电力船舶推进系统及控制方法与流程

电力船舶推进系统及控制方法


背景技术：

1.以下美国专利提供了背景信息，并通过引用全部并入本文。
2.美国专利号6,507,164公开了一种具有基于电流的功率管理的拖曳电机，包括：电机；电机控制器，其具有用于向电机提供电压的输出；以及电流传感器，其用于测量流过电机的电流。一经确定拖曳电机已在其连续负荷极限以上运行预定时间段，电机控制器就开始降低电机的电压输出，直到达到可接受的输出电压。在另一个实施例中，控制器以具有三组不同的操作参数的三种不同的模式进行操作，即：正常模式，其中，输出被设置为命令电平；电流限制模式，其中，输出被设置为安全的预定电平；以及过渡模式，其中，输出从预定电平递增地改变到命令电平。
3.美国专利号6,652,330公开了一种用于控制船舶的电气系统的方法，该方法包括以下步骤：测量电池电势，将电池电势与阈值电压幅值进行比较，然后在电压电势低于阈值电压幅值时断开多个电力消耗设备中的一个或多个。这样做是为了避免有害条件，其中当多个电力消耗设备正在运行并从交流发电机吸取足够的电流以防止电池正确充电时，船舶的发动机以怠速运行并试图对电池充电。在这些情况下，当电池试图为负载提供所需的额外电流时，电池电势实际上可能会耗尽。
4.美国专利号6,885,919公开了一种过程，通过该过程，船舶的操作员可以调用计算机程序的操作，该计算机程序调查可以提高船舶航程的各种替代方案。确定船舶的当前位置与所需航路点之间的距离，并将其与船舶的航程进行比较，该航程是根据可用燃油、船舶速度、燃油使用率和发动机转速确定的。该计算机程序从理论上研究了发动机转速变化将获得的结果。回顾了发动机转速的增加和降低，并根据这些新的发动机转速计算附加理论范围。当确定发动机转速的有利变化时，通知船舶的操作员。
5.美国专利号6,902,446公开了一种dc电机，其具有电机外壳和位于电机外壳内的电机控制器。在优选实施例中，电机控制器的发热部件与外壳进行热通信，使得此类部件产生的大部分热量将容易传导到电机运行的环境中。当并入拖曳电机时，本发明的电机外壳将被淹没，以便控制器产生的热量将耗散到拖曳电机运行的水中。
6.美国专利号7,218,118公开了一种用于监测船舶推进系统的电池状况的方法，该方法提供了测量电池的电压特性，将电压特性与预选阈值进行比较，以及根据电压特性和阈值的相对幅值来评估电池的状况。当电池和电负载之间的连接关系改变时，在连接事件之后测量电池的电压特性。电负载通常是与内燃机以扭矩传递关系连接的起动电机。最好在紧接起动内燃机轴以启动发动机之前的浪涌电流期间，在其最小值处测量电压特性。
7.美国专利号7,385,365公开了一种对无刷电机的误差检测方法，其中测量或确定至少一个第一电机参数，并基于第一电机参数估计第二估计电机参数。将第二估计电机参数与第二测量或确定电机参数进行比较。通过比较可以找出电机的误差。
8.美国专利号10,723,430公开了一种用于船艇的螺旋桨推进系统，该系统包括至少一个电机和可由电机驱动的螺旋桨。螺旋桨是一种表面穿透式螺旋桨。该推进系统包括具有侧壁的箱体，电机固定在侧壁上，以及盖部，表面穿透式螺旋桨的外驱动施加在盖部上。
侧壁和盖部包括电机轴和外驱动轴分别穿过的孔。箱体包括从驱动轴到外驱动轴的运动传输装置，并且推进系统包括用于将箱体固定到船艇横梁的装置。


技术实现要素：

9.提供本发明内容是为了介绍以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。
10.在一个实施例中，一种控制被配置为推进船舶并由功率存储系统供电的电力船舶推进系统的方法包括：在用户界面上显示用户可选择的多个功率模式选项，至少包括降低功率和紧急功率模式。在用户选择降低功率模式时，自动关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并且控制推进系统，以便不超过第一速度限制。在用户选择紧急功率模式时，关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并且控制推进系统，以便不超过低于第一速度限制的第二速度限制。
