输出功率。能量综合管理模块通过与燃料电池连接的DC/DC变换器以调节燃料 电池的输出功率。

S330、判断实际输出功率与目标输出功率的差值是否在预设差值范围内； 若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以维持燃料电池的 输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以调 节燃料电池的输出功率至目标输出功率。

可选的，通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节燃料电池的输出功率至 目标输出功率可以包括：能量综合管理模块根据目标输出功率、实际输出功率 以及暂态设定时间确定燃料电池的输出功率的变化率，并将相应计算出来的功 率信号传输给DC/DC变换器的DC/DC控制器；DC/DC控制器根据功率信号控 制DC/DC变换器以调节燃料电池的输出功率。

可选的，DC/DC控制器根据功率信号控制DC/DC变换器以调节燃料电池 的输出功率之后，还可以包括：能量综合管理模块接收燃料电池控制器反馈燃 料电池的的实际输出功率，并判断燃料电池的实际输出功率在暂态设定时间内 是否跟上目标输出功率，若没有，则增加所述设定暂态时间。

具体的，当燃料电池的功率需要变化的时候，能量综合管理模块根据目标 输出功率、实际输出功率以及暂态设定时间确定燃料电池的功率变化率，将相 应计算出来的功率信号传输给DC/DC控制器以调节燃料电池的输出功率。同时 能量综合管理模块还需接收燃料电池控制器反馈的燃料电池的功率信号，根据 通讯周期确定燃料电池功率是否跟上目标输出功率，没有则增加暂态时间直到 达到设定目标值。可选的，所述暂态设定时间不超过10秒，以保证燃料电池能 够及时的跟上船舶正常工作时对直流母线电压的需求。

S340、确定燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的 燃料电池。

具体的，能量综合管理模块根据船舶负载的功率需求，确定需要关闭的燃 料电池对应的燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃 料电池。

本发明实施例提供的船用供电模块的控制方法，应用于对供电模块中蓄电 池的开启、放电和关闭，方法包括：确定燃料电池开启编号，并根据燃料电池 开启编号控制开启对应的燃料电池；根据船舶的工作模式以及蓄电池的荷电状 态，能量综合管理模块通过与燃料电池连接的DC/DC变换器以调节燃料电池的 输出功率。确定燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关闭对应的 燃料电池。满足了船舶各行驶状态以及故障模式下的功率需求，达到了节能减 排的效果。

可选的，图9是图8所示的方法流程图中针对步骤S310中的各步骤的流程 图，参考图9，根据燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池，包括：

S3110、能量综合管理模块传输燃料电池开启编号至氢***控制器。

S3120、氢***控制器根据燃料电池开启编号控制开启对应的氢气瓶组的阀 门。

S3130、氢***控制器判断对应的氢气瓶组的阀门是否开启成功；若不成功， 则向能量综合管理模块反馈氢气瓶组开启失败信号；能量综合管理模块向氢系 统控制器传输下一燃料电池开启编号；若成功，则向能量综合管理模块反馈氢 气瓶组开启成功信号。

S3140、能量综合管理模块接收到氢气瓶组开启成功信号后，根据燃料电池 开启编号向对应的燃料电池控制器发送开启指令信号。

S3150、燃料电池控制器判断燃料电池在预设时间内是否开启成功；若成功， 则控制所述燃料电池输出电流；若不成功，则向能量综合管理模块反馈燃料电 池开启失败信号；能量综合管理模块向燃料电池控制器再次发送开启指令信号。

