本發(fā)明涉及電動船技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于純電動海巡艇的超級電容控制裝置。

背景技術(shù)：

海巡艇，作為在水域交通管理中的執(zhí)法船，其在執(zhí)行執(zhí)法過程中，長距離的航行距離不是其主要的功能，但是，船舶的快速航行和快速追蹤能力是必須具備的。但是現(xiàn)有的海巡艇由于主要采用動力鋰電池作為能源，因此存在快速瞬間功率爆發(fā)力不夠的問題。而且采用鋰電池作為能源時，在需要爆發(fā)力形成強(qiáng)勁推進(jìn)動力時，會增加動力鋰電池的輸出負(fù)擔(dān)，讓其在短時間內(nèi)產(chǎn)生極大的能量輸出，從而導(dǎo)致海巡艇無法長時間保持快速追蹤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于純電動海巡艇的超級電容控制裝置，使得海巡艇能夠保持快速追蹤的能力。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種用于純電動海巡艇的超級電容控制裝置，包括主控制器、動力鋰電池組、雙向逆變器、超級電容組、變頻控制器、主電動機(jī)和螺旋槳，所述變頻控制器用于完成主電動機(jī)的調(diào)速驅(qū)動，所述主電動機(jī)的輸出軸與螺旋槳相連，所述動力鋰電池組通過雙向逆變器與超級電容組相連，所述超級電容組直接與變頻控制器相連，用于向變頻控制器輸送能量；所述動力鋰電池組連接有動力鋰電池參數(shù)檢測電路；所述雙向逆變器連接有逆變器控制電路；所述超級電容組連接有超級電容參數(shù)檢測電路；所述動力鋰電池參數(shù)檢測電路、逆變器控制電路和超級電容參數(shù)檢測電路均通過監(jiān)測輸出控制電路與主控制器相連。

所述主控制器還用于根據(jù)超級電容參數(shù)檢測電路檢測到的參數(shù)獲得超級電容組的極限能量低位，并在所述超級電容組到達(dá)極限能量低位前控制所述雙向逆變器使得動力鋰電池組將能量傳輸給所述超級電容組。

所述變頻控制器與變頻控制器設(shè)置電路相連，所述變頻控制器設(shè)置電路還通過監(jiān)測輸出控制電路與主控制器相連。

所述主電動機(jī)與主電動機(jī)參數(shù)檢測電路相連，所述主電動機(jī)參數(shù)檢測電路還通過監(jiān)測輸出控制電路與主控制器相連。

所述螺旋槳還與螺旋槳參數(shù)檢測電路相連，所述螺旋槳參數(shù)檢測電路還通過監(jiān)測輸出控制電路與主控制器相連。

所述主控制器采用DSP數(shù)字控制器和FPGA構(gòu)成。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明采用了動力鋰電池作為主推的電能提供方，而在需要爆發(fā)力形成強(qiáng)勁推進(jìn)動力時，為了不增加動力鋰電池的輸出負(fù)擔(dān)，不讓其在短時間內(nèi)產(chǎn)生極大的能量輸出，本裝置將通過雙向逆變器切換將儲能系統(tǒng)由超級電容來單獨(dú)承擔(dān)，提供給動力驅(qū)動系統(tǒng)以足夠的強(qiáng)勁動力，在瞬間，海巡艇將瞬間的功率特性轉(zhuǎn)變成航行的推進(jìn)動力，從而獲得最大的航速，用以支持執(zhí)法過程中的航速。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種用于純電動海巡艇的超級電容控制裝置，如圖1所示，包括主控制器1、動力鋰電池組9、雙向逆變器10、超級電容組11、變頻控制器12、主電動機(jī)13和螺旋槳14，所述變頻控制器12用于完成主電動機(jī)13的調(diào)速驅(qū)動，所述主電動機(jī)13的輸出軸與螺旋槳14相連，所述動力鋰電池組9通過雙向逆變器10與超級電容組11相連，所述超級電容組11直接與變頻控制器12相連，用于向變頻控制器12輸送能量；所述動力鋰電池組9連接有動力鋰電池參數(shù)檢測電路3；所述雙向逆變器10連接有逆變器控制電路4；所述超級電容組11連接有超級電容參數(shù)檢測電路5；所述動力鋰電池參數(shù)檢測電路3、逆變器控制電路4和超級電容參數(shù)檢測電路5均通過監(jiān)測輸出控制電路2與主控制器1相連。所述變頻控制器12與變頻控制器設(shè)置電路6相連，所述變頻控制器設(shè)置電路6還通過監(jiān)測輸出控制電路2與主控制器1相連。所述主電動機(jī)13與主電動機(jī)參數(shù)檢測電路7相連，所述主電動機(jī)參數(shù)檢測電路7還通過監(jiān)測輸出控制電路2與主控制器1相連。所述螺旋槳14還與螺旋槳參數(shù)檢測電路8相連，所述螺旋槳參數(shù)檢測電路8還通過監(jiān)測輸出控制電路2與主控制器1相連。

