本實(shí)用新型涉及電動(dòng)船能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙電船的能源耦合裝置。

背景技術(shù)：

在純電動(dòng)船研發(fā)過(guò)程中，有一種需求是很具迫切性的，但是，就目前的技術(shù)狀況是難以實(shí)現(xiàn)的。即當(dāng)電動(dòng)船需要強(qiáng)勁動(dòng)力的時(shí)候，為了保證其功率特質(zhì)，其能源系統(tǒng)必須給出很高的瞬間電能，當(dāng)系統(tǒng)電流不能過(guò)大的時(shí)候，提供一個(gè)高電壓是獲取功率的最有效辦法，但是高電壓必須是以電池的數(shù)量保證的，由于一塊鋰電池的額定電壓是3.6V，假如要獲得360V的高壓，必須由100塊鋰電池來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了滿足一定的容量，其鋰電池的單體容量還不能太小，可以想象的是，當(dāng)100塊鋰電池安裝在所需要的船舶上其重量相對(duì)于船舶就非常大了；要是中大型的旅游船，這還可以忍受沒(méi)有太大問(wèn)題，但要是一種小艇，比如高速摩托艇之類的船舶，這樣的配置，需要設(shè)計(jì)成純電動(dòng)船或純電動(dòng)二棲船，就是望塵莫及的了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙電船的能源耦合裝置，能夠提升電壓至所需的等級(jí)范圍，以滿足瞬間的高功率和低電壓動(dòng)力鋰電池的能量流動(dòng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種雙電船的能源耦合裝置，包括主控制器、超級(jí)電容模組、動(dòng)力鋰電池組和充電轉(zhuǎn)換器，所述動(dòng)力鋰電池組與充電轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，所述充電轉(zhuǎn)換器輸出端與電壓極性切換裝置相連，所述電壓極性切換裝置通過(guò)母線與超級(jí)電容模組相連；所述充電轉(zhuǎn)換器用于對(duì)動(dòng)力鋰電池組輸出的充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述電壓極性切換裝置用于對(duì)母線的電壓極性進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容模組中的不同的超級(jí)電容進(jìn)行充電；所述主控制器通過(guò)充電管理器與充電轉(zhuǎn)換器相連，以對(duì)充電過(guò)程中的電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制；所述主控制器還通過(guò)極性切換器與電壓極性切換裝置相連。

所述母線和超級(jí)電容模組之間設(shè)有陣列開(kāi)關(guān)；所述超級(jí)電容模組還設(shè)置有電壓測(cè)量模塊；所述電壓測(cè)量模塊與主控制器相連，用于檢測(cè)每個(gè)超級(jí)電容的電壓值；所述主控制器還通過(guò)陣列開(kāi)關(guān)控制器與所述陣列開(kāi)關(guān)相連，并根據(jù)電壓測(cè)量模塊測(cè)得的結(jié)果控制所述陣列開(kāi)關(guān)打開(kāi)或關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容模組中電壓較低的超級(jí)電容進(jìn)行優(yōu)先充電。

所述主控制器還與母線電壓監(jiān)管模塊相連，所述母線電壓監(jiān)管模塊用于對(duì)母線的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。

所述主控制器還與電池管理系統(tǒng)相連，所述電池管理系統(tǒng)用于對(duì)動(dòng)力鋰電池組的單體容量進(jìn)行監(jiān)控管理。

所述主控制器還與水冷裝置相連，所述水冷裝置用于將裝置在能量傳遞中累積的熱量帶走。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本實(shí)用新型利用低電壓(重量輕)的鋰電池，將能量耦合到超級(jí)電容上，該耦合的過(guò)程(即能量的遷移過(guò)程)是全自動(dòng)的，用以保證負(fù)載端獲取高電壓值，在瞬間滿足得很高功率的需求；在此同時(shí)，由于本實(shí)用新型裝置是循環(huán)著運(yùn)行工作的，時(shí)刻不停地將能量傳遞給前端的超級(jí)電容，以保證持續(xù)功率的輸出。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(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)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及一種雙電船的能源耦合裝置，如圖1所示，包括主控制器1、超級(jí)電容模組2、動(dòng)力鋰電池組5和充電轉(zhuǎn)換器6，所述動(dòng)力鋰電池組5與充電轉(zhuǎn)換器6的輸入端相連，所述充電轉(zhuǎn)換器6輸出端與電壓極性切換裝置8相連，所述電壓極性切換裝置8通過(guò)母線與超級(jí)電容模組2相連；所述充電轉(zhuǎn)換器6用于對(duì)動(dòng)力鋰電池組5輸出的充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述電壓極性切換裝置8用于對(duì)母線的電壓極性進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容模組中的不同的超級(jí)電容進(jìn)行充電；所述主控制器1通過(guò)充電管理器7與充電轉(zhuǎn)換器6相連，以對(duì)充電過(guò)程中的電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制；所述主控制器1還通過(guò)極性切換器9與電壓極性切換裝置8相連。