S3160、能量综合管理模块判断发送开启指令信息的次数是否在预设次数内， 若超过预设次数，则控制启动另一所述燃料电池。

具体的，若混合电力推进***包括4台燃料电池单元，则需要两个氢气瓶 组。每个氢气瓶组为一对燃料电池单元提供氢气。两个氢气瓶组之间连接有手 动开关，通过手动开关用于控制氢气瓶组之间的连通状态。以防止其中一个氢 气瓶组不能供气而影响燃料电池的供电，从而提高了电力***的稳定性，保证 了船舶上器件的使用特性和使用寿命。氢气***控制器用来控制氢气瓶组的瓶 口电磁阀的开闭，氢气***控制器与能量综合管理模块连接。能量综合管理模 块传输燃料电池开启编号至氢***控制器；氢***控制器根据燃料电池开启编 号控制开启对应的氢气瓶组的阀门。氢***控制还需要判断是否开启氢气瓶组 成功，若不成功，则向能量综合管理模块反馈氢气瓶组开启失败信号；能量综 合管理模块向氢***控制器传输下一燃料电池开启编号。或者，还可以控制开 启下一氢气瓶组并打开两个氢气瓶组之间的开关。能量综合管理模块再根据燃 料电池开启编号向对应的燃料电池控制器发送开启指令信号，也可以向能量综 合管理模块反馈为待开启的燃料电池供氢的氢气瓶组开启失败，使能量综合管 理模块可以进行记录并向工作人员反馈信息。若成功，则向能量综合管理模块 反馈氢气瓶组开启成功信号；能量综合管理模块接收到氢气瓶组开启成功信号 后，可直接根据燃料电池开启编号向对应的燃料电池控制器发送开启指令信号。

可选的，燃料电池控制器还判断燃料电池在预设时间内是否开启成功；若 成功，则控制燃料电池输出电流以向直流母线供电；若不成功，则向能量综合 管理模块反馈燃料电池开启失败信号，能量综合管理模块向燃料电池控制器再 次发送开启指令信号。能量综合管理模块判断发送开启指令信息的次数是否在 预设次数内，若超过预设次数，则控制启动另一燃料电池。

示例性地，图10是图8所示的方法流程图中针对步骤S310中的各步骤的 另一种流程图，参考图10，方法包括：

S3170、确定燃料电池开启编号。

S3180、信息发送至氢***控制器，开启相应的阀门。

S3190、判断开启是成功。若成功则执行步骤S31110，若不成功则返回步 骤S3170。

S31110、记录开启次数S。

S31120、发送燃料电池开启信号。

S31130、判断是否开启成功。若成功则执行步骤S31140，若不成功，则执 行步骤S31150。

S31140、允许拉载电流。

S31150、开启次数加1，S＝S+1。

S31160、判断开启次数是否大于3，S＞3。若大于，则执行步骤S31170， 若不大于，则返回步骤S31120。

S31170、启动另外一台燃料电池。

可选的，图11是图8所示的方法流程图中针对步骤S330的各步骤的流程 图示意，参考如11，确定燃料电池关闭编号，并根据燃料电池关闭编号控制关 闭对应的燃料电池，包括：

S3310、能量综合管理模块根据燃料电池关闭编号通过燃料电池控制器控制 关闭燃料电池，并控制与燃料电池一一对应连接的DC/DC变换器降低输出功率 至零。

S3320、燃料电池控制器向能量综合管理模块回馈关机信号。

S3330、能量综合管理模块根据关机信号向氢***控制器传输关闭阀门信号 以控制关闭为燃料电池供氢气的氢气瓶组。

S3340、停止设置在燃料电池和氢气瓶组之间管路上的比例调节阀动作。

具体的，在正常关闭过程中，燃料电池需要一定时间来减载，需要控制DC/DC变换器进行配合。当通过控制DC/DC变换器控制燃料电池的输出功率 减为0之后，还需要排除燃料电池内部残余反应气，空气侧由燃料电池控制器 控制，氢气侧由氢***控制器控制。能量综合管理模块根据关机信号向氢*** 控制器传输关闭阀门信号以控制关闭为燃料电池供氢气的氢气瓶组，并停止设 置在燃料电池和氢气瓶组之间管路上的比例调节阀动作。

图12是本发明实施例提供的另一种船用燃料电池单元的控制方法的流程 图，应用于对燃料电池单元在船舶不同的工作模式下的供电控制，参考图12， 方法包括：

图12是本发明实施例提供的另一种船用燃料电池单元的控制方法的流程 图，应用于对燃料电池单元在船舶不同的工作模式下的供电控制，参考图12， 方法包括：

S410、能量综合管理模块根据模式选择信号以及速度信号触发模式控制或 者非模式控制；其中在模式控制下，船舶工作模式包括停泊模式、进出港模式、 航行模式或半速模式中的至少一种。

