电动邮轮动力电池系统的管理方法

技术领域

本发明涉及一种电动邮轮动力电池系统的管理方法。

背景技术

随着船舶的发展，为了使水上交通继续保持便利同时也要保护环境，电动邮轮应运而生。传统的邮船一般都是柴油机邮船，它们的发动机做功是间断的，存在着噪声和振动，并且容易产生粉尘。而作为清洁能源交通工具，电动邮轮的主要能源是多组动力电池组合驱动，其低噪声，无污染，高稳定性等，大大提高了游客的出行体验。但是，目前电动游轮的普及率较低，续航能力弱，充电不够便利，电池使用寿命短。游轮在航行过程中不仅需要面对各种复杂环境因素对电池电量的加速损耗，还要考虑种类繁多、耗电较大的娱乐设施的耗能。

要实现箱式电池单元的安全、高效使用，首先需要注意实现对锂电池的有效热管理：锂电池在充电、放电过程中均会产生大量热量，需要将及时进行换热以控制锂电池本身的温度；其次要注意控制锂电池所在处所的环境条件，避免锂电池处在过冷、过热的环境中导致影响电池寿命。但由于集装箱本身是封闭环境，外部环境的辐射热会导致集装箱内部温度持续升高，故仍需对集装箱内部的环境进行控制以避免外部环境(主要是高温)影响电池寿命。

如CN201810315975.1所公开的一种船舶电池管理系统，其包括多个并联的电池簇，每个电池簇包括一个簇电池管理系统CBMS和若干个串联的电池包，电池包又包括一个包电池管理系统BBMS和一个电池箱，电池箱由若干个电池单体先串联后并联而成，电池管理系统包括三级电池管理系统；采用多级管理方法，避免了大数目电池单体成组的集成难度和控制难度，灵活方便，电池管理系统通过配置参数，可满足不同船舶电池动力系统的管理需求。但是其并没有从电池热管理、安全管理和健康管理的角度，对如何延长电动邮轮电池寿命、提高电池利用率与安全性，以保证邮轮可以正常运行、提高邮轮综合性能方面进行研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种延长电动邮轮电池寿命、提高电池利用率与安全性的电动邮轮动力电池系统的管理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种电动邮轮动力电池系统的管理方法，其中电池系统包括主控模块、电池组模块和配电模块；

主控模块设置有主控制器和采集器，采集器与主控制器通信连接并受主控制器控制，电池组模块包括电池组一、电池组二和温控装置；

主控制器包括分析模块和控制模块，分析模块用于对采集器实时采集并上报的当前电池组中的各项参数以进行数据分析和计算，分析得出电池组当前的平均工作环境温度、电池组的总输出电压、输出电流以及电池组的寿命情况；控制模块用于控制采集器上传的信息，同时根据分析模块中分析出的电池组工作状态来进一步控制电池在运行中的状态，对出现的故障进行诊断并在紧急情况下切换备用电池组；

采集器与电池组模块中的电池组一和电池组二通信连接，用于实时监测并上报电池组的性能状态相关数据信息至主控制器的分析模块；配电模块包括切换开关和电池配电盒BDU，采集器还与配电模块中的电池配电盒BDU通信连接；

电池组一和电池组二连接配电模块中的电池配电盒BDU，电池配电盒BDU与主控制器通信连接并受主控制器控制，同时电池配电盒BDU外部连接船载充电器和船端负载，船载充电器用于对电池组一和电池组二进行充电；电池组一和电池组二之间通过配电模块中的切换开关连接，切换开关与主控模块中的主控制器通信连接并受主控制器控制；邮轮正常航行时电池组一单独接入工作，当遇到电池组一故障、电量不足或者其他无法正常工作的情况时，通过主控制器控制切换开关将备用电池组即电池组二接入工作；

温控装置与主控制器通信连接并受主控制器控制，用于对电池组一、电池组二进行温度调节；

温控装置包括用于检测电池组温度的温度传感器、空气流通装置、用于对温度过高的电池组进行降温保护冷却装置和用于对温度过低的电池组进行升温保护的加热装置；

管理方法具体包括如下步骤：

S1：数据采集

通过采集器实时采集电池性能状态相关参数并上传至主控制器的分析模块；

S2：数据分析处理

分析模块对采集器实时采集并上报的当前电池组性能状态相关参数进行数据分析和计算，得出电池组当前的平均工作环境温度、电池组的总输出电压、输出电流以及电池组的寿命情况；

