一种电动船舶直流充电接口安全防护方法、装置及系统

1.本发明涉及电动船舶充电领域，尤其涉及一种电动船舶直流充电接口安全防护方法、装置及系统。


背景技术：

2.船舶电动化是交通领域电能替代的重要组成部分，经测算电动船舶耗电费与传统燃油船舶年运输油耗费用比为0.43，经济效益明显。因此，电动船舶的使用越来越广泛，数量越来越多。
3.然而，为纯电动船舶蓄电池提供充电服务的岸电技术、船岸直流充电接口技术尚处于起步阶段，目前广泛存在着船岸连接便携性差、大功率充电安全防护问题，并且电动船舶直流充电时充电功率较大，充电设备所处环境复杂，船舶动力电池充电时通常还带有负载，所以，难以保证电动船舶的充电安全。
4.因此，现有技术中存在难以保证电动船舶直流充电过程安全的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种电动船舶直流充电接口安全防护方法、装置及系统，能够实现实时监测电动船舶直流充电过程，保证电动船舶直流充电过程安全。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种电动船舶直流充电接口安全防护方法，包括：
7.获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数；
8.确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间；
9.根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数、充电接口状态参数阈值区间以及电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果；
10.在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示。
11.进一步地，充电接口运行时状态参数包括环境温度、充电接口温度温升、绝缘电阻、母线电流和母线电压；
12.电动船舶动力电池技术参数包括充电限制电压和充电限制电流；
13.电动船舶动力电池状态参数包括电池荷电状态、电池健康度和单体电池平均温度。
14.进一步地，确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间，包括：
15.根据充电接口处于安全状态下的状态参数阈值，确定环境温度阈值区间、充电接口温度温升阈值区间、绝缘电阻阈值区间；
16.根据电动船舶动力电池的技术参数，确定充电接口母线电流阈值区间和母线电压阈值区间；
17.根据环境温度阈值区间、充电接口温度温升阈值区间、绝缘电阻阻值阈值区间、母线电流阈值区间和母线电压阈值区间，确定充电接口状态参数阈值区间；
18.根据电动船舶动力电池处于安全状态下的状态参数，确定电池荷电状态阈值区间、电池健康度阈值区间和单体电池平均温度阈值区间；
19.根据电池荷电状态阈值区间、电池健康度阈值区间和单体电池平均温度阈值区间，确定电动船舶动力电池状态参数阈值区间。
20.进一步地，根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数以及充电接口状态参数阈值区间、电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，包括：
21.根据充电接口运行时状态参数和充电接口状态参数阈值区间，确定充电接口状态监测量级，其中，充电接口状态监测量级包括接口监测安全、接口监测警告和接口监测危险；
22.根据电动船舶动力电池状态参数和电动船舶动力电池状态参数阈值区间，确定电动船舶动力电池状态监测量级，其中，电动船舶动力电池状态监测量级包括电池监测安全、电池监测警告和电池监测危险；
23.根据充电接口状态监测量级、电动船舶动力电池状态监测量级，对电动船舶直流充电过程进行监测。
24.进一步地，根据充电接口运行时状态参数和充电接口状态参数阈值区间，确定充电接口状态监测量级，包括：
25.获取环境温度值、充电接口温度温升数值、绝缘电阻阻值、母线电流值和母线电压值；
26.判断环境温度值是否处于安全环境温度阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断环境温度值是否处于警告环境温度阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险；
27.判断充电接口温度温升数值是否处于安全温升阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断充电接口温度温升数值是否处于警告温升阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险；
28.判断绝缘电阻阻值是否处于安全电阻阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断绝缘电阻阻值是否处于警告电阻阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险；
29.判断母线电流值是否处于安全电流阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断母线电流值是否处于警告电流阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险；
30.判断母线电压值是否处于安全电压阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断母线电压值是否处于警告电压阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险；
31.判断第一计数值是否大于二，若是，确定为接口监测危险；若否，则判断第一计数值是否大于零，若是，确定为接口监测警告；若否，确定为接口监测安全。