具体的，燃料电池单元输出功率的控制包括非模式控制和模式控制。能量 综合管理模块对燃料电池单元的控制需要先确定燃料电池单元的控制为非模式 控制还是模式控制。能量综合管理模块根据模式选择信号以及速度信号触发模 式控制或者非模式控制。其中在模式控制下，船舶工作模式包括停泊模式、进 出港模式、航行模式或半速模式中的至少一种。能量综合管理模块与模式选择 单元连接，能量综合管理模块可以根据模式选择单元输入的模式信号确定船舶 工作模式。能量综合管理模块还与速度监测单元连接，能量综合管理模块根据 速度监测单元输入的速度信号确定混合电力推进***的停泊模式、进出港模式、 航行模式和半速模式。

可选的，能量综合管理模块根据模式选择信号以及速度信号触发模式控制 或者非模式控制包括：判断是否有模式信号输入；若有模式信号输入，则触发 模式控制；若没有模式信号输入，则判断是否有速度信号输入；若有速度信号 输入，则触发模式控制；若没有速度信号输入，则触发非模式控制；能量综合 管理模块根据模式信号或速度信号控制燃料电池单元的能量输出，提高了电力 ***的稳定性，保证了船舶上器件的使用特性和使用寿命，提高了节能减排的 效果。

S420、能量综合管理模块在非模式控制时，根据蓄电池单元的荷电状态控 制燃料电池单元中燃料电池的启动数量以及燃料电池的输出功率。

具体的，船舶上包括多个燃料电池单元，还包括多个蓄电池单元。每个燃 料电池单元中包括燃料电池和与每个燃料电池配对设置的燃料电池控制器。每 个蓄电池单元中包括蓄电池和与每个蓄电池配对设置的蓄电池控制器。能量综 合管理模块通过各个电池控制器控制对应的电池的开启以及计算电池输出电流 的变化率。每个电池还对应连接有一个DC/DC变换器，能量综合管理模块还可 以通过DC/DC变换器控制对应的电池向直流母线供电中的输出功率。能量综合 管理模块在非模式控制时，获取根据蓄电池单元的荷电状态，并根据蓄电池单 元的荷电状态控制燃料电池单元中燃料电池的启动数量以及燃料电池的输出功 率。

可选的，燃料电池单元在非模式控制时，根据蓄电池单元的荷电状态控制 燃料电池单元的输出功率以及启动数量，包括：

获取蓄电池单元的荷电状态；

若蓄电池单元的荷电状态小于第一设定荷电状态阈值，控制燃料电池单元 中的燃料电池以大于第一设定功率阈值的输出功率全部启动；并根据蓄电池单 元的荷电状态调节燃料电池的输出功率；

若蓄电池单元的荷电状态大于第二设定电荷阈值，控制燃料电池单元中的 燃料电池以第一设定功率阈值恒定输出，并根据蓄电池单元的荷电状态确定所 述燃料电池的开启数量。

具体的，能量综合管理模块通过蓄电池控制器获取蓄电池单元的荷电状态。 可以以多个蓄电池对应的SOC值中的最小值为判断值。优选地，维持蓄电池单 元中的蓄电池的SOC值趋于一致，从而保证船舶上各蓄电池单元充放电均匀， 寿命相近。若蓄电池单元的荷电状态小于第一设定荷电状态阈值，则触发动力 模式，控制燃料电池单元中的燃料电池以大于第一设定功率阈值的输出功率全 部启动；若蓄电池单元的荷电状态大于第二设定电荷阈值，则触发经济模式， 控制燃料电池单元中的燃料电池以第一设定功率阈值恒定输出，并根据蓄电池 单元的荷电状态确定所述燃料电池的开启数量。图13是本发明实施例提供的一 种船用燃料电池单元在非模式控制下的控制策略图，参考图13，例如，两种模 式的蓄电池单元SOC值分界点为55％与60％。当蓄电池单元SOC值下降至55％ 以下，触发动力模式；当蓄电池单元SOC值下SOC上升至60％，触发经济模 式。经济模式时，燃料电池输出功率为40kW；动力模式时，燃料电池全部开启， 输出功率大于40kW。