S3：判断电池组运行状态

S3.1判断电池组当前的工作环境温度T是否处于电池组最佳工作环境温度范围Tmin≤T≤Tmax；最佳工作温度区间Tmin-Tmax的获得过程如下：

(1)电池容量的确定

为保证电动邮轮正常运行，需要保证当前电池组输出总电压U在600-650V范围内即单个电池的输出电压U0需要保证在4V-4.3V范围内；通过电池容量百分比与单个电池电压U0拟合得到曲线方程一，进而得出保证单个电池的输出电压在4V-4.3V范围内的电池容量百分比区间；

(2)电池组最佳工作环境温度的确定

通过动力电池电池容量Q随温度T变化的数据拟合得到曲线方程二，进而得出保证单个电池的输出电压在4V-4.3V范围内的电池容量百分比区间内的电池的环境工作温度区间；

通过动力电池充放电效率随温度T拟合得到曲线方程三，进而得出保证电池放电效率大于98％的电池的工作温度区间；

二者温度区间取交集部分，得到电池的最佳工作温度区间Tmin-Tmax；

S3.2判断当前电池组的输出电压U是否大于极限输出电压380V；

S3.3若U和T均满足条件，则转至S1，若其中任意一个不满足条件，则执行步骤S4；

S4：调控电池组工作环境温度和输出电压

根据结果的不同，对电池组工作环境温度T和输出总电压U进行控制：

(1)当T＜Tmin；说明此时电池组工作温度过低，则通过主控制器中的控制模块发出控制信号开启加热装置，对电池组进行升温保护，直至电池组温度T≥Tmin，主控制器控制关闭加热装置；

(2)当Tmax＜T≤T

(3)当T＞T

(4)当U＜380V；主控制器的控制模块控制切换开关，将电池组二接入动力系统，进而将邮轮切换至紧急模式，使得电池组一和电池组二一起释放能量来维持邮轮电压的稳定。

作为一种优选的方案，所述电池容量百分比与单个电池电压U

作为一种优选的方案，所述动力电池电池容量Q随温度T变化的数据拟合得到曲线方程二为Q＝-0.0008T

作为一种优选的方案，所述动力电池充放电效率随温度T拟合得到曲线方程三为y＝-0.0002x

作为一种优选的方案，所述电池组一和所述电池组二内外两侧各均布至少三个温度传感器；采集器在收集电池温度参数的过程中，通过多个传感器数值取平均值的方式得出所述电池组一和所述电池组二的温度，并将温度平均值上传至主控制器的分析模块。

本发明的有益效果是：

通过数据拟合，得到动力电池电池容量与电压的关系以及动力电池电池容量与温度的关系，进而搭建起动力电池电压与电池工作温度的关系，从而可以根据电动邮轮在航行中的电压需求调整动力电池的工作环境温度；通过数据拟合，得到动力电池充放电效率随温度变化关系，从而可以根据电动邮轮在航行中的电池充放电效率需求调整动力电池的工作环境温度；

二者温度区间取交集部分，得到电池的最佳工作温度，使得电池管理系统能够从电池安全管理和健康管理的角度，对电池组工作环境温度进行精准调节，实现从电池工作温度的角度延长电动邮轮电池寿命。

电动邮轮动力电池工作过程中，通过采集器中的温度传感器获取电池组的当前温度，并通过主控制器中的分析模块分析得到电池组的当前平均工作环境温度T，若此电池组平均工作环境温度T在正常范围之内，则控制系统不操作；若T＜Tmin，则通过主控制器中的控制模块发出控制信号开启加热装置，对电池组进行升温保护；若Tmax＜T≤T过热，则通过主控制器中的控制模块，控制打开位于电池组附近的空气流通装置，直至电池组温度降至Tmax以下；若T＞T过热，则通过主控制器中的控制模块，控制启用冷却装置对电池组进行冷却，直至电池组温度降至Tmax以下；避免了低温条件下动力电池充电时间延长、充放电量减少、电池容量变小、掉电速度快，进而影响游轮的续驶里程情况的发生；同时也避免了由于温度升高加速电池老化,从而使得电池的使用寿命进一步缩短的情况发生，电池利用率高，不会造成环境污染。

通过在动力电池组中设置多个温度传感器，采集器在收集电池温度参数的过程中，通过取平均值的方式得出电池组的温度，并将温度平均值上传至主控制器的分析模块，减小了温度采集过程中的误差，提高了准确度；并且温度传感器用于实时记录并上报动力电池在工作中的环境温度指标，为动力电池的评估提供有效依据和支撑，从而可以及时调节动力电池组的工作环境温度，保证动力电池系统能够安全稳定的运行，为电动邮轮的安全航行提供保障，同时加强了对邮轮动力电池组的保护，延长使用寿命。