11.在一个实施例中，一种被配置为推进船舶的电力推进系统包括功率存储系统、由功率存储系统供电的电机、用户界面显示器和控制系统。控制系统被配置为在用户界面显示器上显示用户可选择的多个功率模式选项，至少包括降低功率模式和紧急功率模式。在用户选择降低功率模式时，控制系统被配置为关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并自动控制推进系统，以不超过第一速度限制。在用户选择紧急功率模式时，控制系统被配置为关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并自动控制推进系统，以便不超过低于第一速度限制的第二速度限制。
12.在一个实施例中，一种控制被配置为推进船舶并由功率存储系统供电的电力船舶推进系统的方法包括启用储备电量，以使功率存储系统的电荷水平不允许低于储备电量，除非用户指示使用储备电量。在启用储备功率模式功率模式选项(其中，保留储备电量)时，可用电量被确定为功率存储系统的电荷水平减去储备电量，并且可用电量显示在用户界面上。
13.在一个实施例中，一种被配置为推进船舶的电力推进系统包括功率存储系统、由功率存储系统供电的电机、用户界面显示器和控制系统。控制系统被配置为防止存储系统的电荷水平低于储备电量，除非用户指示使用储备电量。控制系统可被配置为将可用电量确定为功率存储系统的当前电荷水平减去储备电量，并在用户界面上显示可用电量。
14.在一个示例中，作为储备电量保留的电量可由用户选择，其中，系统被配置为在用户界面上显示用户可选择的至少一个储备功率值，以设置储备电量。
15.在一个示例中，储备电量是安全工作区(soa)内可用电池容量的百分比，或者是高于为特定锂电池规定的最低soa的能量数量。
16.本发明的各种其他特征、目的和优点将从以下描述和附图中显而易见。
附图说明
17.参考下图描述本公开。
18.图1是根据本公开的具有示例性电力船舶推进系统的船舶的示意描述。
19.图2是根据本公开的另一示例性电力船舶推进系统的示意图。
20.图3是展示了根据本公开的示例性实施例的示例性显示器。
21.图4-6是举例说明根据本公开的用于控制电力船舶推进系统的方法或其部分的流程图。
具体实施方式
22.本发明人已经认识到，与陆地车辆的电力推进相比，电力船舶推进带来了额外的挑战和安全问题。对于船舶推进而言，一个被放大或增加的挑战是电池航程，并有效管理船舶用户的航程焦虑和电池利用率。由于电池不足而搁浅在水体中，对船舶的用户来说是一个问题，并且往往比陆地车辆的用户更为重要，因为用户无法轻松离开船舶，并且可能处于不容易呼叫或获得帮助的情况下。因此，用户报告称，在操作电力船舶推进系统时，他们的焦虑感增加，尤其是高度关注保持足够的电池电量以到达目的地和/或海岸的方面。因此，发明人研究了所公开的系统和方法，该系统和方法帮助用户将电池电量用于电力船舶推进系统，该系统包括功能和安全特性，以防止用户在操作过程中无意或不知不觉地耗尽电池电量。
23.在一些实施例中，所公开的电力船舶推进系统和控制方法利用多个自动控制电池电量使用的用户可选择的模式，例如当功率存储系统的电荷水平变低时。系统可被配置为在适当的时间向用户呈现功率模式选项，例如一旦电池电量达到阈值电荷水平，其中，各种功率模式自动关闭一个或多个辅助设备，这些辅助设备利用功率和/或控制推进系统，以节省和更有效地使用剩余电池电量，以将船舶推进最大距离。例如，在用户选择降低功率模式时，系统可被配置为自动关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并控制推进系统，以便不超过第一速度限制。
24.可替换地或另外地，系统可被配置为接收用户对紧急功率模式的选择，其中紧急功率模式利用或允许利用的每单位距离电池电量比降低功率模式更少。在启用紧急功率模式时，该系统可被配置为使用来自功率存储系统的功率关闭一个或多个辅助设备，并控制推进系统，以便不超过第二速度限制，其中，第二速度限制甚至低于第一速度限制。第二速度限制可以被设置为最大效率速度，以最大化来自功率存储系统的每单位电力的船舶距离。
