船舶电池系统供配电装置及其控制方法与流程

文档序号:20699060发布日期:2020-05-12 15:24阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种船舶电池系统供配电装置,其特征在于,包括一个主控制器和与电池组相同个数的供配电模块,船舶直流电网与若干个电池组之间通过船舶电池系统供配电装置连接;

主控制器接收船舶直流电网的能量管理系统的电池系统控制信号,主控制器输出控制模式信号到各个供配电模块,主控制器将电池系统运行状态和各电池组信息发送给能量管理系统,能量管理系统用来调度船舶直流电网;

每个供配电模块包括双向直流变换器、模块控制器、充电直流接触器、放电直流接触器、负极直流接触器、两个二极管、两个快速熔断器、两路电压采集传感器和一路电流采集传感器;船舶直流电网与每个电池组之间通过双向直流变换器连接,船舶直流电网正极与双向直流变换器正极之间串连正极快速熔断器、放电直流接触器和充电直流接触器,放电直流接触器和充电直流接触器两端并联单向二级管,船舶直流电网负极与双向直流变换器负极之间串连负极快速熔断器、负极直流接触器;供配电模块的模块控制器接收两个电压传感器采集的船舶直流电网端电压和电池组端电压信号,接收流入供配电模块的电流传感器的信号,供配电模块中的模块控制器控制充电直流接触器、放电直流接触器和负极直流接触器的分合闸来控制船舶直流电网与各个电池组之间的供电状态。

2.根据权利要求1所述船舶电池系统供配电装置,其特征在于,所述主控制器采用冗余的电源供电,主控制器与船舶直流电网的能量管理系统之间有通讯和硬线接口,主控制器与能量管理系统之间采用profinet通讯,主控制器和各个供配电模块之间有通讯和硬线接口,供配电模块中的模块控制器和双向直流变换器、电池包的信号采集元进行通讯,通讯协议为can通讯协议。

3.根据权利要求1或2所述船舶电池系统供配电装置的控制方法,其特征在于,所述主控制器接收来自能量管理系统的控制信号,转化电池系统运行模式,任意电池组接入或脱离船舶直流电网前,主控制器控制模块控制器启动调整功能,将设定电池系统输出电压值vf和船舶直流电网电压值保持一致,然后模块控制器控制充电直流接触器或放电直流接触器合或分闸,将电池组并入或脱离船舶直流电网;

模块控制器从主控制器得到给定期望输出电压值vf或者根据电压-功率曲线换算出给定期望输出电流值if;供配电模块电压调整:电容电压为vc,对应电池组电压为vb,输出至船舶直流电网的总电压为vt,vt=vb+vc,通过双向直流变换器调整vc,保证vt值和vf值保持一致;电流调整:电流采集传感器采集电流为it,比较if和it后调整双向直流变换器输出vc。

4.根据权利要求3所述船舶电池系统供配电装置的控制方法,其特征在于,主控制器控制调整包括恒流模式和不均衡模式:各个电池组的之间电荷状态偏差值未超出所设定的偏差阈值时,电池组并入船舶直流电网后,则主控制器处于恒流模式,主控制器发送恒流模式指令给各供配电模块,各供配电模块采用电压调整模式,所有供电配模块根据电压-功率下垂曲线调整电压;各个电池组的之间电荷状态偏差值超出所设定的偏差阈值时,则主控制器处于不均衡模式时,10%为最低允许放电soc值,主控制器读取各电池组当前电荷状态值和对应的各供配电模块的电流采集信号,获取最大socmax对应的电池组号,最大的socmax值电池组对应的供配电模块采用电压-功率下垂曲线调整电压,最大的socmax值电池组对应供配电模块电流为imax,其余供配电模块采用电流调整,调整对应供配电模块n的给定期望输出电流值,供配电模块n的输出期望电流值ifn=imax*(socn-10%)/(socmax-10%),其中socn为第n组电池组的当前电荷状态值。

5.根据权利要求3所述船舶电池系统供配电装置的控制方法,其特征在于,当某一电池组内电池组过流、单体过温、压差过大和温差过大且超过一级报警值和二级报警值时,该电池组进入限流模式,该电池组对应的模块控制器按一级报警限流值a1和二级报警限流值a2来调整供配电模块的给定期望输出电流值if,并控制双向直流变换器进行执行;该模块控制器将一级报警状态和二级报警状态发送给主控制器,如果该组电池处于一级和二级报警状态,主控制器将不再对该组电池进行调配;如果经过限流控制后,该电池组过流、单体过温、压差过大和温差过大且小于一级警值时,则退出限流模式;如果经过限流后任然超过了三级报警值,则该模块控制器分断充电直流接触器或放电直流接触器,该电池组退出运行。

6.根据权利要求5所述船舶电池系统供配电装置的控制方法,其特征在于,模块控制器通过控制信号线采集对应电池组内每个电池的温度和电压信号,通过温度和电压判断电池过温、过充和过放情况,电池过温时充电直流接触器或放电直流接触器进行跳闸保护,电池过充时充电直流接触器进行跳闸保护,电池过放时放电直流接触器进行跳闸保护;模块控制器获取电流采集传感器采集电流信号,该电流大于充电保护设定值时,充电直流接触器进行跳闸保护,该电流大于放电保护设定值时,放电直流接触器进行跳闸保护;负极直流接触器在充电直流接触器或者放电直流接触器失灵时进行跳闸保护;模块控制器估算对应电池组的soc值。


技术总结
本发明涉及一种船舶电池系统供配电装置及其控制方法,包括一个主控制器和与电池组相同个数的供配电模块,船舶直流电网与若干个电池组之间通过船舶电池系统供配电装置连接;主控制器接收来自能量管理系统的控制信号,转化电池系统运行模式,任意电池组接入或脱离船舶直流电网前,主控制器控制模块控制器启动调整功能,将设定电池系统输出电压值Vf和船舶直流电网电压值保持一致,然后模块控制器控制充电直流接触器和放电直流接触器合或分闸,将电池组并入或脱离船舶直流电网;本发明保证电池组可靠和平滑并入船舶直流电网;在电池组各种故障情况下,采用不同的控制策略,满足船舶系统运行的需求,有效保证船舶电池系统的安全性、可靠性和稳定性。

技术研发人员:胡斌;王平;田野;吴国栋;曾志林;黎珊珊;赵丹;徐振洋
受保护的技术使用者:中国船舶重工集团公司第七0四研究所
技术研发日:2020.01.20
技术公布日:2020.05.12
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