32.进一步地，根据电动船舶动力电池状态参数和电动船舶动力电池状态参数阈值区
间，确定电动船舶动力电池状态监测量级，包括：
33.获取电动船舶动力电池的电池荷电状态、电池健康度、单体电池平均温度；
34.判断电池荷电状态是否处于安全电池荷电状态预设区间，若是，则跳过；若否，则判断电池荷电状态是否处于警告电池荷电状态预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为状态监测危险；
35.判断电池健康度是否处于安全电池健康度预设区间，若是，则跳过；若否，则判断电池健康度是否处于警告电池健康度预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为电池监测危险；
36.判断单体电池平均温度是否处于安全单体电池平均温度预设区间，若是，则跳过；若否，则判断单体电池平均温度是否处于警告单体电池平均温度预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为电池监测危险；
37.判断第二计数是否为二，若是，确定为状态监测危险；若否，则判断第二计数值是否为一，若是，确定为状态监测警告；若否，确定为状态监测安全。
38.进一步地，在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示，包括：
39.判断监测结果是否为接口监测安全，若是，则对电动船舶充电，若否，则判断监测结果是否为接口监测警告，若是，则对电动船舶充电并发出警告，若否，则禁止充电并发出危险警告；
40.判断监测结果是否为状态监测安全，若是，则继续对电动船舶充电，若否，则判断监测结果是否为状态监测警告，若是，则继续对电动船舶充电并发出警告，若否，则停止充电并发出危险警告。
41.为了实现上述目的，本发明提供一种电动船舶直流充电接口安全防护装置，包括：
42.信号采集模块，用于获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数；
43.人机交互模块，用于确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间；
44.数据通信模块，用于根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数以及充电接口状态参数阈值区间、电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果；
45.故障报警模块，用于在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示。
46.进一步地，电动船舶直流充电接口安全防护装置还包括数据存储模块和数据显示模块，数据存储模块用于存储数据通信模块的监测信息，数据显示模块用于显示监测信息。
47.为了实现上述目的，本发明提供一种电动船舶直流充电接口安全防护系统，分别与充电设备和电动船舶耦接，包括如上文所述的电动船舶直流充电接口安全防护装置，能够实现如上文所述的电动船舶直流充电接口安全防护方法。
48.采用上述技术方案的有益效果是：本发明提供一种电动船舶直流充电接口安全防护方法、装置及系统，该方法包括：获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数；确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池
状态参数阈值区间；根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数以及充电接口状态参数阈值区间、电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果；在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示。通过对电动船舶直流充电过程中的充电设备和电动船舶动力电池的相关参数进行监测，实现实时监测电动船舶直流充电过程，保证电动船舶直流充电过程安全。
附图说明
49.图1为本发明提供的电动船舶直流充电接口安全防护方法及系统一实施例的流程示意图；
50.图2为本发明提供的确定充电接口运行时状态参数的运行监测状态一实施例的流程示意图；
51.图3为本发明提供的确定电动船舶的充电监测状态一实施例的流程示意图；
52.图4为本发明提供的电动船舶直流充电接口安全防护装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
53.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
54.在陈述实施例之前，先对电动船舶及其直流充电设备进行阐述：
55.电动船舶是电动载具的一种，是由蓄电池或混合储能产生电力推进的船舶，具有低噪声、无污染、高效率的显著特点，更符合对节能减排、绿色航运的要求，是未来船舶绿色发展的主要方向。
56.然而由于电池能量密度低、成本高，大规模电能存储和补充在大功率船舶中的应用仍面临巨大挑战。电动船舶充电的方式目前以交流充电为主，但该方式充电速度慢，难以满足紧凑的营运要求。直流充电的方式俗称“快充”，采用工频380v交流电，经过整流后产生可调直流电直接对船舶动力电池充电。电动船舶只需提供充电及相关通信接口，即可通过充电连接装置对船舶动力电池直接充电。直流充电时电流远大于交流充电方式，可以达到150a-400a，因此具有充电功率大，充电速度快的特点。
57.目前，电动船舶在直流充电过程中，与充电设备通过直流充电接口的插头插座连接，实现电网-船舶的能量信息传递，为电动船舶动力电池补充电能。电动船舶的充电功率大，充电接口所处环境复杂，并且在充电过程中无专人看守，充电安全性往往难以保障。
58.为了解决现有技术中，电动船舶直流充电过程难监测，难以保障充电过程安全问题，本发明提供了一种电动船舶直流充电接口安全防护方法及系统，以下分别进行详细说明。