25.在一些实施例中，系统可被配置为基于各种系统参数确定推荐的功率模式。例如，可以基于电力系统的电荷水平来确定推荐的功率模式。在一些实施例中，可以基于推进系统的航程进一步确定推荐的功率模式，该航程是与阈值距离相比，推进系统可以基于当前电荷水平推进船舶的距离。阈值距离可以是预设距离，或者可以是例如从船舶当前位置到预定位置的距离。例如，预定位置可以是船舶的起点，也可以是用户指定的位置，例如用户输入的旅行目的地。
26.在一些实施例中，系统被配置为保留电池电量的储备电量，以便除非用户指示使用储备电量，否则不允许功率存储系统的电荷水平低于储备电量。储备电量可以是存储功率的预设量，或者可以是用户设置或用户可控制的值。该系统可以被配置为，只有当用户选择储备功率利用选项时，才能利用储备电量，例如通过船舶上的用户界面或功率存储系统上的用户界面元素，从而明确授权剩余电池电量的利用。例如，系统可被配置为仅在电荷水平处于储备电量时或可替换地处于大于储备电量的阈值量时，在用户界面上显示储备功率
利用选项。
27.图1描述了具有电力船舶推进系统2的船舶1的示例性实施例，该系统被配置为通过操作员经由转向控制系统或通过被配置为自动控制船舶转向以将船舶转向预定位置或全局位置的引导系统所指示的方向推进船舶。还参考图2，电力推进系统2包括：至少一个电力船舶驱动3，其具有被配置为通过旋转螺旋桨10来推进船舶1的电机4；以及功率存储系统16和用户界面系统35。在图2所示的实施例中，电力船舶推进系统2包括舷外船舶驱动3，其具有位于其中(例如位于舷外船舶驱动的罩50内)的电机4。鉴于本公开，本领域的普通技术人员将理解，船舶推进系统2可以包括其他类型的电力船舶驱动，例如船内驱动或船尾驱动。电力船舶驱动3由可扩展存储设备16(例如包括电池组18)供电。
28.控制系统11控制电力船舶推进系统2。电机4可以是例如无刷电机，例如无刷dc电机。在其他实施例中，电机可以是dc有刷电机、ac无刷电机、直接驱动、永磁同步电机、感应电机或将电力转换为旋转运动的任何其他设备。在一些实施例中，电机4包括已知配置的转子和定子。
29.电机4与功率存储系统16电气连接并由其供电。功率存储系统16存储用于为电机4供电的能量，并且可以再充电，例如当电机4不使用时，通过连接到岸电进行再充电。相关领域中已知各种功率存储设备和系统。功率存储系统16可以是包括一个或多个电池或电池组的电池系统。例如，功率存储系统16可以包括一个或多个锂(li)电池系统，每个li电池由多个电池单体组成。在其他实施例中，功率存储系统16可以包括一个或多个燃料单体、流动电池、超级电容器和/或能够存储和输出电能的其他设备。
30.电机4可操作地连接到螺旋桨10，并被配置为旋转螺旋桨10。如相关领域的普通技术人员所知，螺旋桨10可以包括一个或多个螺旋桨、叶轮或其他推进器设备，并且术语“螺旋桨”可用于指代所有此类设备。在一些实施例中，如图1所示，电机4可以通过齿轮系统7或变速器连接到螺旋桨10并被配置为旋转螺旋桨10。在这样的实施例中，齿轮系统7将电机输出轴5的旋转转换为螺旋桨轴8，以调整旋转转换和/或将螺旋桨轴8与驱动轴5断开，这在本领域中有时被称为“空档”位置，其中驱动轴5的旋转不被转换为螺旋桨轴8。各种齿轮系统7或变速器在相关领域中是众所周知的。在其他实施例中，电机4可以直接连接到螺旋桨轴8，从而驱动轴5的旋转以恒定且固定的比率直接传送到螺旋桨轴8。
31.功率存储系统16还可以包括电池控制器20，其被配置为监测和/或控制功率存储系统16的各个方面。电池控制器20还可以被配置为接收来自功率存储系统16内的电流传感器、电压传感器和/或其他传感器的信息，例如接收关于功率存储系统16内每个电池单体或电池单体组的电压、电流以及温度的信息。例如，电池控制器20可以接收来自功率存储系统16内一个或多个传感器(例如功率存储系统16外壳内的一个或多个电压传感器、电流传感器和温度传感器)的输入。电压传感器可以被配置为感测电池内的电压(例如，单体电压传感器被配置为感测li电池中单个单体或单体组的电压)，并且一个或多个温度传感器可以被配置为感测一个或更多电池或其他存储元件所在的功率存储设备外壳内的温度。系统中的电池控制器20或其他控制器被配置为计算功率存储系统16的电荷水平，例如电荷状态。