可选的，根据蓄电池单元的荷电状态调节燃料电池的输出功率，包括：

若蓄电池单元的荷电状态在下降过程中，根据蓄电池单元的荷电状态的第 一设定减小量确定每个燃料电池的输出功率的增加量；

若蓄电池模块的荷电状态在上升过程中，根据蓄电池单元的荷电状态的第 二设定增加量确定每个燃料电池的输出功率的减少量。

具体的，动力模式被触发，则表明蓄电池单元中蓄电池的SOC值相对较低。 例如，蓄电池SOC值小于55％，或充电回升过程中仍旧小于60％，对重载的 维持能力下降，这时需要提高燃料电池的输出功率使蓄电池的SOC值回升。图 14是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在非模式控制下的开启等级示 意图，参考图14，根据蓄电池的SOC值的不同，燃料电池的输出功率也不同， 将动力模式分级，SOC值越低，级别越高，输出功率越大，防止蓄电池的SOC 值继续下降。暂分为四级：1级，燃料电池的输出功率60kW；2级，燃料电池 的输出功率80kW；3级，燃料电池的输出功率100kW；4级，燃料电池输出功 率110kW。蓄电池的SOC值下降过程中，触发值为55％，49％，43％以及37％， 分别为1级，2级，3级以及4级；蓄电池的SOC值上升过程中，触发值为42％， 48％，54％以及60％，分别为3级，2级，1级以及经济模式。

可选的，根据蓄电池单元的荷电状态确定燃料电池的启动数量，包括：

若蓄电池单元的荷电状态在下降过程中，根据蓄电池单元的荷电状态的第 三设定减小量确定燃料电池增加的启动数量；

若蓄电池单元的荷电状态在上升过程中，根据蓄电池单元的荷电状态的第 四设定增加量确定燃料电池减小的启动数量。

具体的，经济模式被触发，则表明蓄电池单元中蓄电池的SOC值相对较高。 例如，燃料电池共有4台，经济模式下，燃料电池的输出功率为恒值40kW，开 启的数量仍旧由蓄电池的SOC值决定，成阶梯式开启和关闭。图15是本发明 实施例提供的一种船用燃料电池单元在非模式控制下的开启数量示意图，参考 图15，蓄电池的SOC值下降过程中，触发值为0.77％，74％，71％以及68％， 分别开启1台，2台，3台以及4台燃料电池；蓄电池的SOC值上升过程中， 触发值为7％，73％，76％以及79％，分别开启3台，2台，1台以及0台。

S430、能量综合管理模块在模式控制时，根据模式选择信号对应的船舶工 作模式或速度信号对应的船舶工作模式控制燃料电池单元中燃料电池的启动数 量以及燃料电池的输出功率。

具体的，在模式控制下，船舶工作模式包括停泊模式、进出港模式、航行 模式或半速模式中的至少一种。能量综合管理模块根据模式信号或速度信号确 定船舶处于哪个工作模式，从而对燃料电池的输出功率以及燃料电池的启动数 量进行相应的控制。能量综合管理模块根据模式信号或速度信号控制燃料电池 单元的能量输出，提高了电力***的稳定性，保证了船舶上器件的使用特性和 使用寿命，提高了节能减排的效果。

