油电双驱动船舶的动力源投入控制方法与流程

1.本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法。


背景技术：

2.船舶“混合动力”系统是指配备两种或两种以上动力源作为推进动力的系统。目前，船舶混合动力系统主要是指通过主柴油机和电动机来驱动螺旋桨的动力系统，且电动机一般由发电机组、燃料电池或储能装置等驱动，而储能装置由蓄电池或超级电容器等组成。
3.目前，油电双驱动船舶的研究还处于初期阶段，针对混合动力船舶的动力源投入控制存在较多不足。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，以解决现有技术中油电双驱动船舶在动力源投入方面存在研究不足的问题。
5.本发明实施例提供了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，包括：根据锂电池使用状态判断对应锂电池是否投入使用；根据直流屏和舵浆的工作状态判断是否满足锂电池推进模式切换条件；若满足锂电池推进模式切换条件，则执行切换并反馈锂电池推进模式切换成功信号；将手柄调速权限转为电机；在船舶处于锂电池推进模式时，若要切换为柴油机推进模式，则根据柴油机、手柄和离合器的工作状态判断是否满足柴油机推进模式切换条件；若满足柴油机推进模式切换条件，则依次对舵桨、变频器和直流屏发送柴油机推进模式切换请求信号并取得反馈；将手柄调速权限转为柴油机；通过控制手柄实现主机调速和合排。
6.可选地，还包括：在船舶处于柴油机推进模式时，若要切换为锂电池推进模式，则再次判断是否满足锂电池推进模式切换条件。
7.可选地，根据锂电池使用状态判断对应锂电池是否投入使用，包括：获取所有锂电池电芯端电压、锂电池簇运行电流、锂电池温度、环境湿度、故障报警和最大允许充放电电流数值；计算出锂电池的荷电状态；根据荷电状态判断对应锂电池是否满足使用需求；判断锂电池的各项参数是否处于安全值内。
8.可选地，锂电池投入使用的条件设置为：锂电池的荷电状态大于20%；锂电池的湿度小于70%；锂电池的温度在5℃~30℃之间。
9.可选地，锂电池推进模式切换条件包括：直流屏内部检测到电机备车信号和变频器处于非工作状态；舵桨检测到离合器处于分排模式。
10.可选地，柴油机推进模式切换条件包括：直流屏检测到变频器处于非工作状态；舵桨的手柄处于零位；离合器处于分排状态；柴油机处于运行状态。
11.可选地，柴油机推进模式包括：通过手柄控制离合器合排且转速大于405rpm时，自动启动发电机模式发电功能；轴发变频器启动，并将发电机的能量输入直流母线；当手柄拉回零位，自动停止发电机模式发电功能，或，按下发电模式停止按钮，则轴发变频器停止，发电机停止提供能量并与直流母线脱开。
12.可选地，还包括：在发出柴油机推进模式切换请求信号后的2秒内，若未得到模式切换允许信号的反馈，则判定模式转换失败。
13.可选地，还包括自动模式：锂电池组、备用发电机组、合闸、并网和解列均由功率管理系统根据负载率及控制逻辑自动计算并施行完成；其中，功率管理系统优先工作在纯电池模式下；纯电池模式为启动所有锂电池组进行供电；功率管理系统实时监测电站功率的动态变化；当所有锂电池组的荷电状态大于等于20%时，功率管理系统保持锂电池组放电运行；当所有锂电池组平均荷电状态小于20%时，功率管理系统自动启动备用发电机组进行供电，并用备用发电机多余的能量给锂电池组充电。
14.可选地，还包括手动模式：通过发电机组控制屏和锂电池组控制屏实现手动控制设备的启停；启停后发电机组和锂电池组自动并网或解列；功率分配由功率管理系统执行；通过锂电池组控制屏上的选择开关，控制锂电池组的充电、放电和停止。
15.本发明实施例的有益效果：本发明实施例提供了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，针对锂电池推进模式，首先对锂电池组中的每个锂电池进行数据采集，判断其中是否存在不能投入使用的锂电池，在执行模式切换之前，对系统状态进行评估，是否满足模式切换的条件；在执行模式切换之后，若模式切换失败，则反馈失败原因。通过本实施例提供的动力源投入控制方法，实现油电双驱动船舶的锂电池推进模式和柴油机推进模式之间的平稳切换。
附图说明