32.每个电机4可以与电机控制器14相关联，电机控制器14被配置为控制电机的功率，例如其定子绕组的功率。电机控制器14被配置为控制电机4的功能和输出，例如控制电机输出的扭矩、电机4的转速以及向电机4供应和由其使用的输入电流、电压和功率。在一种布置
中，电机控制器14控制通过引线15输送到定子绕组的电流，它将电能输入电机，以诱导和控制转子的旋转。
33.传感器可被配置为感测输送到电机4的功率，包括电流和电压。例如，电压传感器29可被配置为感测电机4的输入电压，而电流传感器28可被配置为测量电机4的输出电流。因此，可以计算输送到电机4的功率，该值可用于监测和控制电力推进系统2，包括用于监测和控制电机4。在所述示例中，电流传感器29和电压传感器28可以通信地连接到电机控制器14，以提供供应给电机的电压和供应给电机的电流的测量。电机控制器14被配置为提供适当的电流和/或电压，以满足控制电机4的需求。例如，可以在电机控制器14处从中央控制器12接收需求输入，例如基于在舵输入设备(例如油门杆38)处的操作员需求。在一些实施例中，电机控制器14、电压传感器28和电流传感器29可以集成到电机4的外壳中，在其他实施例中，电机控制器14可以单独封装。
34.可以配置各种其他传感器来测量和报告电机4的参数。例如，电机4可以包括用于测量和/或确定扭矩、转速(电机转速)、电流、电压、温度、振动或任何其他参数的装置。在所描绘的示例中，电机4包括被配置为感测电机4的温度的温度传感器23、被配置为测量电机4的转速的速度传感器24和用于测量电机4的扭矩输出的扭矩传感器25。螺旋桨速度传感器26可被配置为测量螺旋桨10的转速。例如，螺旋桨速度传感器26和/或电机速度传感器24可以是霍尔效应传感器或其他旋转传感器，例如使用电容或电感测量技术。在一些实施例中，可以基于其他测量参数或特性计算一个或多个参数，例如电机4的速度、扭矩或功率。例如，可以基于与电机的转速相关的功率特性来计算扭矩。
35.电力推进系统的各种参数用于提供用户控制或自动实现的船舶功率控制功能，其适用于在功率存储系统中存储的剩余电量不足时优化功率使用。该系统可被配置为控制电力推进系统2的功率使用，以防止电力在远离海岸的情况下耗尽，并继续至少低速推进船舶，足以返回海岸或以其他方式安全到达。如果功率存储系统16的电荷水平或基于储备功率模式设置的可用电量低于一个或多个阈值，则系统可向用户提供用户可选择的多个功率模式选项，其可以包括全功率模式、降低功率模式和紧急功率模式等选项。然后，根据用户选择的模式控制电机4和电力船舶驱动3的功率，以及船舶上各种辅助设备的功率。可替换地，该模式可以由系统自动选择和启用，例如基于功率存储系统16的电荷水平、船舶与海岸或预定位置的距离、电力船舶驱动3的能量消耗历史和/或其他因素。
36.根据所采用的功率模式，控制系统11可被配置为控制电力船舶推进系统2以最大化功率使用，包括控制电机4。例如，控制系统11可被配置为对电机4和功率存储系统16进行控制，以使其不超过为该模式定义的速度限制。可以施加速度限制，例如，作为对电机4的电机rpm、螺旋桨10的螺旋桨rpm、电机提供的扭矩的限制，或作为对船舶1的船舶速度的限制。可以相应地控制提供给电机4的电量，例如，通过基于受控速度变量的相应反馈限制提供给电机的电流量。
37.功率模式限制由控制系统11控制，例如由中央控制器12控制。电力推进系统2可以包括多个控制器，其通信连接并被配置为配合提供控制本文所述的电力船舶推进系统的方法。例如，电机控制器14、电池控制器20和中央控制器12可以作为分布式控制系统11进行配合，以完成对本文所述的船舶推进系统2的控制，从而实现所选功率模式限制，并保存功率存储系统16的电池功率。鉴于本公开，本领域的普通技术人员将理解，其他控制布置是可用
的，并且本文所述的控制功能可以组合到单个控制器中，或者划分为通信连接的任意数量的多个分布式控制器。
38.在一些实施例中，各种传感设备23-25、26和28-29可以被配置为与本地控制器(例如电机控制器14或电池控制器20)通信，并且在其他实施例中，传感器23-25、26和28-29可以与中央控制器12通信，并且可以消除电机控制器14和/或电池控制器20中的一个或多个。控制器12、14、20(和/或传感器)可被配置为通过通信总线(例如can总线或lin总线)进行通信，或通过控制器12、14、20之间的单个专用通信链路进行通信。