59.如图1所示，图1为本发明提供的电动船舶直流充电接口安全防护方法及系统一实施例的流程示意图，包括：
60.步骤s11：获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数；
61.步骤s12：确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间；
62.步骤s13：根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数、充电接口状态参数阈值区间以及电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果。
63.步骤s14：在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示。
64.本实施例中，在对电动船舶进行电量传输过程中，实时获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数，并且根据充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间，实时监控电动船舶直流充电过程是否处于可控安全状态，得到监测结果，并根据监测结果发出报警提示，从而保证充电过程的安全。
65.作为优选的实施例，充电接口和电动船舶动力电池的状态参数有很多，为了简化监测过程，确定多个能够代表充电接口和电动船舶动力电池充电状态的参数，在步骤s11中，充电接口运行时状态参数包括环境温度、充电接口温度温升、绝缘电阻、母线电流和母线电压；电动船舶动力电池技术参数包括充电限制电压和充电限制电流；电动船舶动力电池状态参数包括电池荷电状态、电池健康度和单体电池平均温度。
66.本实施例中，根据环境温度确定充电设备在充电前的状态是否安全；根据充电接口温度温升、绝缘电阻、充电限制电压、充电限制电流、母线电流和母线电压，确定充电设备在充电过程是否在控制范围内；根据电池荷电状态、电池健康度和单体电池平均温度，确定电动船舶动力电池在充电过程是否在控制范围内，从而保证充电设备的充电安全。
67.进一步地，在获取到充电接口运行时状态参数和电动船舶动力电池状态参数后，还需要设置相应的阈值区间，从而实现在充电过程中，能够自动监测充电接口和电动船舶动力电池安全。
68.在一具体实施例中，充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间如下表所示：
[0069][0070]
特别地，充电接口运行时状态参数有多个，有多种异常同时发生的可能，故有时不能简单根据某一种参数判断充电过程运行安全。因此，为了确定充电接口的监测状态，如图2所示，图2为本发明提供的确定充电接口运行时状态参数的运行监测状态一实施例的流程示意图，确定充电接口的监测状态包括：
[0071]
步骤s21：获取环境温度值、充电接口温度温升数值、绝缘电阻阻值、母线电流值和母线电压值。
[0072]
步骤s22：判断环境温度值是否处于安全环境温度阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断环境温度值是否处于警告环境温度阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险。
[0073]
步骤s23：判断充电接口温度温升数值是否处于安全温升阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断充电接口温度温升数值是否处于警告温升阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险。
[0074]
步骤s24：判断绝缘电阻阻值是否处于安全电阻阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断绝缘电阻阻值是否处于警告电阻阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险。
[0075]
步骤s25：判断母线电流值是否处于安全电流阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断母线电流值是否处于警告电流阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险。
[0076]
步骤s26：判断母线电压值是否处于安全电压阈值区间，若是，则跳过；若否，则判断母线电压值是否处于警告电压阈值区间，若是，则跳过但第一计数加一；若否，则确定为接口监测危险。
[0077]
步骤s27：判断第一计数值是否大于二，若是，确定为接口监测危险；若否，则判断第一计数值是否大于零，若是，确定为接口监测警告；若否，确定为接口监测安全。
[0078]
可以理解的是，通过环境温度、充电接口温度温升值、绝缘电阻阻值、母线电流值和母线电压值监测充电设备的运行情况，并且通过分级计数的方式设置一定的缓冲，当多个参数达到警告水平时，才判定为运行监测危险，在一定程度上能够减少因为充电设备本身的波动而导致的参数波动，减少误报现象。
[0079]
另外，电动船舶动力电池状态参数也有多个，因此，为了确定电动船舶的充电监测状态，如图3所示，图3为本发明提供的确定电动船舶的充电监测状态一实施例的流程示意图，确定电动船舶的充电监测状态包括：
[0080]
步骤s31：获取电动船舶动力电池的电池荷电状态、电池健康度、单体电池平均温度。
[0081]
步骤s32：判断电池荷电状态是否处于安全电池荷电状态预设区间，若是，则跳过；若否，则判断电池荷电状态是否处于警告电池荷电状态预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为状态监测危险。
[0082]
