一种柴电混合动力游览船电力系统的拓扑系统的制作方法

本发明涉及一种柴电混合动力游览船电力系统的拓扑系统。

背景技术：

随着环保要求的不断提高，传统的以燃油机为能源的游览船舶不能满足环境要求，很多景区已严禁仅采用柴油机驱动的游览船运行，采用太阳能和蓄电池的纯太阳能游览船舶越来越受到重视。但是现阶段，由于太阳能能量密度低、不稳定性以及游览船空间有限，纯太阳能游览船电力系统容量有限，续航能力不足，使得游览船舶应用受到限制，严重影响旅游景区经济发展。

近年来，动力锂电池在能量密度、充点电性能以及成组技术都有了极大的进步，已在电动汽车大量应用。采用动力锂电池组作为游览船舶主动力能源，结合柴油发电机组，既能把船舶的环保性能和经济性能有机结合，又能提高船续航能力和船舶电力系统可靠性，充分体现出柴储混合能源电动游览船的优势。

然而，柴储混合能源游览船的用电系统一般包括主动力用电（即电机+推进螺旋桨）和辅助设备用电，其采用三相380v交流电压供电；生活用电（如空调负载、家庭影院、照明用电等），其三相交流380v及单相交流220v电压供电。由于电力推进系统在复杂工况运行时对船舶供电系统稳定性要求非常高，如何配置锂电池组的组数以及参数，采用何种电压平台以及如何合理配电设计，都将对游览船舶各种性能产生较大影响，因此，如何构成基于柴储混合能源的游览船舶供电系统，进而提高电力系统的总效率和稳定性，亟需解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柴电混合动力游览船电力系统的拓扑系统，该系统实现了柴储混合能源游览船电力系统的电力调度及能量分配，提高电力系统动总效率、态响应用能力及稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种柴电混合动力游览船电力系统的拓扑系统，包括整船控制系统、上位机监控系统、推进监控系统、推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、柴油发电机、岸电充电系统、锂电池组、锂电池能量管理系统、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统、推进电机、轴系和齿轮箱系统；

所述整船控制系统分别与上位机监控系统、推进监控系统、推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、岸电充电系统、锂电池能量管理系统、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统连接，以获得整船各项数据信息，并通过所述上位机监控系统、推进监控系统实时显示；

所述能量控制和调度柜还分别与所述柴油发电机控制系统、岸电充电系统、逆变系统、变频驱动系统、锂电池组连接；所述推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、锂电池能量管理系统、变频驱动系统分别用于控制所述轴系和齿轮箱系统、柴油发电机、锂电池组、推进电机的工作状态，所述推进电机还经所述轴系和齿轮箱系统驱动螺旋桨；

所述锂电池组为四组锂电池，即包括第一至第四锂电池组；所述推进电机包括左推进电机和右推进电机；

所述柴油发电机、第一锂电池组、第二锂电池组、能量控制和调度柜、左推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第一柴储混合能源游览船电力系统的拓扑结构；其中，第一锂电池组作为船舶动力用电，第二锂电池组能够作为船舶动力用电或生活用电，柴油发电机能够为第一锂电池组及第二锂电池组充电、直接供给船舶推进系统或供给生活用电；

所述柴油发电机、第三锂电池组、第四锂电池组、能量控制和调度柜、右推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第二柴储混合能源游览船电力系统的拓扑结构；其中，第三锂电池组作为船舶动力用电，第四锂电池组能够作为船舶动力用电或生活用电，柴油发电机能够为第三锂电池组及第四锂电池组充电、直接供给船舶推进系统或供给生活用电；

所述第二锂电池组、第三锂电池组、能量控制和调度柜、逆变系统构成整船生活用电系统。

在本发明一实施例中，所述整船控制系统通过can总线或485总线的方式与上位机监控系统、推进监控系统、推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、岸电充电系统、锂电池能量管理系统、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统连接。

在本发明一实施例中，所述推进监控系统用于实时显示第一柴储混合能源游览船电力系统的信息、第二柴储混合能源游览船电力系统信息，所述上位机监控系统用于实时显示锂电池组、柴油发电机、第一柴储混合动力电力推进系统信息、第二柴储混合动力电力推进系统信息。

在本发明一实施例中，所述岸电充电系统能够通过能量控制和调度柜为所述第一至第四锂电池组充电，柴油发电机、岸电充电系统的充电过程由整船控制系统控制，以实现第一至第四锂电池组的自动、手动充电方式的选择，同时，通过上位机监控系统能够实现实时监测充电数据信息并进行充电控制操作。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明系统实现了柴储混合能源游览船电力系统的电力调度及能量分配，提高电力系统动总效率、态响应用能力及稳定性。

附图说明

图1为本发明柴储混合能源游览船电力系统拓扑结构图。

图2为本发明混合动力游船通讯结构图。

图3为本发明混合动力游船系统主电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种柴电混合动力游览船电力系统的拓扑系统，包括上位机监控系统、推进监控系统、整船控制系统、推进调速手柄系统、柴油发电机及控制、岸电充电系统、锂电池组、bms（锂电池能量管理系统）、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统、推进电机、轴系和齿轮箱组成。

所述整船控制系统分别与上位机监控系统、推进监控系统、推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、岸电充电系统、锂电池能量管理系统、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统连接，以获得整船各项数据信息，并通过所述上位机监控系统、推进监控系统实时显示；