可选的，进入停泊模式后，则根据输入的模式控制蓄电池单元中燃料电池 的输出功率以及所述燃料电池的启动数量，包括：

若蓄电池的荷电状态小于第三设定荷电状态阈值，则控制启动两侧发电量 较低的两台燃料电池，并控制发电量较低的燃料电池的输出功率为第一预设功 率阈值。

若蓄电池的荷电状态大于第三设定荷电状态阈值且小于第四设定荷电状态 阈值，则控制启动一台燃料电池，并控制燃料电池的输出功率为第一预设功率 阈值；

若蓄电池荷电状态大于第四设定荷电状态阈值，则不启动燃料电池。

示例性的，图16是本发明实施例提供的一种船用燃料电池单元在模式控制 下的控制方法流程图，参考图16，船舶进入停泊模式后，在不接入岸电的情况 下，当船舶存在负载时需要部分的燃料电池开启并以输出功率为40kW进行工 作。若蓄电池的SOC值大于80％，则可以由蓄电池供电而不启动燃料电池(图 16中的步骤A)。若蓄电池的SOC值小于40％，船舶进入停泊模式后，船舶存 在的负载为日常照明等需求功率不高的器件，因此，控制开启的燃料电池是燃 料电池中两侧发电量较低的燃料电池(图16中的步骤B)。当蓄电池的SOC回 升至50％以上，关闭一台。可选的，控制启动一台燃料电池前，还包括：判断 为一侧发电量较低的燃料电池供氢的氢气瓶组内氢气压强与预设压强阈值的大 小；若氢气瓶组内氢气压强大于预设压力差阈值，则控制启动该一侧发电量降 低的燃料电池(图16中的步骤C)；若氢气瓶组内氢气压强小于预设压力差阈 值，则控制启动压力高的一侧中发电量低的燃料电池(图16中的步骤D)。例 如，预设压力差阈值可以为2Mpa，以保证氢气瓶组能够正常的对燃料电池供氢， 从而保证了燃料电池对船舶的供电，提高了船舶电力***的稳定性。

可选的，进入进出港模式后，则根据输入的模式控制蓄电池模块中燃料电 池的输出功率以及所述燃料电池的启动数量，包括：

控制每个燃料电池开启；若蓄电池的荷电状态大于第五设定荷电状态阈值， 则控制每个燃料电池的输出功率为第一预设功率阈值；

若蓄电池的荷电状态小于第五设定荷电状态阈值且大于第六设定荷电状态 阈值，则控制每个燃料电池的输出功率为第二预设功率阈值；

若蓄电池的荷电状态小于第六设定荷电状态阈值，则控制每个燃料电池的 输出功率为第三预设功率阈值；其中，第一预设功率阈值小于第二预设功率阈 值，第二预设功率阈值小于第三预设功率阈值。

示例性的，船舶设有4台燃料电池，当船舶进入进出港模式后，4台燃料 电池全部开启。当蓄电池的SOC值大于50％时，能量综合管理模块控制每台燃 料电池的输出功率为40kW(图16中的步骤E)；当蓄电池的SOC值小于或等 于50％大于40％时，能量综合管理模块控制每台燃料电池的输出功率为60kW (图16中的步骤F)；当蓄电池的SOC值小于或等于40％时，能量综合管理模 块控制每台燃料电池的输出功率为80kW(图16中的步骤G)。加大燃料电池 的供电量，同时对每个蓄电池进行充电，直到蓄电池的SOC值达到55％，控制 燃料电池的输出功率降回到40kW。

