详情

原文传递船舶气-电混合动力系统的监控安保系统、方法、船舶

专利名称：	船舶气-电混合动力系统的监控安保系统、方法、船舶
摘要：	本发明公开了船舶气‑电混合动力系统的监控安保系统、方法、船舶，属于混合动力船舶技术领域，cRIO控制器与扭矩传感器、轴转速仪及轴功率仪进行通讯，对混合动力系统进行数据采集；cRIO控制器与天然气发动机控制器、电机控制器、齿轮箱控制器、双向变流器和电池管理系统BMS连接并通讯，对混合动力系统的设备进行安全保护控制。本发明的技术方案明确混合动力所需监控的必要参数并通过通讯连接至控制器中进行分析和处理后，借助于通讯输入输出模块将采集数据传输至监控安保单元中，根据监控动力系统运行参数，在故障后通过监控安保单元控制动力系统设备启停以完成对动力系统设备的保护功能，提高并联式混合动力船舶的运行安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	烟台哈尔滨工程大学研究院
发明人：	宋恩哲;刘治江;姚崇
专利状态：	有效
申请日期：	2022-11-07T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-23T00:00:00+0800
申请号：	CN202211381416.3
公开号：	CN115503926A
代理机构：	天津盈佳知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	安娜
分类号：	B63H21/21;B63H21/20;B63B79/40;B;B63;B63H;B63B;B63H21;B63B79;B63H21/21;B63H21/20;B63B79/40
申请人地址：	264000 山东省烟台市经济技术开发区青岛大街1号
主权项：	1.一种船舶气-电混合动力系统的监控安保系统，包括cRIO控制器（13），所述cRIO控制器（13）包括监控安保单元，其特征在于，所述监控安保单元包括上电自检模块、通讯输入输出模块、首机启动模块、故障增减机模块、设备调度模块及设备控制模块，其中，所述上电自检模块通过CAN总线与天然气发动机（1）以及永磁同步可逆电机（4）连接，并分别根据天然气发动机（1）以及永磁同步可逆电机（4）的反馈信号判断混气-电混合动力系统及设备的通讯状态是否满足运行条件；所述通讯输入输出模块通过CAN总线与上位机触摸屏（15）相连接，用于读取船舶状态参数、控制器状态参数和推进系统状态参数，并与上位机触摸屏（15）进行数据交互；所述首机启动模块与上电自检模块相连接，用于控制首台设备的启动顺序，并接收分析离合器接排信号，向上位机触摸屏（15）显示首台设备在船舶气-电混合动力系统中的运行状态；所述故障增减机模块与通讯输入输出模块相连接，用于判断船舶气-电混合动力系统的任一设备的故障，设备的故障归类为天然气发动机侧故障或电池侧故障；所述设备调度模块与故障增减机模块相连接，用于对故障增减机模块和能量管理系统PMS发送的冲突指令信号进行综合判断处理。 2.根据权利要求1所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统，其特征在于：还包括机旁控制柜（12），所述机旁控制柜（12）内安装所述cRIO控制器（13），所述cRIO控制器（13）上集成cRIO控制器采集卡（14），所述机旁控制柜（12）的表面设有所述上位机触摸屏（15）。 3.根据权利要求2所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统，其特征在于：所述cRIO控制器（13）通过CAN总线与能量管理系统PMS通讯，用于接收能量管理系统PMS发出的能量控制信号。 4.根据权利要求3所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统，其特征在于：所述cRIO控制器（13）通过CAN总线与船舶气-电混合动力系统中的扭矩传感器（8）、轴转速仪（11）及轴功率仪（10）进行通讯，对船舶气-电混合动力系统的动力参数进行数据采集；所述cRIO控制器（13）通过CAN总线与天然气发动机（1）的控制器ECU、永磁同步可逆电机（4）的控制器、齿轮箱（9）的控制器、双向变流器（3）连接并通讯，对船舶气-电混合动力系统的动力设备进行安全保护控制。 