CN115864548A - 基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，包括：根据船舶动力***的日用负载功耗设置电量阈值；若锂电池组的剩余电量低于电量阈值，则启动备用发电机组对船舶动力***的直流母线进行供电；利用备用发电机组输出超出日用负载功耗部分的能量对锂电池组进行充电。油电双驱动船舶采用直流组网***，电源输出经斩波模块接入直流组网，将紧急刹车产生的制动能量最大化有效利用，既节约了成本，又避免了能量流失。
Description
技术领域
本发明涉及船舶驱动技术领域，具体涉及一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法。
背景技术
在过去的两个多世纪里，煤炭和燃油一直是船舶主要的动力支撑，海洋上的船舶越来越大，越来越先进，运营时间也在延长。目前，柴油动力的船舶仍然是世界各地最常见的船舶形式。然而，在船舶动力领域的各种发展中，混合推进是一个正在出现的概念，受到许多人的欢迎，并将在未来几年持续发展。
由于柴油机的特性，柴油机的输出功率只能大于等于零，如果能量无法被消耗，能量就会倒灌，这种现象叫做逆功，逆功现象会导致柴油机故障、损坏，船舶失电、失控等严重后果，在传统动力模式下只能加装消耗设备处理，但这将产生能量浪费。
因此，油电双驱动船舶如何回收利用柴油机输出的多余能量成为目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，以解决现有技术中船舶采用柴油机发电突发紧急刹车导致逆功现象，通过加装消耗设备导致能量浪费的问题。
本发明实施例提供了一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，包括：
根据船舶动力***的日用负载功耗设置电量阈值；
若锂电池组的剩余电量低于电量阈值，则启动备用发电机组对船舶动力***的直流母线进行供电；
利用备用发电机组输出超出日用负载功耗部分的能量对锂电池组进行充电。
可选地，将电量阈值设为锂电池组满电量的20％。
可选地，还包括：
当船舶紧急刹车时，能量回流至直流母线***；
通过功率控制***回收溢出能量并对锂电池组进行充电。
可选地，还包括：
在纯电池推进模式下，若推进电机突然制动，且制动能量超出第一预设值，则将制动能量回馈到逆变模块和斩波模块；通过逆变模块对日用负载进行供电；通过斩波模块对锂电池组进行充电。
可选地，第一预设值根据日用负载功耗进行设置。
可选地，还包括：
若直流母线的电压超出第二预设值，且锂电池组满足充电条件，则控制锂电池组由供电状态转换为充电状态。
可选地，还包括：
当直流母线的电压低于日用负载需要值时，使双向斩波模块处于升压模式，将多余能量通过双向斩波模块向直流母线实现功率输出；
当直流母线的电压高于日用负载需要值时，使双向斩波模块处于降压模式，将多余能量通过双向斩波模块输入到储能单元中。
可选地，还包括：
当锂电池组触发充电条件时，由锂电池组的控制模块向上级控制模块发出充电信号；
上级控制模块启动备用发电机组；
备用发电机组接入直流母线，对日用负载进行供电，并对锂电池组进行充电。
可选地，还包括：
通过功率分配和下垂曲线实现锂电池组和备用发电机组之间的功率转移。
可选地，备用发电机组包括：锂电池组、柴油机、轴带电机中的任意一种或多种。
本发明实施例的有益效果：
油电双驱动船舶采用直流组网***，电源输出经斩波模块接入直流组网，将紧急刹车产生的制动能量最大化有效利用，既节约了成本，又避免了能量流失。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法的锂电池充电示意图；
图2示出了本发明实施例中一种双向DC/DC变换器的结构图；
图3示出了本发明实施例中一种日用负载能量反馈流动单线图；
图4示出了本发明实施例中一种锂电池及日用负载消耗能量反馈流动单线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本发明实施例提供了一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，包括：
根据船舶动力***的日用负载功耗设置电量阈值。
在本实施例中，若船舶运行在待机模式下，仅通过锂电池设备对整船进行供电。在锂电池设备的电量低于设置的电量阈值时，锂电池设备需要从放电状态切换到充电状态。
若锂电池组的剩余电量低于电量阈值，则启动备用发电机组对船舶动力***的直流母线进行供电。
在本实施例中，假设油电双驱动船舶工作在锂电池设备单独供电状态下，且锂电池设备电荷低，则启动备用发电机组，例如柴油机，对船舶动力***的直流母线进行供电。在具体实施例中，油电双驱动船舶为双功能电机，轴带电机可以用作电动机运行，也可以在主机作业工况下转为发电机为负载提供日用电，同时富余功率为锂电池充电。