其中，主控制器1由DSP數(shù)字控制器加邏輯控制器FPGA構(gòu)成。主控制器完成所有部件的檢測(cè)和協(xié)調(diào)控制功能，以下的各個(gè)功能部件均通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與主控制器相連接，用以實(shí)現(xiàn)負(fù)載端的高電壓高功率的輸出。

超級(jí)電容模組2的輸出連接到負(fù)載4，用于給予負(fù)載高電壓、高瞬間功率，經(jīng)過(guò)超級(jí)電容模組(每個(gè)模組48V)任意疊加實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)源。該部份為了獲得高電壓，可采用模組的串聯(lián)疊加，為了獲得更大的能量，可以進(jìn)行并聯(lián)組合，總之，系統(tǒng)具有很大的應(yīng)用靈活性和工程特性。該部份的能源送抵負(fù)載后，其后續(xù)的補(bǔ)充能量來(lái)自于動(dòng)力鋰電池組分時(shí)快速送抵，該能量是經(jīng)過(guò)前級(jí)分段切換后獲得。本實(shí)施方式中的負(fù)載為需要瞬間高電壓和高能量的負(fù)載，例如高速快艇的高速變頻驅(qū)動(dòng)器。

在應(yīng)用過(guò)程時(shí)只需先根據(jù)負(fù)載的電壓等級(jí)配置超級(jí)電容的數(shù)量，一般超級(jí)電容單體電壓為2.7V(模組電壓為48V或更高)，舉例：當(dāng)需要一個(gè)500V前端輸出時(shí)，采用48V的超級(jí)電容模組，需要配置的超級(jí)電容數(shù)量為11個(gè)(串聯(lián)電壓相加)，而每個(gè)超級(jí)電容的瞬間額定放電電流為1500A，這樣的特性，在需求上是能滿足要求的。

以快速摩托艇為例，快速摩托艇所需瞬間功率是很大的，在一般的應(yīng)用中，時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，因此，只需配置所需能量的低壓電池，加上本實(shí)用新型的裝置和相當(dāng)數(shù)量的超級(jí)電容模組數(shù)(48V/模組)，系統(tǒng)即構(gòu)成。

所述超級(jí)電容模組2還設(shè)置有電壓測(cè)量模塊3。主控制器1為了對(duì)負(fù)載總電壓進(jìn)行監(jiān)控管理，通過(guò)電壓測(cè)量模塊3對(duì)超級(jí)電容模組中的每一個(gè)超級(jí)電容進(jìn)行電壓測(cè)量，并將測(cè)得的結(jié)果由網(wǎng)絡(luò)送至主控制器。

動(dòng)力鋰電池組4的電壓可以是任意選擇，也可以是多組(圖1中僅作一組說(shuō)明)，其數(shù)量的多少可以取舍，從結(jié)構(gòu)上可以是串聯(lián)，也可以是并聯(lián)，其串聯(lián)的數(shù)量決定了充電電流的大小(電壓高即充電電流大)，并聯(lián)的數(shù)量決定了配置容量的大小(并聯(lián)數(shù)量多即配置的容量大)。所述主控制器1還與電池管理系統(tǒng)13相連，所述電池管理系統(tǒng)13用于對(duì)動(dòng)力鋰電池組4的單體容量進(jìn)行監(jiān)控管理，其數(shù)量取決于所配置的電池?cái)?shù)量。

本實(shí)施方式中充電轉(zhuǎn)換器6采用DC/DC轉(zhuǎn)換器，其用于完成對(duì)充電電流的調(diào)節(jié)，從而可以做到充電過(guò)程的可控可調(diào)，但為做到快速切換，也可以采用直接大開(kāi)關(guān)切換，開(kāi)關(guān)可以是接觸器形式，也可以是固態(tài)繼電器形式。充電轉(zhuǎn)換器6還連接有充電管理器7，充電管理器用于在充電過(guò)程中對(duì)電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行管理，其由主控制器進(jìn)行控制。