附图说明

图1为动力电池管理系统组成图。

图2为电池组模块的结构示意图。

图3为动力电池管理系统管理方法工作流程图。

图4为动力电池电池容量百分比与电压的关系图。

图5为动力电池电池容量与温度的关系图。

图6为动力电池充放电效率随温度变化趋势图。

图中：

1、电池组一 2、电池组二 3、温度传感器

4、空气流通装置 5、冷却装置 51、冷凝管

6、加热装置 61、蒸汽管

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

一种电动邮轮动力电池系统的管理方法，其中电池系统如图1-2所示，包括主控模块、电池组模块和配电模块；

主控模块设置有主控制器和采集器，采集器与主控制器通信连接并受主控制器控制，电池组模块包括电池组一、电池组二和温控装置；

主控制器包括分析模块和控制模块，分析模块用于对采集器实时采集并上报的当前电池组中的各项参数以进行数据分析和计算，分析得出电池组当前的平均工作环境温度、电池组的总输出电压、输出电流以及电池组的寿命情况；控制模块用于控制采集器上传的信息，同时根据分析模块中分析出的电池组工作状态来进一步控制电池在运行中的状态，对出现的故障进行诊断并在紧急情况下切换备用电池组；

采集器与电池组模块中的电池组一和电池组二通信连接，用于实时监测并上报电池组的性能状态相关数据信息至主控制器的分析模块；配电模块包括切换开关和电池配电盒BDU，采集器还与配电模块中的电池配电盒BDU通信连接；

电池组一和电池组二连接配电模块中的电池配电盒BDU，电池配电盒BDU与主控制器通信连接并受主控制器控制，同时电池配电盒BDU外部连接船载充电器和船端负载，船载充电器用于对电池组一和电池组二进行充电；电池组一和电池组二之间通过配电模块中的切换开关连接，切换开关与主控模块中的主控制器通信连接并受主控制器控制；邮轮正常航行时电池组一单独接入工作，当遇到电池组一故障、电量不足或者其他无法正常工作的情况时，通过主控制器控制切换开关将备用电池组即电池组二接入工作；

温控装置与主控制器通信连接并受主控制器控制，用于对电池组一、电池组二进行温度调节；温控装置包括用于检测电池组温度的温度传感器、空气流通装置、用于对温度过高的电池组进行降温保护冷却装置和用于对温度过低的电池组进行升温保护的加热装置；所述电池组一和所述电池组二内外两侧各均布至少三个温度传感器；采集器在收集电池温度参数的过程中，通过多个传感器数值取平均值的方式得出所述电池组一和所述电池组二的温度，并将温度平均值上传至主控制器的分析模块。

如图3所示，管理方法具体包括如下步骤：

S1：数据采集

通过采集器实时采集电池性能状态相关参数并上传至主控制器的分析模块；

S2：数据分析处理

分析模块对采集器实时采集并上报的当前电池组性能状态相关参数进行数据分析和计算，得出电池组当前的平均工作环境温度、电池组的总输出电压、输出电流以及电池组的寿命情况；

S3：判断电池组运行状态

S3.1判断电池组当前的工作环境温度T是否处于电池组最佳工作环境温度范围Tmin≤T≤Tmax；最佳工作温度区间Tmin-Tmax的获得过程如下：

(1)电池容量的确定

为保证电动邮轮正常运行，需要保证当前电池组输出总电压U在600-650V范围内即单个电池的输出电压U0需要保证在4V-4.3V范围内；

下表1为电池容量百分比与单个电池电压U0变化的数据：

通过电池容量百分比与单个电池电压U0变化的数据拟合得到曲线方程一为Y＝-0.0001X

(2)电池组最佳工作环境温度的确定

下表2为动力电池电池容量Q随温度T变化的数据：

通过动力电池电池容量Q随温度T变化的数据拟合得到曲线方程二为Q＝-0.0008T

下表3为动力电池充放电效率随温度T变化的数据：

通过动力电池充放电效率随温度T变化的数据拟合得到曲线方程三为y＝-0.0002x

二者温度区间取交集部分，得到电池的最佳工作温度区间为7-30±3℃；即Tmin为4℃，Tmax为33℃。

S3.2判断当前电池组的输出电压U是否大于极限输出电压380V；

S3.3若U和T均满足条件，则转至S1，若其中任意一个不满足条件，则执行步骤S4；

S4：调控电池组工作环境温度和输出电压

根据结果的不同，对电池组工作环境温度T和输出总电压U进行控制：

(1)当T＜Tmin；说明此时电池组工作温度过低，则通过主控制器中的控制模块发出控制信号开启加热装置，对电池组进行升温保护，直至电池组温度T≥Tmin，主控制器控制关闭加热装置；

(2)当Tmax＜T≤T

(3)当T＞T

(4)当U＜380V；主控制器的控制模块控制切换开关，将电池组二接入动力系统，进而将邮轮切换至紧急模式，使得电池组一和电池组二一起释放能量来维持邮轮电压的稳定。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。