39.每个控制器可以包括处理器和存储设备或存储器，其被配置为存储用于控制和/或跟踪电力推进系统2运行的软件和/或数据。存储器可以包括易失性和/或非易失性系统，并可以包括以任何方法或技术实现的用于存储信息的可移动和/或不可移动介质。存储介质可以包括非瞬态和/或瞬态存储介质，例如包括随机存取存储器、只读存储器或可用于存储信息并可由指令执行系统访问的任何其他介质。输入/输出(i/o)系统提供控制系统11和外围设备之间的通信。
40.在图2所示的实施例中，中央控制器12是推进控制模块(pcm)，通过通信链路34(例如can总线)与电机控制器14通信。控制器还通过通信链路从用户界面系统35中的一个或多个用户界面设备接收输入和/或与之通信，在一些实施例中，通信链路可以是用于控制器12、14、20之间通信的相同通信链路，或者可以是单独的通信链路。示例性实施例中的用户界面设备包括油门杆38和显示器40。在各种实施例中，显示器40可以是例如船载管理系统(例如威斯康辛州丰迪拉克的水星海事公司(mercury marine of fond du lac,wisconsin)的vesselviewtm)的一部分。提供了方向盘36，在一些实施例中，方向盘36还可以与控制器12通信，以完成对船舶驱动3的转向控制，该船舶驱动是众所周知的，并且通常被称为线控转向布置。在所描绘的实施例中，方向盘36是一种转向布置，其中方向盘36连接到转向致动器，该转向致动器通过转向电缆37使船舶驱动3转向。其他转向布置，例如各种线控转向布置，在本领域是众所周知的，也可以替代实施。
41.功率存储系统16可进一步被配置为给不属于推进系统2的船舶1上的辅助设备60供电。例如，辅助设备可以包括船舶上的舱底泵、船舱灯、立体声系统或其他娱乐设备、船舶上的热水器、冰箱、空调或其他气候/舒适控制设备、通信系统、导航系统等。一些或所有这些附属设备有时被称为“厂用负荷”，并且可能会消耗大量电池电量。
42.一些或所有辅助设备的功耗可以控制，例如通过与每个受控辅助设备或一组辅助设备相关联的功率控制器62。功率控制器62通信连接到控制器12，或者以其他方式与控制系统11中的一个或多个控制器通信，以控制此类辅助设备的功耗。例如，功率控制器62可以被配置为通过can总线或lin总线与一个或多个功率监测或其他控制设备通信，然后根据接收到的指令控制辅助设备的操作和/或向辅助设备的功率输送。例如，该系统可以被配置为减少向设备60的功率输送，或者当降低功率模式和/或紧急功率模式启用时，通过打开或关闭向与功率控制器62相关联的设备60的功率输送来选择性地关闭辅助设备60。例如，功率控制器62可以被配置为指示辅助设备的断电或以其他方式切断其电源，以关闭辅助设备。可替换地或另外地，用于一个或一组辅助设备的功率控制器62可以包括控制其功率的电池开关。因此，控制系统11可以包括被配置为控制各种辅助设备的功率的数字开关系统，例如由威斯康辛州梅诺莫尼福尔斯(menomonee falls,wi)的电力产品公司(power products,
llc)提供的czone控制和监测系统。在美国申请号为17/009,412和16/923,866(其全部内容通过引用并入本文)中进一步例示和描述了功率控制布置的其他示例。
43.控制系统11可被配置为选择一些关闭或以其他方式控制的辅助设备60，以减少或消除这些设备的功耗。例如，控制器12可以被配置有一个或多个辅助设备60的列表，这些辅助设备60对于每个功率限制模式(包括降低功率模式和紧急功率模式)是关闭的。例如，降低功率模式可能与关闭的一个或多个辅助设备60的第一列表相关联，而紧急功率模式可能与关闭的一个或多个辅助设备60的更广泛的第二列表相关联。例如，系统11可被配置为关闭对推进系统的操作不重要的所有辅助设备，因此可以包括所有或几乎所有所谓的厂用负荷辅助设备。对于降低功率模式，一部分厂用负荷设备可能被指定为断电，以减少从功率存储系统16获取的功率。例如，那些对优化船舶运行不重要的设备(例如娱乐设备或其他附件，或那些消耗显著功率的设备，例如气候控制设备和热水器)在低功率模式下可能会关闭。
