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1、(10)申请公布号 CN 103935498 A (43)申请公布日 2014.07.23 C N 1 0 3 9 3 5 4 9 8 A (21)申请号 201310024618.7 (22)申请日 2013.01.23 B63H 21/17(2006.01) H02J 7/00(2006.01) (71)申请人集美大学 地址 361021 福建省厦门市集美区银江路 185号 申请人厦门杰能船艇科技有限公司 (72)发明人俞万能 李素文 田庆元 于金良 李丹 (74)专利代理机构厦门市新华专利商标代理有 限公司 35203 代理人李宁 (54) 发明名称 一种太阳能观光游览船能量动态管理和控。
2、制 系统 (57) 摘要 本发明公开一种太阳能观光游览船能量动态 管理和控制系统，第一太阳能发电系统、第二太阳 能发电系统、第一蓄电系统、第二蓄电系统、第一 电机推进系统及第二电机推进系统的数据采集信 号通过CAN总线传输给CAN转DP模块，并传输给 PLC控制系统；第一接触器系统主电路与第一蓄 电系统、第一太阳能发电系统及第一电机推进系 统连接；第二接触器系统的主电路与第二蓄电系 统、第二太阳能发电系统及第二电机推进系统连 接；第一接触器系统和第二接触器系统的信号传 输给PLC控制系统，PLC控制系统将控制信号传输 给第一接触器系统和第二接触器系统；触摸屏通 过以太网与PLC控制系统连接。本。
3、发明解决太阳 能观光游览船能量充分利用问题，提高续航能力。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103935498 A CN 103935498 A 1/1页 2 1.一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统，其特征在于：包括第一太阳能发 电系统、第一蓄电系统、第一接触器系统、第一电机推进系统、第二太阳能发电系统、第二蓄 电系统、第二接触器系统、第二电机推进系统、触摸屏、CAN转DP模块及PLC控制系统；第一 太阳能发电系统、第二太阳能发电系统。
4、、第一蓄电系统、第二蓄电系统、第一电机推进系统 及第二电机推进系统的数据采集信号分别通过CAN总线传输给CAN转DP模块，CAN转DP模 块与PLC控制系统通讯连接；第一接触器系统的主电路分别与第一蓄电系统连接、第一太 阳能发电系统及第一电机推进系统连接；第二接触器系统的主电路分别与第二蓄电系统连 接、第二太阳能发电系统及第二电机推进系统连接；第一接触器系统和第二接触器系统的 状态信号传输给PLC控制系统的输入模块，PLC控制系统将控制信号通过输出模块传输给 第一接触器系统和第二接触器系统；触摸屏通过以太网与PLC控制系统连接。 2.如权利要求1所述的一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统。
5、，其特征在 于：第一电机推进系统及第二电机推进系统由电机驱动器及推进电机组成，推进电机与电 机驱动器连接，推进电机与电机驱动器的信号通过电机驱动器的CAN接口传输给CAN转DP 模块。 3.如权利要求1所述的一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统，其特征在 于：第一太阳能发电系统及第二太阳能发电系统由太阳能板及太阳能控制器组成，太阳能 板与太阳能控制器连接，太阳能板与太阳能控制器的信号通过CAN总线传输给CAN转DP模 块。 4.如权利要求1所述的一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统，其特征在 于：第一接触器系统及第二接触器系统的主电路分别由三组相互并联的三个接触器组成， 每一组对应。
6、一锂电池组；各锂电池组的正极通过第一接触器的主触头串接电阻后与电机驱 动器连接，第二接触器的主触头直接与电机驱动器连接，第三接触器的主触头与太阳能控 制器连接；而各锂电池组负极与太阳能控制器和电机驱动器的负极相互短接；第一接触器 系统及第二接触器系统还包括辅助控制电路，辅助控制电路由接触器辅助触头、中间继电 器及接触器线圈组成，接触器辅助触头与PLC控制系统输入模块连接，而中间继电器与PLC 控制系统输出模块连接，中间继电器触头与接触器线圈一一对应连接。 5.如权利要求1所述的一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统，其特征在 于：第一蓄电系统及第二蓄电系统为三组锂电池组，三组锂电池组的采集。