可选的，进入航行模式后，则根据输入的模式控制蓄电池模块中燃料电池 的输出功率以及所述燃料电池的启动数量，包括：

控制每个燃料电池开启；若蓄电池的荷电状态大于第七设定荷电状态阈值， 则控制每个燃料电池的输出功率为第四预设功率阈值；

若蓄电池的荷电状态小于第七设定荷电状态阈值且大于第八设定荷电状态 阈值，则控制每个燃料电池的输出功率为第五预设功率阈值；

若蓄电池的荷电状态小于第八设定荷电状态阈值且大于第九设定荷电状态 阈值，则控制每个燃料电池的输出功率为第六预设功率阈值；

若蓄电池的荷电状态小于第九设定荷电状态阈值，则控制每个燃料电池的 输出功率为第七预设功率阈值；

其中，第四预设功率阈值小于第五预设功率阈值，第五预设功率阈值小于 第六预设功率阈值；第六预设功率阈值小于第七预设功率阈值。

示例性的，船舶设有4台燃料电池，当船舶进入航行模式后，4台燃料电 池全部开启。一旦蓄电池的SOC值下降，燃料电池功率逐级上升，以保证蓄电 池的SOC不小于55％，燃料电池的最大输出功率为200kW。当蓄电池的SOC 值大于68％时，能量综合管理模块控制每台燃料电池的输出功率为50kW(图 16中的步骤H)；当蓄电池的SOC值小于或等于68％且大于64％时，能量综合 管理模块控制每台燃料电池的输出功率为70kW(图16中的步骤I)；当蓄电池 的SOC值小于或等于64％且大于60％时，能量综合管理模块控制每台燃料电 池的输出功率为90kW(图16中的步骤J)；当蓄电池的SOC值小于或等于60％ 时，能量综合管理模块控制每台燃料电池的输出功率为110kW(图16中的步 骤K)。

可选的，半速模式根据燃料电池单元和/或蓄电池单元的完整情况确定；其 中，蓄电池单元的个数为两个；燃料电池单元的个数至少为两个；

若蓄电池单元正常工作的个数少于两个和/或燃料电池单元正常工作的个 数少于两个；则通过降低船速以降低对所述蓄电池模块和所述燃料电池的用电 需求。

具体的，当燃料电池单元中的燃料电池或蓄电池单元中的蓄电池存在损坏 时，需要改变对燃料电池和蓄电池的控制方式，当改变方式也不能满足负载需 求时，则提醒功率不足，降载运行。一个航次的平均功率约185kW，则表明至 少需要2台燃料电池才能满足全功率运行。蓄电池起着稳定母线电压以及提供 瞬态负载的功率，当蓄电池丢失1台，可用功率降低一半，燃料电池的最大功 率也受限制，此情况下需要船舶半速航行。示例性的，若船舶的蓄电池为2台， 燃料电池为4台。根据燃料电池与蓄电池的丢失数组合，可分为：“3燃料电池 +2蓄电池”、“2燃料电池+2蓄电池”、“1燃料电池+2蓄电池”、“0燃料电池+2 蓄电池”、“4燃料电池+1蓄电池”、“3燃料电池+1蓄电池”、“2燃料电池+1蓄 电池”、“1燃料电池+1蓄电池”、“0燃料电池+1蓄电池”以及只有燃料电池工 作。

燃料电池与蓄电池的组合情况很多，每一个组合都有最佳的控制方式不现 实。需要对以上组合进行分类，保留能够满足船舶全功率运行的组合。其余组 合均采用降速的方式来降低功率，但动力源的控制方式不变，变化的是船舶上 的负载。当只有燃料电池工作的时候，还需要进一步限制负载的变化速率。以 上组合中，理论上仅有“3燃料电池+2蓄电池”与“2燃料电池+2蓄电池”两 个组合既能保证功率又能保证续航，可以全功率运行。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员 会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进 行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽 然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以 上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，船上包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元均与能量综合管理模块连接，所述能量综合管理模块用于控制燃料电池单元中燃料电池的供电，方法包括：

确定燃料电池开启编号，并根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池；

确定所述燃料电池的工作状态并根据功率需求确定所述燃料电池的目标输出功率，通过燃料电池控制器获取所述燃料电池的实际输出功率；其中所述工作状态包括稳态和暂态；

判断所述实际输出功率与所述目标输出功率的差值是否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以维持所述燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率至所述目标输出功率；

确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃料电池；

所述通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率至所述目标输出功率，包括：

所述能量综合管理模块根据所述目标输出功率、所述实际输出功率以及暂态设定时间确定所述燃料电池的输出功率的变化率，并将相应计算出来的功率信号传输给DC/DC变换器的DC/DC控制器；

所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率；

所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率后，还包括：

所述能量综合管理模块接收燃料电池控制器反馈所述燃料电池的实际输出功率，并判断所述燃料电池的实际输出功率在暂态设定时间内是否跟上目标输出功率，若没有，则增加所述暂态设定时间。