步骤s33：判断电池健康度是否处于安全电池健康度预设区间，若是，则跳过；若否，则判断电池健康度是否处于警告电池健康度预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为电池监测危险。
[0083]
步骤s34：判断单体电池平均温度是否处于安全单体电池平均温度预设区间，若是，则跳过；若否，则判断单体电池平均温度是否处于警告单体电池平均温度预设区间，若是，则跳过但第二计数加一；若否，则确定为电池监测危险。
[0084]
步骤s35：判断第二计数是否为二，若是，确定为状态监测危险；若否，则判断第二计数值是否为一，若是，确定为状态监测警告；若否，确定为状态监测安全。
[0085]
可以理解的是，通过电池荷电状态、电池健康度和单体电池平均温度监测电动船舶的充电情况，能够实现针对性的监测，并且能够获取较为精准的电池监测结果，保证充电过程的安全。
[0086]
进一步地，在步骤s14中，得到监测结果后，在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，还需要发出故障提示，护体包括：
[0087]
当判断监测结果是否为接口监测安全，若是，则对电动船舶充电，若否，则判断监测结果是否为接口监测警告，若是，则对电动船舶充电并发出警告，若否，则禁止充电并发出危险警告；
[0088]
当判断监测结果是否为状态监测安全，若是，则继续对电动船舶充电，若否，则判断监测结果是否为状态监测警告，若是，则继续对电动船舶充电并发出警告，若否，则停止充电并发出危险警告。
[0089]
其中，当监测结果为接口监测警告或者状态监测警告时，电动船舶直流充电系统先会进行自检，检测内容包括绝缘电阻、接口温度、环境温湿度、直流充电设备状态、通信状态。上传异常数据至上位机，上位机分析异常原因，并结合大数据系统显示处理建议。当工作人员排除异常之后，电动船舶直流充电系统还会重新自检，若仍有异常，则显示相关的异常数据，直至恢复正常。
[0090]
通过上述方式，能够实时监测到电动船舶直流充电接口异常或充电过程出现的异常情况，并且发出相应的提示信息，从而保证电动船舶直流充电接口安全。
[0091]
为了解决上述问题，本发明还提供了一种电动船舶直流充电接口安全防护装置，
如图4所示，图4为本发明提供的电动船舶直流充电接口安全防护装置一实施例的结构示意图，电动船舶直流充电接口安全防护装置400包括：
[0092]
采集模块401，用于获取充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数和电动船舶动力电池状态参数；
[0093]
人机交互模块402，用于确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间；
[0094]
数据通信模块403，用于根据充电接口运行时状态参数、电动船舶动力电池技术参数、电动船舶动力电池状态参数以及充电接口状态参数阈值区间、电动船舶动力电池状态参数阈值区间，对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果；
[0095]
故障报警模块404，用于在监测结果表征电动船舶直流充电过程存在故障的情况下，发出故障提示。
[0096]
本实施例中，通过采集模块401实时获取充电接口运行时状态参数和电动船舶动力电池状态参数，并将实时数据输入至数据通信模块403；人机交互模块402根据充电设备和电动船舶的参数，确定充电接口状态参数阈值区间和电动船舶动力电池状态参数阈值区间，并将阈值区间数据输入至数据通信模块403；数据通信模块403根据实时数据及其对应的阈值区间对电动船舶直流充电过程进行监测，得到监测结果；故障报警模块404根据监测结果发出故障提示，从而保证电动船舶直流充电过程安全。
[0097]
在一具体实施例中，故障报警模块还与充电电源耦接，当监测结果为警告时，故障报警模块发出警告报警信号；当监测结果为危险时，故障报警模块关闭充电电源，并发出危险报警信号。
[0098]
在一具体实施例中，警告报警信号/危险报警信号包括声音报警信号和光报警信号。
[0099]
进一步地，为了提高电动船舶直流充电接口安全防护装置的智能化水平，电动船舶直流充电接口安全防护装置还可以包括数据存储模块和数据显示模块，其中，数据存储模块和数据显示模块分别与数据通信模块403耦接，数据存储模块用于存储数据通信模块403的监测信息，数据显示模块用于显示监测信息。
[0100]
在一具体实施例中，当出现报警的情况时，显示模块还可以根据出现报警信息的原因，相应地显示维修建议等信息，以便于工作人员检修；数据存储模块还可以记录故障报警模块执行时引起报警信号的数据源，方便维修人员分析故障原因。
[0101]
在一具体实施例中，数据显示模块还可以是触摸屏，还能够实现直接根据显示的监测信息输入相应的控制指令，提高电动船舶直流充电接口安全防护装置的处理速度和水平。
[0102]
在一具体实施例中，电动船舶直流充电异常结束包括以下情况：系统监测到状态参数为危险；现场人员按下急停按钮强制结束充电；后台工作人员通过上位机远程控制充电结束。
[0103]
通过上述技术方案，实现了实时监测充电设备和电动船舶的充电情况，并且能够根据监测结果进行相应的提示，从而实现保证电动船舶充电的安全性，另外，由于控制装置中包括故障类型及维修建议等相关信息，还能在监测显示屏上显示维修提示，减少了维修时间，降低了维修难度。
[0104]
为了解决上述问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有电动船舶直流充电接口安全防护程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的电动船舶直流充电接口安全防护方法。
[0105]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0106]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。