7、信号通过CAN总 线传输给CAN转DP模块。 权 利 要 求 书CN 103935498 A 1/5页 3 一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统 技术领域 0001 本发明涉及一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统。 背景技术 0002 船舶电力系统的基本组成包括有发电、配电、输电及用电设备。太阳能观光游览 船的电力系统包括太阳能发电系统、蓄电系统及电机推进系统，然而，由于太阳能的不稳定 性，时强时弱，因此，如何协调太阳能发电系统对电机推进系统供电及对蓄电系统充电的顺 序关系，以及协调蓄电系统中的电池组的充电与放电先后关系，进而解决太阳能观光游览 船能量的充分利用以及提高太阳能观光游。
8、览船续航能力，成为太阳能观光游览船电力系统 需解决的关键技术。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种解决能量充分利用问题并提高续航能力的太阳能观 光游览船能量动态管理和控制系统。 0004 为达成上述目的，本发明的解决方案为： 一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统，其特征在于：包括第一太阳能发电 系统、第一蓄电系统、第一接触器系统、第一电机推进系统、第二太阳能发电系统、第二蓄电 系统、第二接触器系统、第二电机推进系统、触摸屏、CAN转DP模块及PLC控制系统；第一太 阳能发电系统、第二太阳能发电系统、第一蓄电系统、第二蓄电系统、第一电机推进系统及 第二电机推进系统的数据采集信号分。
9、别通过CAN总线传输给CAN转DP模块，CAN转DP模 块与PLC控制系统通讯连接；第一接触器系统的主电路分别与第一蓄电系统连接、第一太 阳能发电系统及第一电机推进系统连接；第二接触器系统的主电路分别与第二蓄电系统连 接、第二太阳能发电系统及第二电机推进系统连接；第一接触器系统和第二接触器系统的 状态信号传输给PLC控制系统的输入模块，PLC控制系统将控制信号通过输出模块传输给 第一接触器系统和第二接触器系统；触摸屏通过以太网与PLC控制系统连接。 0005 进一步，第一电机推进系统及第二电机推进系统由电机驱动器及推进电机组成， 推进电机与电机驱动器连接，推进电机与电机驱动器的信号通过电机驱动。
10、器的CAN接口传 输给CAN转DP模块。 0006 进一步，第一太阳能发电系统及第二太阳能发电系统由太阳能板及太阳能控制器 组成，太阳能板与太阳能控制器连接，太阳能板与太阳能控制器的信号通过CAN总线传输 给CAN转DP模块。 0007 进一步，第一接触器系统及第二接触器系统的主电路分别由三组相互并联的三个 接触器组成，每一组对应一锂电池组；各锂电池组的正极通过第一接触器的主触头串接电 阻后与电机驱动器连接，第二接触器的主触头直接与电机驱动器连接，第三接触器的主触 头与太阳能控制器连接；而各锂电池组负极与太阳能控制器和电机驱动器的负极相互短 接；第一接触器系统及第二接触器系统还包括辅助控制电路。
11、，辅助控制电路由接触器辅助 说 明 书CN 103935498 A 2/5页 4 触头、中间继电器及接触器线圈组成，接触器辅助触头与PLC控制系统输入模块连接，而中 间继电器与PLC控制系统输出模块连接，中间继电器触头与接触器线圈一一对应连接。 0008 进一步，第一蓄电系统及第二蓄电系统为三组锂电池组，三组锂电池组的采集信 号通过CAN总线传输给CAN转DP模块。 0009 采用上述方案后，本发明通过采集第一太阳能发电系统及第二太阳能发电系统输 出电压及电流，并将数据传输给PLC控制系统，判断太阳能是否充足；如果较为充足直接给 第一电机推进系统及第二电机推进系统供电，同时给第一蓄电系统第二蓄。
12、电系统充电；采 集第一蓄电系统及第二蓄电系统的电池剩余容量、电池组最高电压、电池组最低电压等参 数，并将数据传输给PLC控制系统，从而决定第一蓄电系统及第二蓄电系统中电池组的充 放电顺序及切换；采集第一接触器系统及第二接触器系统数据，主要是各电池组的充放电 状态，并将数据传输给PLC控制系统，从而对各电池组的充放电进行管理；采集第一电机推 进系统及第二电机推进系统的输出电流及输出功率，当第一电机推进系统或第二电机推进 系统的输出功率较大时，而电源容量无法满足时，限制第一电机推进系统或第二电机推进 系统的输出功率。因此，本发明有效解决能量充分利用问题，同时提高太阳能观光游览船的 续航能力。 附图。
13、说明 0010 图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明第一接触器系统与第二接触器系统结构示意图； 图3是本发明对第一蓄电系统及第二蓄电系统数据采集流程图； 图4是本发明第一蓄电系统或者第二蓄电系统充放电控制流程图； 图5是本发明放电切换控制流程图； 图6是本发明充电切换控制流程图。 0011 标号说明 第一太阳能发电系统1 太阳能板11 太阳能控制器12 第一蓄电系统2 锂电池组21 第一接触器系统3 第一接触器31 第二接触器32 第三接触器33 电阻34 接触器辅助触头35 中间继电器36 接触器线圈37 第一电机推进系统4 电机驱动器41 推进电机42 第二太阳能发电系统10 太阳能板。