利用备用发电机组输出超出日用负载功耗部分的能量对锂电池组进行充电。
作为可选的实施方式，将电量阈值设为锂电池组满电量的20％。
在本实施例中，以某油电双驱动混合动力拖轮推进***为例，运行模式见表1。该***的备用发电机组在锂电池组损坏、荷电状态SOC＜20％时或其他船舶应急状态下启动发电，以保证船舶电网***的供电稳定，及船舶航行安全。通过电池管理***BMS监控锂电池组的剩余电量，结合不同工况下的设备功耗，若锂电池组电量下降到阈值下限时，将会启动备用发电机组。锂电池充电相当于锂电池作为负载使用，当锂电池触发充电条件，例如SOC低，锂电池会向直流母线索取功率，而发电机组会对直流母线输入功率，完成对锂电池充电。一个典型的锂电池充电能量图见图1。
表1船舶***主要工况
油电双驱动船舶采用直流组网***，电源输出经斩波模块接入直流组网，将紧急刹车产生的制动能量最大化有效利用，既节约了成本，又避免了能量流失。
作为可选的实施方式，还包括：
当船舶紧急刹车时，能量回流至直流母线***；
通过功率控制***回收溢出能量并对锂电池组进行充电。
在本实施例中，当推进电机突然制动时，逆变模块驱动推进电机输出反向的转矩以达到快速制动的目的，此时推进电机回馈到逆变模块的能量，会导致直流母线电压升高，其中一小部分能量可以供日用负载使用，若剩余的能量直接经过整流模块反馈给发电机组，此时发电机变成电动机运行，转子旋转磁场与定子电枢磁场平衡被打破，理论上发电机逆功率运行只是一种电动机运行方式，对发电机不会造成严重危害，但是对原动机则可能造成严重的机械损害，所以剩余的能量经斩波通过日用电源消耗掉，这样会造成部分能源浪费。因此在本实施例中，当船舶紧急制动时，能量会回流到直流母线***中，功率控制***PMS会回收这部分能量对锂电池组充电，实现能量的高效利用。
作为可选的实施方式，还包括：
在纯电池推进模式下，若推进电机突然制动，且制动能量超出第一预设值，则将制动能量回馈到逆变模块和斩波模块；通过逆变模块对日用负载进行供电；通过斩波模块对锂电池组进行充电。
混合动力***的稳压控制策略核心目的是发挥各能量源的工作特性，平抑航行工况变化造成的负载功率波动，由于混合动力***采用直流母线，因此不需要考虑频率、相位等因素，只需要保持母线电压值稳定即可。并且在保持直流母线电压稳定的同时，需要充分考虑各个储能单元的协调控制和功率分配，保证各个储能元件在正常的工作范围内工作。
当推进电机突然制动时，逆变模块驱动推进电机输出反向的转矩以达到快速制动的目的，此时推进电机回馈到逆变模块的能量，会导致直流母线电压升高，其中一小部分能量可以供日用负载使用，若剩余的能量直接经过整流模块反馈给发电机组，此时发电机变成电动机运行，转子旋转磁场与定子电枢磁场平衡被打破，理论上发电机逆功率运行只是一种电动机运行方式，对发电机不会造成严重危害，但是对原动机则可能造成严重的机械损害，所以剩余的能量经斩波通过日用电源消耗掉，这样会造成部分能源浪费。
在本实施例中，如图2所示，双向斩波器模块接入直流组网***，双向斩波器可以在boost升压和buck降压两个模式间切换，从而实现能量的双向流动。通过直流母线***双向斩波模块进行电能的双向流动，锂电池组和直流母线等效电容均可对制动产生的富余能量进行储存，在船舶不同工况时，通过充放电稳定***电压，并实现整个电网***的功率分配和协调控制。
作为可选的实施方式，第一预设值根据日用负载功耗进行设置。
在本实施例中，推进电机制动，直流母线输入的功率增加，当推进电机增加的功率超出日用负载功耗，即第一预设值，超出部分通过锂电池减少功率输出，或者一部分锂电池由放电状态切换为充电状态进行能量吸收，使直流母线中的功率综合与推进电机制动之前的状态一致。日用负载用电消耗的能量流动如图3所示。
作为可选的实施方式，还包括：
若直流母线的电压超出第二预设值，且锂电池组满足充电条件，则控制锂电池组由供电状态转换为充电状态。
在本实施例中，第二预设值大于第一预设值。在纯电池推进模式下，当推进电机突然制动时，如果制动能量过大，那么推进电机回馈到逆变模块的能量，其中一小部分可以供日用负载使用，剩余的能量可直接通过斩波模块给电池充电量，实现能量再利用，可增加电池续航能力。在具体实施例中，功率分配可以按照定制化执行，比如母线电压高于第二预设值，锂电池瞬时转为充电。能量反馈流动单线图见图4。在具体实施方式中，根据直流母线的电压范围，对应设置放电-充电状态转换的锂电池数量。
作为可选的实施方式，还包括：
当直流母线的电压低于日用负载需要值时，使双向斩波模块处于升压模式，将多余能量通过双向斩波模块向直流母线实现功率输出；