電壓極性切換裝置8用于完成母線Va和母線Vb的電壓極性的切換，因?yàn)椋谡麄€(gè)系統(tǒng)的充電過(guò)程中，將逐一地對(duì)各個(gè)超級(jí)電容進(jìn)行充電的，從圖1中可知，母線Va和母線Vb的電壓的極性是隨著不同超級(jí)電容的順序不同而不同的，是需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)才能夠?qū)崿F(xiàn)充電的，因此，本裝置就是實(shí)現(xiàn)了此項(xiàng)功能。所述電壓極性切換裝置8通過(guò)極性切換器9與主控制器1相連，通過(guò)主控制器1向極性切換器9發(fā)出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)電壓極性切換裝置8對(duì)母線電壓的極性進(jìn)行切換。所述主控制器1還與母線電壓監(jiān)管模塊10相連，所述母線電壓監(jiān)管模塊10用于對(duì)兩根母線的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，以確保充電過(guò)程中的安全性。

所述兩根母線和超級(jí)電容模組之間設(shè)有陣列開(kāi)關(guān)11，陣列開(kāi)關(guān)11由陣列開(kāi)關(guān)控制器12控制，陣列開(kāi)關(guān)控制器12由主控制器1控制，在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)陣列的開(kāi)關(guān)是作快速切換的，控制開(kāi)關(guān)的過(guò)程是有二個(gè)準(zhǔn)則，即低電壓者優(yōu)先充電和順序充電。也就是說(shuō)，主控制器根據(jù)電壓測(cè)量模塊測(cè)得的結(jié)果，對(duì)每個(gè)超級(jí)電容的電壓值以從小到大的順序進(jìn)行排序，排序完成后控制與電壓值最小的超級(jí)電容連接的陣列開(kāi)關(guān)部分閉合，從而為超級(jí)電容模組中電壓較低的超級(jí)電容進(jìn)行優(yōu)先充電，然后依照順序完成對(duì)超級(jí)電容模組中的每一個(gè)超級(jí)電容進(jìn)行充電。

由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型利用低電壓(重量輕)的鋰電池，將能量耦合到超級(jí)電容上，該耦合的過(guò)程即能量的遷移過(guò)程是全自動(dòng)的，用以保證負(fù)載端獲取高電壓值，在瞬間滿足得很高功率的需求；在此同時(shí)，由于本實(shí)用新型裝置是循環(huán)著運(yùn)行工作的，時(shí)刻不停地將能量傳遞給前端的超級(jí)電容，以保證持續(xù)功率的輸出。并且由于后端的動(dòng)力鋰電池具有低電壓、數(shù)量少的特點(diǎn)，因此很容易做成便攜式的可拆卸的電池包，采用離線快速充電的方式，又可以將電量充滿，以獲得整個(gè)船載系統(tǒng)的耗電量。

整個(gè)充電過(guò)程，由于是實(shí)現(xiàn)將能量進(jìn)行遷移的，因此，在陣列開(kāi)關(guān)的運(yùn)行過(guò)程中必然產(chǎn)生熱量，因此主控制器1還與水冷裝置14相連，所述水冷裝置14用于將裝置在能量傳遞中累積的熱量帶走，本實(shí)施方式中水冷裝置可以采用循環(huán)水冷的控制方式完成對(duì)系統(tǒng)溫度的調(diào)節(jié)控制。

本實(shí)用新型的運(yùn)行調(diào)節(jié)過(guò)程如下：

系統(tǒng)開(kāi)啟后，在主控制器的操控下完成自檢，自檢的內(nèi)容包括：

1)、各個(gè)子功能模塊的狀態(tài)；

2)、超級(jí)電容所設(shè)定的電壓值；

3)、動(dòng)力鋰電池的容量值；

4)、各陣列開(kāi)關(guān)的可控狀況以及水冷監(jiān)控的可控狀況等。

主控制器通過(guò)對(duì)各個(gè)超級(jí)電容的電壓檢測(cè)，對(duì)超級(jí)電容的電壓值進(jìn)行由低到高的排序，并以順序充電的方式進(jìn)行充電，充電過(guò)程如下：

①、啟動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換器；

②、選擇適合的電壓極性，(正確建立母線Va和母線Vb電壓的極性)；

③、閉合所選定的陣列開(kāi)關(guān)之一(即電壓值最低的超級(jí)電容所對(duì)應(yīng)的陣列開(kāi)關(guān)部分)

④、監(jiān)測(cè)被充電的超級(jí)電容的電壓，直到被充滿才關(guān)閉。

循環(huán)作業(yè)①～④，直至所有的超級(jí)電容被充滿，隨后主控制器將發(fā)送命令給負(fù)載，啟動(dòng)向負(fù)載供電作業(yè)。