14、101 太阳能控制器102 第二蓄电系统20 锂电池组201 第二接触器系统30 第一接触器301 第二接触器302 第三接触器303 保护电阻304 第二电机推进系统40 电机驱动器401 推进电机402 说 明 书CN 103935498 A 3/5页 5 CAN转DP模块5 PLC控制系统6 触摸屏7。 具体实施方式 0012 以下结合附图及具体实施例对本发明作详细说明。 0013 参阅图1所示，本发明揭示的一种太阳能观光游览船能量动态管理和控制系统， 包括第一太阳能发电系统1、第一蓄电系统2、第一接触器系统3、第一电机推进系统4、第二 太阳能发电系统10、第二蓄电系统20、第二接触器系。
15、统30、第二电机推进系统40、CAN转DP 模块5、PLC控制系统6及触摸屏7。 0014 第一太阳能发电系统1、第二太阳能发电系统10、第一蓄电系统2、第二蓄电系统 20、第一电机推进系统4及第二电机推进系统40的数据采集信号分别通过CAN总线传输给 CAN转DP模块5，CAN转DP模块5与PLC控制系统6通讯连接。 0015 第一接触器系统3的主电路分别与第一蓄电系统2连接、第一太阳能发电系统1 及第一电机推进系统4连接。 0016 第二接触器系统30的主电路分别与第二蓄电系统20连接、第二太阳能发电系统 10及第二电机推进系统40连接；第一接触器系统3和第二接触器系统30的采集信号传输 。
16、给PLC控制系统6的输入模块，PLC控制系统6将控制信号通过输出模块传输给第一接触 器系统3和第二接触器系统30；触摸屏7通过以太网与PLC控制系统6连接。 0017 第一接触器系统3及第二接触器系统30的主电路分别由三组相互并联的三个接 触器组成，每一组对应一锂电池组。 0018 各锂电池组（21、201）的正极通过第一接触器（31、301）的主触头串接电阻（34、 304）后与电机驱动器（41、401）连接，第二接触器（32、302）的主触头直接与电机驱动器 （41、401）连接，第三接触器（33、303）的主触头与太阳能控制器（12、102）连接；而各锂电池 组（21、201）负极与太阳。
17、能控制器（12、102）和电机驱动器（41、401）的负极相互短接。 0019 如图2所示，第一接触器系统3及第二接触器系统30还包括辅助控制电路，辅助 控制电路由接触器辅助触头35、中间继电器36及接触器线圈37组成，接触器辅助触头35 与PLC控制系统6输入模块连接，而中间继电器36与PLC控制系统6输出模块连接，中间 继电器36触头与接触器线圈37一一对应连接。通过控制接触器线圈37是否通电，来控制 接触器的通断，进而控制锂电池组21的冲放电顺序。 0020 第一电机推进系统4及第二电机推进系统40由电机驱动器（41、401）及推进电机 （42、402）组成，推进电机（42、402）与电。
18、机驱动器（41、401）连接，推进电机（42、402）与电 机驱动器（41、401）的采集信号通过电机驱动器（41、401）的CAN接口传输给CAN转DP模块 5。 0021 第一太阳能发电系统1及第二太阳能发电系统10由太阳能板（11、101）及太阳能 控制器（12、102）组成，太阳能板（11、101）与太阳能控制器（12、102）连接，太阳能板（11、 101）与太阳能控制器（12、102）的采集信号通过CAN总线传输给CAN转DP模块5。 0022 第一蓄电系统2及第二蓄电系统20为三组锂电池组（21、201），参阅图3至图6所 示，太阳能观光游览船航行时，将第一蓄电系统2及第二蓄电系。
19、统20的六组锂电池组（21、 201）的数据经CAN总线传输至CAN转DP模块5，再经DP总线连接至CP343-1网络通讯模 说 明 书CN 103935498 A 4/5页 6 块送入 PLC控制系统6（型号为西门子S7-300PLC），主要采集锂电池组（21、201）最低单体 电压、最高单体电压、最高单体温度、充放电电流及剩余容量等。 0023 将太阳能控制器（12、102）(其型号为OUTBACK SM60-150VDC)的数据经CAN总线 传输至CAN转DP模块5，再经DP总线传输至CP343-1网络通讯模块送入PLC控制系统（型 号为西门子S7-300PLC），主要采集太阳能控制器（。
20、12、102）输入、输出电压以及输出电流。 0024 对第一接触器系统3及第一接触器系统30进行数据采集，将与锂电池组（21、201） 连接的充放电接触器断开或闭合的信息用导线经SM321开关量输入模块直接送入PLC控制 系统6，主要采集各个锂电池组（21、201）充放电状态。 0025 将电机驱动器（41、401）的数据经CAN总线连接至CAN转DP模块5，再经DP总线 连接至CP343-1网络通讯模块送入PLC控制系统6，主要采集第一电机推进系统4及第二电 机推进系统40输出电流、输出功率、转速以及电机温度。 0026 上述数据经PLC控制系统6处理后，根据采集到的数据进行能量管理及控制，。
