[发明专利]船舶电池电力推进系统及其控制方法

权利要求书

1.一种船舶电池电力推进系统控制方法，其特征在于，包括12个电池组、两个主推进电机、2个岸电接口、1套分配电板、4个变频器、1个固态断路器和1套综合控制模块；船舶行驶时，电池组在综合控制模块控制下给两个主推进电机供电，船舶靠岸时，在综合控制模块控制下通过2个岸电接口将岸电引入给各个电池组充电；每个电池组、每个岸电和每个主推进电机均被分配连接到分配电板上的4个接触器，4个接触器的4副触点一端连接后与对应的电池组、岸电或主推进电机连接，4个接触器的4副触点的另一端分别对应连接4个变频器一端，4个变频器的另一端均连接直流母线，两个主推进电机电力供电直流母线通过1个固态断路器连接；

所述电池组通过接触器接入变频器时，变频器将交流变直流接直流母线，电池组内配置三相滤波器，接触器接于变频器和滤波器中间，滤波器和电池组正极连接，负极和直流母线负极相连接；

所述主推进电机通过接触器接入变频器时，变频器将直流母线上直流变交流，综合控制模块采用闭环矢量控制，对推进器的转速和转矩进行控制；

所述岸电接口通过接触器接入变频器时，变频器将交流变直流接直流母线，岸电接口与变频器之间配置LCL滤波器，变频器采用直流电流控制原理，功率因数超过0.99；

所述综合控制模块和变频器之间采用Profibus现场总线进行通讯，综合控制模块和电池组的电池管理系统采用RS485通讯接口和Modbus-RTU通讯协议，综合控制模块和岸电管理系统采用光纤接口和Modbus-TCP通讯协议，综合控制模块控制和监测分配电板内接触器的状态；

船舶靠岸电池充电时：综合控制模块控制第一岸电接口的第二个接触器和第二岸电接口的第三个接触器进行合闸，两个岸电接口分别通过第二变频器和第三变频器将岸电整流后接入直流母线；综合控制模块控制第一电池组的第一个接触器和第七电池组的第四接触器进行合闸，通过第一变频器和第四变频器将直流母线电能输入到电池组，采用1C的电流进行充电，每组电池组充电时间为1小时；将第一电池组和第七电池组充满后，对第二电池组和第八电池组进行充电，所有电池组充电时间为6个小时；

船舶行驶电池放电时：综合控制模块控制第一电池组的第一个接触器和第七电池组的第三个接触器进行合闸，通过第一变频器和第三变频器将电池能量接入直流母线；综合控制模块控制第一主推进电机的第二个接触器和第二主推进电机的第四接触器进行合闸，通过第二变频器和第四变频器将直流母线电能输出至主推进电机，推动螺旋桨为船舶提供动力；船舶全速航行时，两组电池组可为船舶提供1个小时的动力，当综合控制模块接收来自电池管理系统关于任一电池组容量小于10%时，将其余电量满的电池组投入运行，系统可全速航行6个小时。

2.根据权利要求1所述船舶电池电力推进系统控制方法，其特征在于，综合控制模块根据电池组、变频器状态信息及全船通导的信息，推进控制根据逻辑控制和算法，对推进方案进行优化、核心设备进行健康管理和推进故障限制；推进方案优化包括最优航速推荐方案和最佳效率推荐方案，根据电池组剩余容量、大气和水文状况、船舶航速、剩余航程、预期到港时间信息算出最优推进速度来推荐给驾驶人员；通过在线估算电池组、变频器、推进电机和日用负荷的综合最佳效率来推荐在线设备数量方案给管理人员；

核心设备健康管理：通过对电池组、变频器和推进电机的振动温度信息来综合预测核心设备的健康状况，并对管理人员提出设备维护和使用建议；

推进故障限制：第一时间获知电池组报警或故障情况后，对推进功率加以限制以防止突然丢失电池组后剩余电池组过载。

3.根据权利要求2所述船舶电池电力推进系统控制方法，其特征在于，综合控制模块检测电池组容量，投入运行电池组大于等于2组，电池组之间负荷根据下垂模式自动分配，当投入电池组容量小于10%时，自动切换其他电池组投入运行。

4.根据权利要求2所述船舶电池电力推进系统控制方法，其特征在于，直流母线首次上电或者因为严重故障导致直流母线失电情况下，由于每个变频器均有一个大电容挂在直流母线上，再次上电需要对大电容进行预充电，综合控制模块自动选择电池组作为预充电电源，控制预充电整流模块和预充电电阻对直流母线上大电容进行充电至80%额定直流母线电压后，自动控制电池组接触器合闸，自动断开预充电回路，变频器进入工作模式。