44.图3描绘了示例性用户界面显示器70，例如可以显示在用户界面系统35的显示设备40上。用户界面显示器70被配置为显示用户可选择的多个功率模式选项。在所描绘的示例中，功率模式选项72包括全功率模式选项77、降低功率模式选项78和紧急功率模式选项79。还提供了功率储备模式选项80，并且还可以在用户界面显示器70上提供多个可选的储备功率值82。
45.用户可以选择功率模式选项77-80，以使用预定义的一组功率控制功能。例如，降低功率模式选项可被配置为使用控制系统11自动关闭预定义的辅助设备列表，并在推进系统2上实现第一速度限制，例如船舶速度限制或电机rpm限制。同样，当选择紧急功率模式选项79时，控制系统11可以用于自动关闭与紧急功率模式相关联的辅助设备列表，并控制推进系统2，以便不超过第二速度限制，其中，第二速度限制比第一速度限制更具限制性。
46.在一些实施例中，用户界面显示器70可以进一步被配置，以便用户可以优化在一个或多个功率模式选项内执行的指令的各个方面，例如指定一个或多个断电的辅助设备(或指定必须保持通电的设备)和/或调整各自的速度限制。
47.可以选择功率储备模式选项80来打开或关闭功率储备功能。如上所述，当启用功率储备功能时，系统11将控制功率使用，使得除非用户指示使用储备功率，否则不允许功率存储系统16的电荷水平低于储备电量。因此，控制系统11将根据需要主动关闭大部分或所有用电设备，包括推进系统2，以将功率存储系统16的电荷水平至少保持在储备电量。
48.在一些示例中，除控制系统11外的所有用电设备，以及在一些实施例中的显示器40，在功率存储系统16的电荷水平达到储备电量时，可以关闭或严重限制功率，除非和直到用户指示使用剩余功率为止。在此类示例中，显示器40可以在有限容量和最小功耗模式下操作，以实现本文所述的必要控制功能，包括向用户提供储备功率利用选项，以便用户可以指示使用储备电量。例如，除了操作以提供有限的用户控制功能外，还可以最小化显示器的亮度和/或其他功能以降低功耗。
49.在其他实施例中，显示器40也可以断电，并且可以通过其他方式接收用于指示使用储备电量的用户输入。例如，可以在舵处提供开关或其他手动输入设备，用户可以通过其提供利用储备电量的命令。在其他示例中，可以在电池系统外壳上或在用户可访问的另一位置提供用于使用储备功率的开关或其他用户输入设备。
50.在一些实施例中，系统11可以被配置为当储备功率被利用时，降低功率模式或紧急功率模式自动启用。在一些示例中，用户界面显示器70可被配置为向用户建议自动启用的功率模式和/或向用户提供可选的功率模式选项，以在储备功率利用期间控制功率模式和功率分配。
51.用户界面显示器70还可被配置为向用户提供可选择的储备功率值82，以设置储备电量。在所描绘的示例中，可选择的储备功率值82被表示为功率存储系统16的最大可用电荷容量水平的百分比，在该示例中，其包括总可用电池容量的5％、总可用电池电量的10％和总可用电池容量的15％。例如，可用电池容量可以被指定为特定li电池规定的安全工作区(soa)内的电池存储容量。
52.在其他实施例中，储备功率值可以被表示为能量数量，例如以千瓦时或焦耳为单位。在其他实施例中，储备功率值可以根据车辆距离来表示，其中每个可选择的车辆距离与用于推进该距离的船舶1的平均能量数量相关联。在一些实施例中，每距离能量值可以是由控制系统11计算的船舶特定值，例如基于预定时间段内每距离单位使用的能量或最近行驶的距离量。可替换地，每距离能量值可以是固定的预定值或在设置船舶控制系统11时建立的固定值。
53.系统可被配置为将储备电量设置为高于电池额定soa阈值的规定值，例如高于最小soa的百分比或能量数量。电池，特别是li电池，具有最低的电荷水平，他们旨在保持完整的电池单体。对于许多li电池，soa阈值约为电荷状态的20％。在其他实施例中，储备电量可以从不同的电荷值测量，允许利用部分或甚至全部电池电量。
54.在一些实施例中，控制系统11可被配置为确定建议的储备电量，例如基于船舶的历史使用数据。历史使用数据包括有关船舶位置、功率利用值和统计(例如厂用负荷功率利用统计和推进功率利用统计)的信息、推进系统参数或感测值，以及在船舶运行期间收集的对评估或优化存储功率利用有用的任何其他信息。例如，控制系统11可以被配置为基于船舶的平均行程距离或船舶在预定时间量或行程次数上的平均离岸距离来识别推荐的储备电量。可替换地或另外地，控制系统11可被配置为提示用户输入行程路线或最终目的地，并可基于其计算储备电量。