21、保证 电池组一直工作在浅充浅放状态，提高电池使用寿命，同时，保证在第一蓄电系统2及第二 蓄电系统20不能同时充电或放电的原则下，设置手动和自动管理功能，可在触摸屏7中进 行设置。 0027 手动方式时，太阳能控制器太阳能控制器（12、102）可以设置给任何一组锂电池组 （21、201）充电，也可以设置任何一组锂电池组（21、201）给第一电机推进系统4及第二电机 推进系统40供电。 0028 自动方式时，根据采集的数据，如图2所示，单体电压最高的锂电池组（21、201）给 第一电机推进系统4及第二电机推进系统40供电，而单体电压最低的锂电池组（21、201）充 电；当放电锂电池组（21、201。
22、）单体最低电压低于3.0V时，通过第一接触器系统3及第二接 触器系统30进行切换，切换至其他组中单体电压最高的一组锂电池组（21、201）进行供电； 而充电组锂电池组（21、201）单体最高电压大于3.8V时，通过第一接触器系统3及第二接 触器系统30进行切换，切换至其他组中单体电压最低的一组锂电池组（21、201）进行充电； 具体充放电控制流程图图3至图6所示。具体来说，当其中一组锂电池组（21、201）放电时， 第二接触器（32、302）接通，该锂电池组（21、201）放电至电量较低时，闭合另一组锂电池组 （21、201）对应的第一接触器（31、301），由于电阻（34、304）的作用，实。
23、现锂电池组（21、201） 无扰动切换，电流稳定后，再闭合第二接触器（32、302），实现锂电池组（21、201）充放电的 切换。对锂电池组（21、201）进行充电时，第三接触器（33、303）。所有接触器的闭合及断开 都是通过中间继电器36与接触器线圈37的配合。 0029 同时，根据采集的数据，计算船舶运行负载的大小（主要是推进电机（42、402）以 及太阳能能源的发电容量，根据两者的大小比较，如果前者大于后者，按充放电管理进行， 若前者小于后者而且其他两组都充满电时，充电和放电都在同一第一蓄电系统2或第二蓄 电系统20。 0030 当第一太阳能发电系统1、第二太阳能发电系统10、第一蓄电。
24、系统2及第二蓄电系 统20的功率条件不能满足第一电机推进系统4及第二电机推进系统40负荷需要时，自动 对第一电机推进系统4及第二电机推进系统40进行功率限制，保障用电安全。 0031 综上所述，本发明利用PLC控制系统6对第一太阳能发电系统1及第二太阳能发 电系统10输出电压及输出电流进行判断，当其输出电压及输出电流足够为第一电机推进 说 明 书CN 103935498 A 5/5页 7 系统4及第二电机推进系统40供电且还有电量剩余时，由第一太阳能发电系统1及第二太 阳能发电系统10直接为第一电机推进系统4及第二电机推进系统40供电，同时，对锂电池 组（21、201）同步充电；当第一太阳能发。
25、电系统1及第二太阳能发电系统10输出电压及输 出电流不足以为第一电机推进系统4及第二电机推进系统40供电时，通过第一接触器系统 3及第二接触器系统30进行切换，由第一蓄电系统2或者第二蓄电系统20进行供电。 0032 经PLC控制系统6对第一蓄电系统2或者第二蓄电系统20锂电池组（21、201）的 电压进行判断，单体电压最高的为第一电机推进系统4及第二电机推进系统40供电，而单 体电压最低的由第一太阳能发电系统1及第二太阳能发电系统10对其充电；当PLC控制系 统6检测到单体电压最低的锂电池组（21、201）经充电达到单体电压最高时，通过第一接触 器系统3及第二接触器系统30进行切换，由其为第。
26、一电机推进系统4及第二电机推进系统 40供电。 0033 以上所述仅为本发明的一个实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关 键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。 说 明 书CN 103935498 A 1/6页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103935498 A 2/6页 9 图2 说 明 书 附 图CN 103935498 A 3/6页 10 图3 说 明 书 附 图CN 103935498 A 10 4/6页 11 图4 说 明 书 附 图CN 103935498 A 11 5/6页 12 图5 说 明 书 附 图CN 103935498 A 12 6/6页 13 图6 说 明 书 附 图CN 103935498 A 13 。