其中，主控制器1采用DSP數(shù)字控制器和FPGA構(gòu)成，主控制器1完成數(shù)字控制參數(shù)的存儲和對下連的各個裝置的控制，用以調(diào)節(jié)雙向逆變器的快速能量(電流)的傳輸。在主控制器1的控制下將以超級電容組11與動力鋰電池組9的動態(tài)參數(shù)特征為核心，以循環(huán)執(zhí)行的方式，完成對雙向逆變器10的控制執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)動力鋰電池組9和超級電容組11之間的切換。主控制器1還與手操器相連完成對海巡艇的速度操作。

監(jiān)測輸出控制電路2用于完成對下面各個電路的數(shù)字檢測，以適合的電路形式對各個單元的參數(shù)進(jìn)行采集。監(jiān)測輸出控制電路2分別與動力鋰電池參數(shù)檢測電路3、逆變器控制電路4、超級電容參數(shù)檢測電路5、變頻控制器設(shè)置電路6、主電動機(jī)參數(shù)檢測電路7和螺旋槳參數(shù)檢測電路8相連。動力鋰電池參數(shù)檢測電路3用于完成對動力鋰電池參數(shù)的檢測和傳輸；逆變器控制電路4用于完成對雙向逆變器10的控制信息的傳遞，將主控制器1的執(zhí)行信息直接發(fā)送給雙向逆變器10；超級電容參數(shù)檢測電路5用于完成對超級電容參數(shù)的檢測和傳輸；變頻控制器設(shè)置電路6用于完成對變頻控制器12的參數(shù)給定，以實(shí)現(xiàn)對其輸出控制，所控制的參數(shù)為推進(jìn)動力、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等；主電動機(jī)參數(shù)檢測電路7用于完成與主電動機(jī)13參數(shù)的電氣銜接，檢測主電動機(jī)13的溫升、瞬間轉(zhuǎn)速和輸出參數(shù)；螺旋槳參數(shù)檢測電路8用于檢測螺旋槳14的實(shí)際轉(zhuǎn)速以及水流的形態(tài)。上述電路均是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)電路，本申請未對上述電路進(jìn)行改進(jìn)，因此對上述電路的結(jié)構(gòu)不再贅述。

本實(shí)施方式中的動力鋰電池組9的配置是基于海巡艇的續(xù)航能力而配置，其瞬間的輸出能量與主電動機(jī)13和變頻控制器12無關(guān)。因?yàn)椋诒緦?shí)施方式中，由于配置了超級電容組11，其瞬間的動力特性直接取決于超級電容組11與控制器裝置的優(yōu)化組合，以使海巡艇獲得瞬間強(qiáng)勁動力。

本實(shí)施方式中的超級電容組11是為了讓變頻控制器12獲得足夠的瞬間動力，超級電容組11直接與變頻控制器12連接，變頻控制器12的能量直接取自于超級電容組11，由于超級電容組11所具備的瞬間能量特征，因此，保證了海巡艇的瞬間推動力，以及瞬間航速提升能力。

雙向逆變器10可以實(shí)施能量的雙向傳遞，通過雙向逆變器10即可以將動力鋰電池組9的能量傳遞給超級電容組11，也可以將超級電容組11的能量傳遞給動力鋰電池組9，其傳遞的方向完全受控于主控制器1。