16.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锂电池运行判断方法流程图；图2示出了本发明实施例中一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法的锂电池推进模式切换流程图；图3示出了本发明实施例中一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法的柴油机推进模式切换流程图；图4示出了本发明实施例中一种柴油机推进模式切换为锂电池推进模式的流程图；图5示出了本发明实施例中一种锂电池推进模式切换成柴油机推进模式的流程图。
具体实施方式
17.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。
18.本发明实施例提供了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，包括：步骤1，根据锂电池使用状态判断对应锂电池是否投入使用。
19.在本实施例中，通过电源管理系统bms及锂电池独立的监控及保护系统，负责采集锂电池各项数据，包括所有锂电池电芯端电压、锂电池簇运行电流、锂电池温度、环境湿度、故障报警、最大允许充放电电流数值等锂电池相关数据，并通过各数据计算出锂电池剩余电量百分比的soc值；系统判定soc值能满足使用需求且其他电池参数在设定的安全值内则该个锂电池将投入使用，否则该个锂电池不会投入使用。在具体实施例中，如图1所示，锂电池投入使用的条件设置为：锂电池的荷电状态大于20%；锂电池的湿度小于70%；锂电池的温度在5℃~30℃之间。
20.步骤2，根据直流屏和舵浆的工作状态判断是否满足锂电池推进模式切换条件。
21.在本实施例中，通过遥控系统判断模式切换的前置条件。前置条件为：直流屏内部检测电机备车信号和变频器非工作状态；舵桨的手柄处于零位，离合器分排。
22.步骤3，若满足锂电池推进模式切换条件，则执行切换并反馈锂电池推进模式切换成功信号。
23.在本实施例中，遥控将锂电池推进模式请求信号给到直流屏和舵桨，直流屏给出锂电池推进模式允许信号给遥控，舵桨给出锂电池推进模式允许信号给遥控。
24.模式切换条件满足，即舵桨在锂电池推进模式下、离合器永不合排，锂电池推进模式按钮指示灯亮。
25.步骤4，将手柄调速权限转为电机。
26.在本实施例中，手柄调速权限转为电机，按下电机启动按钮，用手柄对其进行调速。上述切换过程如图2所示。
27.在具体实施例中，若模式切换条件不满足，则模式指示灯持续闪烁，闪烁达5s以上，不再闪烁，综合故障报并将模式切换失败原因传给直流屏，驾控台上的显示屏显示出模式切换失败原因。
28.步骤5，在船舶处于锂电池推进模式时，若要切换为柴油机推进模式，则根据柴油机、手柄和离合器的工作状态判断是否满足柴油机推进模式切换条件。
29.在本实施例中，遥控系统内判断前置条件：直流屏内部检测变频器非运行状态；舵桨的手柄处于零位；离合器处于分排状态；柴油机处于运行状态。
30.步骤6，若满足柴油机推进模式切换条件，则依次对舵桨、变频器和直流屏发送柴油机推进模式切换请求信号并取得反馈。
31.在本实施例中，如图3所示，遥控系统将柴油机推进模式请求信号发送给直流屏和舵桨，直流屏给出柴油机推进模式允许信号给遥控，舵桨给出柴油机推进模式允许信号给遥控。
32.步骤7，将手柄调速权限转为柴油机。
33.步骤8，通过控制手柄实现主机调速和合排。
34.在本实施例中，模式切换条件满足，柴油机推进模式按钮指示灯常亮，手柄可以用来调整柴油机转速，从零位开始往上推转速，当手柄超过5%区间，离合器合排。
35.在具体实施例中，模式切换失败：连锁条件不满足，柴油机推进模式按钮指示灯闪烁，闪烁超过5s，报故障，并将模式切换失败原因传给直流屏，驾控台上的显示屏显示出模式转换失败原因。
36.本发明实施例提供了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，针对锂电池推进模式，首先对锂电池组中的每个锂电池进行数据采集，判断其中是否存在不能投入使用的锂电池，在执行模式切换之前，对系统状态进行评估，是否满足模式切换的条件；在执行模式切换之后，若模式切换失败，则反馈失败原因。通过本实施例提供的动力源投入控制方法，实现油电双驱动船舶的锂电池推进模式和柴油机推进模式之间的平稳切换。
37.作为可选的实施方式，还包括：在船舶处于柴油机推进模式时，若要切换为锂电池推进模式，则再次判断是否满足锂电池推进模式切换条件。
