判定与自动切换；开关切换模块 (15)选择第一切换开关（4)和第二切换开关（7)的闭合和/或断开；功率控制模块（14)根 据工作模式自动切换的结果完成对能源的功率分配；柴油机（1)与同步电动机（2)之间通 过机械连接组成柴电机组（13)，通过电气连接AC/DC变流器（3)、第一切换开关（4)，再经过 直流母排（8)、DC/AC变流器（9)，供电给推进电动机（10)，推进电动机（10)通过机械连接 齿轮箱（11)以及螺旋桨（12)，控制船舶的航速；动力电池（5)通过电气连接DC/DC变流器 (6)、切换开关（7)，再经过直流母排（8)、DC/AC变流器（9)，供电给推进电动机（10)，推进 电动机（10)通过机械连接齿轮箱（11)以及螺旋桨（12)，控制船舶的航速；其特征在于： 信号检测模块（17)通过信号连接柴电机组（13)、车钟信号（16)、动力电池（5)以及 推进电动机（10)，检测参数动力电池SOC、温度T、以及需求功率，进而信号传送到信号处理 模块（18)、自动切换模块（19)，完成开关的切换；同时信号自动切换模块（19)的另一信号 传送到功率控制模块（14);功率控制模块（14)再根据来自动力电池（5)以及推进电动机 (10)的信号，来最终发送控制信号控制柴油发电机组（13)的功率输出以及双向DC/DC变流 器（6)的通断，完成对混合动力能源系统的功率分配工作。2. 如权利要求1所述的混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，其特征在于， 混合动力船舶的工作模式包括三个：动力电池工作模式约、柴油机组工作模式约、混 合工作模式釣工作模式# =:(納，科，％)特征量M= (SOC，T，P);信号处理模块（18)根据 SOC，T，P三个特征量的综合评判，智能化确定工作模式，建立评判关系：巾=AM，其中A为 动力电池剩余电量、电池工作温度以及推进电机需求功率对船舶工作模式的影响的权重 组合；根据评判关系式得到巾，根据最大值隶属度原则，取Max(Ci))为模式切换依据。3. 如权利要求2所述的混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，其特征在于， 船舶由动力电池单独供电推进时，信号检测模块（17)检测动力电池（5)的参数SOC，推 进电动机（10)的需求功率以及车钟信号；当动力电池（5)的SOC不足时或者需求功率较大 从而动力电池（5)不足以单独承担供电时，信号处理模块（18)确定各个工作模式所占的比 例，根据最大隶属原则，信号自动切换模块（19)控制开关切换模块（15)，关闭第一切换开 关⑷；同时功率控制模块（14)根据需求的功率来分配柴油发电机组（13)和动力电池（5) 提供的功率大小，从而混合动力船舶完成由动力电池供电模式到混合供电模式的切换。4. 如权利要求2所述的混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，其特征在于， 当动力电池低于安全临界值时，信号处理模块（18)确定工作模式所占比例，由信号自 动切换模块（19)控制开关切换模块（15)，开启第一切换开关（4)，关闭第二切换开关（7); 功率控制模块（14)根据需求功率，决定柴油发电机组（13)的功率值，此时船舶所需功率全 部由柴油发电机组（13)承担，从而混合动力船舶切换到柴电机组工作模式。5. 如权利要求2所述的混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，其特征在于， 信号处理模块（18)处理过程分为三步；第一步，根据检测模块输出的动力电池剩余电量SOC、电池工作温度T和船舶需求功率P的值，计算对应的隶属度大小，得到隶属度矩阵：其中，馬,(0、和~(双冗):表示动力电池剩余电量s〇c对三种工作 模式的隶属值；4(n、和/^(乃表示电池工作温度对三种工作模式的隶属值； /V(P)、~(/?)和A(P)表示需求功率对三种工作模式的隶属值； 第二步，对S0C、T以及P的权重进行分配得到A= (aa2,a3)，其中a彳a2+a3 = 1 ; 第三步，综合第一步、第二步的结果，得到三种工作模式各自的比例值，巾=A*R=O1,y2,y3)，其中yJyjy3= 1 ; 自动切换模块（19)根据信号处理模块（18)的计算结果，根据最大隶属原则，即Max(巾），取三者中最大者，便为最优工作模式，进而控制系统自动切换到对应的工作模式： 当Ii1最大时，最优模式为模式一，即纯电池工作模式；当y2最大时，最优模式为模式二，即 柴油机组工作模式；当y3最大时，最优模式为模式三，即混合供电模式； 获得的模式信号与当前模式信号比较，系统控制第一切换开关（4)、第二切换开关（7) 的闭合和断开完成混合能源系统工作模式的自动切换。6. -种混合动力船舶能源系统工作模式自动切换方法，使用在如权利要求1-5任一权 利要求所述的混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、初始化：船舶正常航行，自动切换系统进行初始化，启动工作； 步骤2、当前工作模式检测：信号检测模块检测当前船舶工作模式，记录当前的船舶工 作模式，以使与自动切换模块的模式信号进行比较； 步骤3、电池参数检测：检测电池参数，根据相应的参数计算得到电池当前的SOC值； 步骤4、电池温度检测：检测动力电池实时的工作温度T，作为计算隶属度R的一个重要 参数； 步骤5、功率信号加测：检测推进电机与车钟信号，根据实时的推进电机的功率和车钟 信号，计算得到需求功率的值，作为计算隶属度R的另一重要参数； 步骤6、隶属度矩阵计算：信号处理模块接受信号检测模块传送过来的参数值，根据动 力电池S0C、电池工作温度T以及需求功率与三种工作模式之间的隶属关系，计算得到相应 的隶属度矩阵R值； 步骤7、判定矩阵计算：根据信号处理模块对三个特征量权重的分配得到的权重A，进 而由隶属度矩阵R和权重A，计算得到混合动力出船舶工作模式判定矩阵巾=A*R= (^1, y2, y3)； 步骤8、模式判定：自动切换模块，根据P1,y2,心三者的大小：若yi>y2且yi>y3时，则输出为模式一，即动力电池供电模式；若yIi 2且Ii 2〉Ii 3时，则输出为模式 二，即为柴电机组供电模式；若y:>y2且yAy3或者yAy2且y2彡y3时，则输 出为模式三，即混合供电模式； 步骤9、模式信号比较：根据步骤8输出的模式信号结果，与接受的当前的船舶工作模 式信号比较； 步骤10、一致性判别：判断一致性，若步骤2和步骤9的船舶工作模式信号一致，则返 回重新检测，进入下一次循环；若不一致，则发送模式信号； 步骤11、模式切换：自动切换模块（19)控制开关切换模块（15)，切换到相应的工作模 式，从而回到开始，进入下一次循环。
【专利摘要】本发明公开了一种混合动力船舶能源系统工作模式自动切换装置，包括串联混合动力系统、能源系统工作模式自动切换系统、以及功率控制模块。根据动力电池SOC、电池工作温度T以及需求功率P，智能化确定混合能源系统工作模式，进而自动切换工作模式。本发明旨在避免人工切换的不足，减小故障，保证安全，达到自动切换的目的。同时，除了电池剩余电量之外，又考虑到电池工作温度问题以及船舶需求功率，能够有效发挥动力电池的工作性能，提高工作寿命，更能有效地提高船舶的节能减排以及续航性能。本发明同时公开了一种混合动力船舶能源系统工作模式自动切换方法。
【IPC分类】B63H21/20
【公开号】CN105035296
【申请号】CN201510489494
【发明人】魏伟, 褚建新, 王帆, 程晨
【申请人】上海海事大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月11日