超級電容雖然有非常強(qiáng)勁的功率特性，但是，其能維持的時間非常短，當(dāng)海巡艇獲取沖擊動力之后的瞬間，超級電容組的能量將立即跌落，此時，本裝置必須獲得這一時間點(diǎn)，并將該時間點(diǎn)作為啟動裝置的觸點(diǎn)，讓動力鋰電池為其進(jìn)行快速補(bǔ)充能量，而使船舶獲得所需動力的第二波。本實(shí)施方式中，所述主控制器還用于根據(jù)超級電容參數(shù)檢測電路檢測到的參數(shù)獲得超級電容組的極限能量低位，并在所述超級電容組到達(dá)極限能量低位前控制所述雙向逆變器使得動力鋰電池組將能量傳輸給所述超級電容組。通過主控制器的控制完成由動力鋰電池組給予超級電容組在極短的時間內(nèi)進(jìn)行能量傳遞，給予超級電容組補(bǔ)充前一波所輸出的能量，用以支持即將到來的后一波做必要的準(zhǔn)備，從而能夠保證長時間的高速追蹤。

變頻控制器12利用超級電容組11給出的能量，將直流電能變成交流電能，用以完成交流主電動機(jī)13的調(diào)速驅(qū)動，該調(diào)速信號來自于與主控制器1連接的速度控制操作桿。主電動機(jī)13實(shí)現(xiàn)將變頻控制器12給出的交流電能信號轉(zhuǎn)換成具有旋轉(zhuǎn)動力的旋轉(zhuǎn)力，用以帶動后續(xù)的螺旋槳14，在控制系統(tǒng)裝置給出瞬間旋轉(zhuǎn)加速指令時，螺旋槳14將通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸獲得相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)力矩，用以產(chǎn)生同等的船舶推進(jìn)動力。

當(dāng)系統(tǒng)開啟時，主控制器將發(fā)出指令，將動力鋰電池組的能量經(jīng)過雙向逆變器傳輸給超級電容組，將超級電容組的能量充滿，用以準(zhǔn)備接收瞬間的能量輸出請求。

在一般的中低速航行過程中，動力鋰電池組將提供足夠的能量，用以維持緩慢的能量傳遞需求；但在整個調(diào)速過程中，系統(tǒng)也會將船舶的多余動能，通過雙向逆變器將超級電容組的能量傳遞給動力鋰電池組，即所謂的能量回饋。

當(dāng)系統(tǒng)瞬間具有突發(fā)的能量需求時，在主控制器的控制下，電能將采用超級電容組與動力鋰電池組的疊加能量，并以超級電容組所特有功率特征向變頻控制器提供足夠的能量，用以使主電動機(jī)獲得必須的瞬間爆發(fā)力，從而使海巡艇具有瞬間的高速航行特征，在這個過程中，超級電容組的瞬間功率特征將表現(xiàn)出極其出色的能力。超級電容組輸出瞬間功率后，超級電容組參數(shù)檢測電路對超級電容的參數(shù)進(jìn)行檢測，主控制器根據(jù)檢測到的參數(shù)獲得超級電容組的極限能量低位，并預(yù)測超級電容組達(dá)到極限能量低位的時間，主控制器通過控制雙向逆變器，在超級電容組達(dá)到極限能量低位前將動力鋰電池組的能量傳輸給超級電容組，以保證后續(xù)的能量補(bǔ)充，確保操作能夠正常執(zhí)行。

不難發(fā)現(xiàn)，在整個航行過程中，海巡艇為了獲得足夠的瞬間功率，是超級電容組在發(fā)揮著功率的輸出，這與傳統(tǒng)的純電動船(純電池船舶)有著本質(zhì)的差異，在這一系統(tǒng)配置中，雙向的逆變器裝置完成了能量交互與傳遞，從而實(shí)現(xiàn)了既能滿足瞬間爆發(fā)式功率的輸出，同時又具備滿足通常航行配置的需求(電池的能力配置)。