当直流母线的电压高于日用负载需要值时，使双向斩波模块处于降压模式，将多余能量通过双向斩波模块输入到储能单元中。
作为可选的实施方式，还包括：
当锂电池组触发充电条件时，由锂电池组的控制模块向上级控制模块发出充电信号；
上级控制模块启动备用发电机组；
备用发电机组接入直流母线，对日用负载进行供电，并对锂电池组进行充电。
在本实施例中，根据锂电池的荷电状态主动向上级控制模块发出充电信号，从放电状态切换到充电状态。
作为可选的实施方式，还包括：
通过功率分配和下垂曲线实现锂电池组和备用发电机组之间的功率转移。
在本实施例中，当一台锂电池组收到功率转移命令后，需将自身承担功率转移至另一台发电机组承担，但***负载未变化，***总功率应保持不变，***不应有较大波动，即直流母线电压理论上应最终不变。所以采用调节下垂曲线逻辑来实现功率转移。中央处理器将需要承担多余功率的发电机组的执行模块对应的下垂曲线上移，于此同时减少承担功率锂电池组的执行模块下垂曲线镜像下降，下降幅度等于上升幅度，在各模块下垂曲线逻辑变动后，各执行模块执行功率控制功能，此过程为连续的微小动态调整，***波动较小。
作为可选的实施方式，备用发电机组包括：锂电池组、柴油机、轴带电机中的任意一种或多种。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，包括：
根据船舶动力***的日用负载功耗设置电量阈值；
若锂电池组的剩余电量低于所述电量阈值，则启动备用发电机组对所述船舶动力***的直流母线进行供电；
利用所述备用发电机组输出超出所述日用负载功耗部分的能量对所述锂电池组进行充电。
2.根据权利要求1所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，将所述电量阈值设为所述锂电池组满电量的20％。
3.根据权利要求1所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
当船舶紧急刹车时，能量回流至直流母线***；
通过功率控制***回收溢出能量并对所述锂电池组进行充电。
4.根据权利要求3所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
在纯电池推进模式下，若推进电机突然制动，且制动能量超出第一预设值，则将所述制动能量回馈到逆变模块和斩波模块；通过所述逆变模块对所述日用负载进行供电；通过所述斩波模块对所述锂电池组进行充电。
5.根据权利要求4所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，所述第一预设值根据所述日用负载功耗进行设置。
6.根据权利要求1所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
若所述直流母线的电压超出第二预设值，且所述锂电池组满足充电条件，则控制所述锂电池组由供电状态转换为充电状态。
7.根据权利要求1所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
当所述直流母线的电压低于日用负载需要值时，使双向斩波模块处于升压模式，将多余能量通过所述双向斩波模块向直流母线实现功率输出；
当所述直流母线的电压高于所述日用负载需要值时，使所述双向斩波模块处于降压模式，将多余能量通过所述双向斩波模块输入到储能单元中。
8.根据权利要求6所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
当所述锂电池组触发所述充电条件时，由所述锂电池组的控制模块向上级控制模块发出充电信号；
所述上级控制模块所述启动备用发电机组；
所述备用发电机组接入所述直流母线，对所述日用负载进行供电，并对所述锂电池组进行充电。
9.根据权利要求8所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，还包括：
通过功率分配和下垂曲线实现所述锂电池组和所述备用发电机组之间的功率转移。
10.根据权利要求1所述的基于油电双驱动船舶的能量回收控制方法，其特征在于，所述备用发电机组包括：锂电池组、柴油机、轴带电机中的任意一种或多种。
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|---|---|---|---|---|
| CN117895708A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-16 | 中船赛思亿(无锡)电气科技有限公司 | 船舶轴带发电***及方法 |
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