55.图4-6描述了根据本公开的控制电力船舶推进系统2以提供功率模式控制的方法100的实施例或部分实施例。在图4中，在步骤102处，在用户界面显示器上显示功率模式选项。例如，可以在达到事件时(例如一旦电池的电荷水平达到预定义阈值)或者基于阈值功耗的检测(例如，检测与功率存储系统16的电荷水平成比例的高功耗)，显示功率模式选项。在用户界面(例如图3所示的用户界面显示器70)上显示功率模式选项，可以提示用户输入功率模式选择。
56.系统11可以被配置有默认功率模式，例如全功率模式，其中未实施和配置功率限制，以使默认功率模式保持启用，除非和直到接收到用户选择以启用其中一种功率限制模式和/或除非和直到电池耗尽(例如到设置的储备电量)。一旦在步骤104处接收到功率模式的用户选择，控制系统以规定的方式相应地动作以限制功率分配。
57.如果在步骤106处选择降低功率模式，则在步骤108处关闭一个或多个辅助设备，如上文所述，其可以是为降低功率模式指定的预定义的一组辅助设备。在步骤110处，还控制推进系统以施加第一速度限制。如上所述，速度限制可以是例如船舶速度、电机rpm、螺旋
桨rpm，或者可以是电机扭矩量。如果相反选择了紧急功率模式，如步骤112所示，则在步骤114处关闭该模式的指定辅助设备，并在步骤116处控制推进系统，以便不超过第二速度限制。
58.推进系统利用大量电池电量推进船舶通过水面，因此推进系统的功耗变化会显著影响电池寿命。高速推进并非最佳效率，因此在尝试优化每段距离的电池功率利用时应该避免。
59.在各种实施例中，第二速度限制可能等于第一速度限制或比第一速度限制更具限制性。例如，第二速度限制可能是船舶速度、电机rpm、螺旋桨rpm或低于第一速度限制的更大扭矩。在一些示例中，第二速度限制可能是船舶1的最佳运行速度，其中船舶每单位能量行驶的距离最大。因此，最大化了剩余在功率存储设备16中的有限能量。在其他实施例中，可以将第一和第二速度限制设置为特定船舶和/或推进系统配置的最佳效率范围内的值。
60.图5描述了根据本公开的控制船舶推进系统以提供功率模式控制的方法100的另一个实施例。在步骤120处确定功率存储系统16的电荷水平。例如，电荷水平可以被确定为功率存储系统16内的一个或多个电池的电荷状态(soc)，或者通过确定存储系统16中可用和/或剩余的存储能量数量的任何其他手段或方法来确定。可替换地，电荷水平可被确定为平均soc，其中soc确定随时间平均，以避免瞬时变化。可替换地或另外地，可以计算电荷水平，以说明在给定电压水平或soc下电池的平均放电率。例如，电池可能在耗尽时放电更快，因此电荷水平的确定可以说明预期放电率，或电压或soc的预期变化，例如基于预期负载。举一个示例，该系统可被配置为监测推进系统和辅助设备随时间消耗的电量，并利用其确定预期放电率。在步骤122处确定船舶的船舶速度，例如基于gps速度确定或基于来自船舶速度传感器(例如桨轮或皮托管)的输入。
61.然后在步骤124处基于船舶速度和电荷水平确定推进系统的航程。例如，可以假设船舶将保持当前船舶速度或接近当前船舶速度的一些平均值来确定航程。可替换地，举几个示例，可以基于平均船舶速度(例如预定的时间量内的平均速度或行程的平均速度)来确定推进系统的航程。在不同的实施例中，推进系统的航程可以基于功率存储系统16的当前电荷水平来确定，并且可以不考虑船舶速度。例如，可以基于每单位电荷的预定义距离来确定航程。由于一些速度传感器(例如gps速度传感器)在低速(例如低于2.5mph)时提供较差的速度测量精度，例如，用于低速推进的航程估计可能采用此类预定义值。
62.然后在步骤126处将推进系统的航程与阈值距离进行比较。例如，阈值距离可以是预定义的阈值，例如校准值或预设值。可替换地，可以基于用户输入的行程信息来定义阈值距离，例如基于到输入目的地的距离或整个行程的剩余距离。在其他实施例中，阈值距离可以基于船舶位置，例如到海岸的距离、到码头的距离、从行程开始位置的距离或到用户定义的“家”位置的距离。