5.根据权利要求4所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统，其特征在于：所述扭矩传感器（8）通过CAN总线与cRIO控制器采集卡（14）连接并通讯，用于采集永磁同步可逆电机（4）的扭矩并通过CAN总线传输至cRIO控制器采集卡（14）中；所述轴功率仪（10）通过CAN总线传输至cRIO控制器采集卡（14）连接并通讯，用于采集轴功率并通过CAN总线传输至cRIO控制器采集卡（14）中；所述轴转速仪（11）用于采集轴转速，并通过CAN总线传输至cRIO控制器采集卡（14）中；所述cRIO控制器采集卡（14）通过CAN总线采集天然气发动机（1）的控制器ECU中发动机转速和故障信号；所述cRIO控制器采集卡（14）通过CAN总线采集永磁同步可逆电机（4）的控制器中电机转速和故障信号；所述cRIO控制器采集卡（14）通过CAN总线采集齿轮箱（9）的控制器中离合器a（5）与离合器b（6）的工作状态、油压和油温；所述cRIO控制器采集卡（14）通过CAN总线采集电池管理系统BMS中电池的荷电量SOC及电池故障信号；所述cRIO控制器采集卡（14）将永磁同步可逆电机（4）的扭矩、轴功率、轴转速、天然气发动机（1）的转速以及故障信号、永磁同步可逆电机（4）的转速以及故障信号、离合器a（5）、离合器b（6）的状态、离合器油压、离合器油温、电池的荷电量SOC和电池故障信号进一步传输至监控安保单元。 6.一种适用于权利要求1-5任一所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统的监控安保控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、进行通讯自检以及船舶气-电混合动力系统设备自检，自检成功后，接收能量管理系统PMS信号启动动力系统；步骤2、监控船舶气-电混合动力系统的运行情况，判断天然气发动机侧控制故障或电池侧控制故障，启动相对未故障侧动力设备。 7.根据权利要求6所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保控制方法，其特征在于，所述进行通讯自检以及船舶气-电混合动力系统设备自检，自检成功后，接收能量管理系统PMS信号启动动力系统包括以下步骤：监控安保单元首先通过上电自检模块进行通讯自检和船舶气-电混合动力系统设备自检，若自检失败由通讯输入输出模块向上位机触摸屏（15）传输报警信号并等待轮机员检查直至设备复位，重新上电自检成功；通过cRIO控制器采集卡（14）将永磁同步可逆电机（4）的扭矩、轴功率、轴转速、天然气发动机（1）的转速及故障信号、永磁同步可逆电机（4）转速及故障信号、离合器a（5）、离合器b（6）的状态、离合器油压、离合器油温、电池的荷电量SOC和电池故障信号进一步传输至监控安保单元；通过分析cRIO控制器采集卡（14）所采集的信息，若自检成功则首机启动模块接收能量管理系统PMS信号进行动力设备启动。 8.根据权利要求6所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保控制方法，其特征在于，所述监控船舶气-电混合动力系统的运行情况，判断天然气发动机侧控制故障或电池侧控制故障，启动相对未故障侧动力设备包括以下步骤：首机启动模块的设备启动信号进入设备控制模块，设备控制模块主要分为两部分：天然气发动机侧控制模块和电池侧控制模块；首机启动完成后，若无设备重故障发生，则由能量管理系统PMS通过设备调度模块和设备控制模块对混合动力系统进行控制；若有设备发生重故障，则由故障增减机模块通过动力设备状态判断是否启动未故障侧设备并进行负载转移；故障增减机模块启停信号在重故障发生的瞬间存在和能量管理系统PMS信号冲突的情况，能量管理系统PMS和故障增减机模块的启停信号进入设备调度模块并进行优先级判断，将判断后的设备启停信号传输至设备控制模块并通过通讯输入输出模块到对应设备的控制器中。 9.一种混合动力船舶，包括船舶本体，船舶本体内搭载船舶气-电混合动力系统，其特征在于，所述船舶本体内安装根据权利要求1-5任一所述的船舶气-电混合动力系统的监控安保系统。