38.在本实施例中，如图4所示，柴油机推进模式运行中，柴油机推进模式按钮指示灯亮。将手柄拉至0位，按下锂电池推进模式按钮，遥控系统判断前置条件。遥控将锂电池推进模式（pth）请求信号发送给直流屏和舵桨，直流屏（直流屏内部检测电机备车信号和变频器非工作状态）给出锂电池推进模式允许信号给遥控，舵桨（舵桨检测离合器处于分排模式）给出锂电池推进模式允许信号给遥控。模式转换成功：锂电池推进模式按钮指示灯亮，手柄调速权限转为电机，按下电机启动按钮，用手柄对其进行调速。模式转换失败：则维持柴油机模式，手柄调速权限仍为柴油机。
39.在具体实施例中，如图5所示，锂电池推进模式切换成柴油机推进模式：锂电池推进模式运行中，锂电池推进模式按钮指示灯亮；船员先启动柴油机，离合器应处于分排状态；手柄拉到零位，按柴油机推进模式按钮。
40.遥控系统内部先判断：柴油机处于备妥状态；手柄处于零位；离合器处于分排状态。条件成立，将柴油机推进模式切换请求信号给到舵桨；如果条件不成立，模式准换失败。
41.舵桨先接收柴油机推进模式切换请求信号，舵桨给出柴油机推进模式允许信号。如果2s内未收到舵桨给出的柴油机推进模式允许信号，则模式转换失败。
42.遥控接收到舵桨的柴油机推进模式允许信号，发出变频器停机信号去停机变频器再给直流屏发出柴油机模式请求信号，直流屏接收到柴油机推进模式请求信号，再判断模式成立相关条件，例如变频器处于非运行状态，此时如果条件成立，则给出模式允许信号给到遥控。如果2s内直流屏未给出柴油机推进模式允许信号，则模式转换失败。
43.模式转换成功：柴油机推进模式按钮指示灯常亮，手柄调速权限转为柴油机，通过控制手柄可实现主机调速以及合排。柴油机合排且转速》405rpm，自动启动发电机模式（pto）发电功能，对应的指示灯亮，且轴发变频器启动，将发电机的能量输入直流母线，直流母线系统视情况自动判定发电功率。如不需要发电功能，可以按发电机模式（pto）停止按钮。
44.模式转换失败，则维持锂电池推进模式，手柄调速权限仍为电机。
45.作为可选的实施方式，还包括自动模式：锂电池组、备用发电机组、合闸、并网和解列均由功率管理系统pms根据负载率及控制逻辑自动计算并施行完成；其中，功率管理系统优先工作在纯电池模式下；纯电池模式为启动所有锂电池组进行供电；功率管理系统实时监测电站功率的动态变化；当所有锂电池组的荷电状态大于等于20%时，功率管理系统保持锂电池组放电运行；当所有锂电池组平均荷电状态小于20%时，功率管理系统自动启动备用发电机组进行供电，并用备用发电机多余的能量给锂电池组充电。
46.在本实施例中，pms还可以实现能量回收和报警提示功能。当船舶紧急刹车时，能量会回流到直流母线系统中，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。
47.当船舶紧急刹车时，螺旋桨转矩大于电动机转矩，紧急刹车时电动机和螺旋桨转矩见，螺旋桨带动电机转动，此时电动机变成了发电机，产生的能量会回流到直流母线系统中，pms会回收这部分能量对锂电池组充电，此时锂电池组剩余电量会有所增加，实现能量的高效利用。
48.作为可选的实施方式，还包括手动模式：通过发电机组控制屏和锂电池组控制屏实现手动控制设备的启停；启停后发电机组和锂电池组自动并网或解列；功率分配由功率管理系统执行；通过锂电池组控制屏上的选择开关，控制锂电池组的充电、放电和停止。
49.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。

技术特征：
1.一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，包括：根据锂电池使用状态判断对应所述锂电池是否投入使用；根据直流屏和舵浆的工作状态判断是否满足锂电池推进模式切换条件；若满足所述锂电池推进模式切换条件，则执行切换并反馈锂电池推进模式切换成功信号；将手柄调速权限转为电机；在船舶处于锂电池推进模式时，若要切换为柴油机推进模式，则根据柴油机、所述手柄和离合器的工作状态判断是否满足柴油机推进模式切换条件；若满足所述柴油机推进模式切换条件，则依次对舵桨、变频器和所述直流屏发送柴油机推进模式切换请求信号并取得反馈；将所述手柄调速权限转为柴油机；通过控制所述手柄实现主机调速和合排。2.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，还包括：在所述船舶处于柴油机推进模式时，若要切换为所述锂电池推进模式，则再次判断是否满足所述锂电池推进模式切换条件。