所述能量控制和调度柜还分别与所述柴油发电机控制系统、岸电充电系统、逆变系统、变频驱动系统、锂电池组连接；所述推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、锂电池能量管理系统、变频驱动系统分别用于控制所述轴系和齿轮箱系统、柴油发电机、锂电池组、推进电机的工作状态，所述推进电机还经所述轴系和齿轮箱系统驱动螺旋桨；

所述锂电池组为四组锂电池，即包括第一至第四锂电池组；所述推进电机包括左推进电机和右推进电机；

所述柴油发电机、第一锂电池组、第二锂电池组、能量控制和调度柜、左推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第一柴储混合动力游览船电力系统；其中，第一锂电池组作为船舶动力用电，第二锂电池组能够作为船舶动力用电或生活用电，柴油发电机能够为第一锂电池组及第二锂电池组充电、直接供给船舶推进系统或供给生活用电；

所述柴油发电机、第三锂电池组、第四锂电池组、能量控制和调度柜、右推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第二柴储混合动力游览船电力系统；其中，第三锂电池组作为船舶动力用电，第四锂电池组能够作为船舶动力用电或生活用电，柴油发电机能够为第三锂电池组及第四锂电池组充电、直接供给船舶推进系统或供给生活用电；

所述第二锂电池组、第三锂电池组、能量控制和调度柜、逆变系统构成整船生活用电系统。

所述整船控制系统通过can总线或485总线的方式与上位机监控系统、推进监控系统、推进调速手柄系统、柴油发电机控制系统、岸电充电系统、锂电池能量管理系统、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统连接。

所述推进监控系统用于实时显示第一柴储混合动力游览船电力系统信息、第二柴储混合动力游览船电力系统信息，所述上位机监控系统用于实时显示锂电池组、柴油发电机、第一柴储混合动力游览船电力系统信息、第二柴储混合动力游览船电力系统信息。

所述岸电充电系统能够通过能量控制和调度柜为所述第一至第四锂电池组充电，柴油发电机、岸电充电系统的充电过程由整船控制系统控制，以实现第一至第四锂电池组的自动、手动充电方式的选择，同时，通过上位机监控系统能够实现实时监测充电数据信息并进行充电控制操作。

以下为本发明的具体实现过程。

如图1所示，本发明的一种柴储混合动力游览船电力系统的拓扑结构，由上位机监控系统、推进监控系统、整船控制系统、推进调速手柄系统、柴油发电机及控制、岸电充电系统、锂电池组、bms（锂电池能量管理系统）、能量控制和调度柜、逆变系统、变频驱动系统、推进电机、轴系和齿轮箱组成。

如图2所示，锂电池组包括4组锂电池，分别为锂电池组1、锂电池组2、锂电池组3、锂电池组4。4组锂电池与柴油发电机、变频驱动系统、岸电充电系统及逆变系统分别与能量控制和调度柜连接。柴油发电机、锂电池组、岸电充电系统、变频驱动系统、推进调速手柄系统、逆变系统及齿轮箱系统的数据信息通过can总线、485总线实时传送给整船控制系统，并实时显示在上位机监控系统及推进监控系统。

柴油发电机、锂电池组1、锂电池组2、能量控制和调度柜、变频驱动系统、左推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第一柴储混合动力游览船电力系统的拓扑结构。其中锂电池组1作为船舶动力用电，锂电池组2既可以作为动力用电也可以作为生活用电，柴油发电机既可以给锂电池组充电也可以直接供给船舶推进系统还可以供给生活用电。通过推进监控系统可以实时显示推进系统的数据信息，通过上位机监控系统可以实时显示锂电池组、发电机、推进系统的实时数据及工作状态。

柴油发电机、锂电池组3、锂电池组4、能量控制和调度柜、变频驱动系统、右推进电机、轴系和齿轮箱系统、推进调速手柄系统构成第二柴储混合动力游览船电力系统的拓扑结构。其中锂电池组3作为船舶动力用电，锂电池组4既可以作为动力用电也可以作为生活用电，柴油发电机既可以给锂电池组充电也可以直接供给船舶推进系统还可以供给生活用电。通过推进监控系统可以实时显示推进系统的数据信息，通过上位机监控系统可以实时显示锂电池组、发电机、推进系统的实时数据及工作状态。

柴油发电机、岸电充电系统是锂电池组的充电电源，通过能量控制和调度柜与锂电池组连接，通过整船控制系统可以实现锂电池组自动、手动充电选择，通过上位机监控系统可以实时监测充电数据信息并进行充电控制操作。

锂电池组2、锂电池组3、能量控制和调度柜及逆变系统连接构成本船生活用电系统。根据船舶的运行工况，整船控制系统会自动选取合适的锂电池组进行充放电，537.6v直流电通过逆变系统逆变为三相380v交流及单相220v交流电为船上空调、厨房设备、照明、电视、音箱等电器供电。

如图3所示，为本发明混合动力游船系统主电路原理图，图中，混合动力游船系统主电路，包括：柴油发电机g1、g2，锂电池组1、2、3、4，左右推进电机m1、m2，充电母线、放电母线、岸电充电系统、开关km1、km2、……、km20，逆变系统；g1、g2、岸电充电系统分别通过km1、km3、km2与逆变系统连接，而后分别通过km4、km6、km5连接至充电母线，充电母线分别经km7至km10与锂电池组1、2、3、4连接，放电母线分别经km11至km14与锂电池组1、2、3、4连接，放电母线还分别经km15、km16与逆变系统，而后分别经km18、km19与m1、m2连接，g1、g2还分别经km17、km20与m1、m2连接，放电母线还经逆变系统逆变为三相380v交流。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。