2.根据权利要求1所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，所述供电模块还包括供氢单元，所述供氢单元包括氢***控制器和多个氢气瓶组；每个所述燃料电池的燃料电池控制器以及所述氢***控制器均与能量综合管理模块连接；

所述根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池，包括：

所述能量综合管理模块传输所述燃料电池开启编号至所述氢***控制器；

所述氢***控制器根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的所述氢气瓶组的阀门；

所述氢***控制器判断对应的所述氢气瓶组的阀门是否开启成功；若不成功，则向所述能量综合管理模块反馈氢气瓶组开启失败信号；所述能量综合管理模块向所述氢***控制器传输下一燃料电池开启编号；若成功，则

向所述能量综合管理模块反馈氢气瓶组开启成功信号；所述能量综合管理模块接收到所述氢气瓶组开启成功信号后，根据所述燃料电池开启编号向对应的所述燃料电池控制器发送开启指令信号。

3.根据权利要求2所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，根据所述燃料电池开启编号向对应的所述燃料电池控制器发送开启指令信号，还包括：

所述燃料电池控制器判断所述燃料电池在预设时间内是否开启成功；若成功，则控制所述燃料电池输出电流；若不成功，则

向所述能量综合管理模块反馈燃料电池开启失败信号；所述能量综合管理模块向燃料电池控制器再次发送开启指令信号。

4.根据权利要求3所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，所述能量综合管理模块向燃料电池控制器再次发送开启指令信号后，还包括：

所述能量综合管理模块判断发送所述开启指令信息的次数是否在预设次数内，若超过预设次数，则控制启动另一所述燃料电池。

5.根据权利要求1所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，所述暂态设定时间不超过10秒。

6.根据权利要求2所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，所述确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃料电池，包括：

所述能量综合管理模块根据所述燃料电池关闭编号通过燃料电池控制器控制关闭所述燃料电池，并控制与所述燃料电池一一对应连接的DC/DC变换器降低输出功率至零；

所述燃料电池控制器向所述能量综合管理模块回馈关机信号；

所述能量综合管理模块根据所述关机信号向所述氢***控制器传输关闭阀门信号以控制关闭为所述燃料电池供氢气的氢气瓶组。

7.根据权利要求6所述的船用燃料电池单元的控制方法，其特征在于，所述燃料电池控制器向所述能量综合管理模块回馈关机信号后，还包括：

控制停止设置在所述燃料电池和所述氢气瓶组之间管路上的比例调节阀动作。

8.一种混合电力推进***，其特征在于，包括能量综合管理模块，还包括多个燃料电池单元，每个燃料电池单元均与能量综合管理模块连接，所述能量综合管理模块用于对燃料电池单元中燃料电池的控制，包括用于确定燃料电池开启编号，并根据所述燃料电池开启编号控制开启对应的燃料电池；还用于根据功率需求实时确定所述燃料电池的目标输出功率，并通过燃料电池控制器获取所述燃料电池的实际输出功率；判断所述实际输出功率与所述目标输出功率的差值是否在预设差值范围内；若在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以维持所述燃料电池的输出功率；若不在预设差值范围内，则通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率致所述目标输出功率；以及用于确定燃料电池关闭编号，并根据所述燃料电池关闭编号控制关闭对应的燃料电池；

所述通过控制与其相连的DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率至所述目标输出功率，包括：

所述能量综合管理模块根据所述目标输出功率、所述实际输出功率以及暂态设定时间确定所述燃料电池的输出功率的变化率，并将相应计算出来的功率信号传输给DC/DC变换器的DC/DC控制器；

所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率；

所述DC/DC控制器根据所述功率信号控制所述DC/DC变换器以调节所述燃料电池的输出功率后，还包括：

所述能量综合管理模块接收燃料电池控制器反馈所述燃料电池的实际输出功率，并判断所述燃料电池的实际输出功率在暂态设定时间内是否跟上目标输出功率，若没有，则增加所述暂态设定时间。

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