3.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，根据锂电池使用状态判断对应所述锂电池是否投入使用，包括：获取所有锂电池电芯端电压、锂电池簇运行电流、锂电池温度、环境湿度、故障报警和最大允许充放电电流数值；计算出所述锂电池的荷电状态；根据所述荷电状态判断对应所述锂电池是否满足使用需求；判断所述锂电池的各项参数是否处于安全值内。4.根据权利要求3所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，所述锂电池投入使用的条件设置为：所述锂电池的荷电状态大于20％；所述锂电池的湿度小于70％；所述锂电池的温度在5℃～30℃之间。5.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，所述锂电池推进模式切换条件包括：所述直流屏内部检测到电机备车信号和所述变频器处于非工作状态；所述舵桨检测到所述离合器处于分排模式。6.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，所述柴油机推进模式切换条件包括：所述直流屏检测到所述变频器处于非工作状态；所述舵桨的手柄处于零位；所述离合器处于分排状态；柴油机处于运行状态。7.根据权利要求2所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，所述柴油机推进模式包括：通过所述手柄控制所述离合器合排且转速大于405rpm时，自动启动发电机模式发电功
能；轴发变频器启动，并将发电机的能量输入直流母线；当所述手柄拉回零位，自动停止所述发电机模式发电功能，或，按下发电模式停止按钮，则所述轴发变频器停止，所述发电机停止提供能量并与所述直流母线脱开。8.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，还包括：在发出所述柴油机推进模式切换请求信号后的2秒内，若未得到模式切换允许信号的反馈，则判定模式转换失败。9.根据权利要求1所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，还包括自动模式：所述锂电池组、备用发电机组、合闸、并网和解列均由功率管理系统根据负载率及控制逻辑自动计算并施行完成；其中，所述功率管理系统优先工作在纯电池模式下；所述纯电池模式为启动所有所述锂电池组进行供电；所述功率管理系统实时监测电站功率的动态变化；当所有所述锂电池组的荷电状态大于等于20％时，所述功率管理系统保持所述锂电池组放电运行；当所有所述锂电池组平均荷电状态小于20％时，所述功率管理系统自动启动所述备用发电机组进行供电，并用所述备用发电机多余的能量给所述锂电池组充电。10.根据权利要求9所述的油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，其特征在于，还包括手动模式：通过发电机组控制屏和锂电池组控制屏实现手动控制设备的启停；启停后所述发电机组和所述锂电池组自动并网或解列；功率分配由所述功率管理系统执行；通过所述锂电池组控制屏上的选择开关，控制所述锂电池组的充电、放电和停止。

技术总结
本发明公开了一种油电双驱动船舶的动力源投入控制方法，包括：根据锂电池使用状态判断对应锂电池是否投入使用；根据直流屏和舵浆的工作状态判断是否满足锂电池推进模式切换条件；若满足锂电池推进模式切换条件，则执行切换并反馈锂电池推进模式切换成功信号；将手柄调速权限转为电机；在船舶处于锂电池推进模式时，若要切换为柴油机推进模式，则根据柴油机、手柄和离合器的工作状态判断是否满足柴油机推进模式切换条件；若满足柴油机推进模式切换条件，则依次对舵桨、变频器和直流屏发送柴油机推进模式切换请求信号并取得反馈；将手柄调速权限转为柴油机；通过控制手柄实现主机调速和合排。通过本方法实现锂电池和柴油机推进模式的平稳切换。模式的平稳切换。模式的平稳切换。


技术研发人员：樊志红 于守水 孙红娟 马海东 乌云翔 郝为建 罗冬冬 朱彥华
受保护的技术使用者：江苏省镇江船厂（集团）有限公司 青岛港国际股份有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/4/18