63.如果航程超过阈值距离，则除继续监测电荷水平和航程外，不会采取任何行动。在步骤126处一旦航程小于或等于阈值距离，则在步骤128处确定推荐的功率模式。例如，可以基于航程和阈值距离之间的比较来确定推荐的功率模式。例如，如果航程保持接近阈值距离，则系统可能建议使用降低功率模式。另一方面，如果航程远低于阈值距离，则建议的功率模式可被确定为紧急功率模式。
64.在其他示例中，可以在降低功率模式和紧急功率模式之间提供额外的功率模式，
并且可以根据功率模式的各种限制，基于航程和阈值距离之间的比较来确定推荐。然后在步骤130处显示推荐的功率模式。参考图3中的示例，一些功率模式选项可以突出显示为“推荐”或可以以其他方式向用户强调，以便传达由系统确定的当前功率模式推荐。
65.图6描述了根据本公开的控制电力船舶推进系统2以提供功率模式控制的方法100的另一实施例。在步骤132处，接收储备电量的用户选择。可替换地或另外地，可以通过用户选择储备功率模式来触发该方法，该模式使系统保持储备电量。在一些实施例中，储备电量可由用户选择。可替换地或另外地，储备电量可以是用户可以调整也可以不调整的预定义电量。
66.然后在步骤134处，基于功率存储系统16的电荷水平和储备电量计算可用电量。例如，可用电量可以计算为当前电荷水平减去储备电量。如本文所述，当前电荷水平可以是，例如，当前soc或当前soc减去由为电池指定的soa所规定的最小电荷水平。因此，可用电量是不利用储备电量的可用电量。
67.然后执行步骤136以确定可用电量是否小于或等于第一阈值电量。如果是这样，则在步骤138处在用户界面上显示功率模式选项。因此，第一阈值电量处于电池电量或电荷水平，在该水平下，建议或启用降低功率模式(或除全功率模式或其他默认功率模式外的任何功率模式)是合理的。功率模式选项显示给用户，以提示用户调整其功率使用行为，选择功率限制模式选项之一，或意识到可用电量的减少。
68.在步骤140处，可用电量可以进一步与第二阈值进行比较。第二阈值电量小于第一阈值电量，并且是电量阈值，其中，向用户提供了使用储备功率的选项。例如，第二阈值电量可以是可用功率等于或接近零的位置。换句话说，功率存储系统16的电荷水平处于储备电量或在大于储备电量的阈值量内。
69.一旦可用电量达到第二阈值，则执行步骤142，以例如在用户界面显示器上向用户提供使用储备功率的选项。一旦用户选择了储备功率利用输入，控制系统11将仅允许推进系统和/或所有非必要辅助设备利用储备功率。
70.如果用户不提供输入以启用储备功率利用，并且在步骤146处可用功率小于或等于零，则控制系统11将采取步骤尽可能限制所有系统的功耗。在步骤147处，控制系统11实现对推进系统2和所有非必要系统的功率的减少或消除。例如，非必要系统可以是船舶上的所有系统，控制系统11和/或用户界面35的最小活动除外，以提供最小的系统控制，向用户发出关于低电池状态的警报，并接收选择储备功率利用的用户输入。在一些实施例中，非必要系统还可以包括使用户能够通过无线电寻求帮助的通信系统和/或其他必要安全系统。
71.一旦在步骤144处接收到用户输入，选择储备功率利用，则在步骤145处移除储备功率限制。在一些实施例中，当使用储备功率时，可以自动实施功率限制模式，例如降低功率或紧急功率模式。
72.本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并使本领域技术人员能够制造和使用本发明。一些术语用于简洁、清晰和理解。除现有技术的要求外，不得从中推断出任何不必要的限制，因为此类术语仅用于描述性目的，且旨在进行广泛解释。本发明的可专利范围由权利要求书定义，并且可以包括本领域技术人员所遇到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的文字语言相同的特征或结构元素，或者，如果它们包括与权利要求书的文字语言没有实质性差异的等效特征或结构元素，则这些其他示例旨在在权利要
求书范围内。

技术特征：
1.一种控制电力船舶推进系统的方法，所述电力船舶推进系统被配置为推进船舶并由功率存储系统供电，所述方法包括：在用户界面上呈现用户能够选择的多个功率模式选项，至少包括降低功率模式和紧急功率模式；在所述用户选择所述降低功率模式时，自动关闭利用来自所述功率存储系统的功率的至少一个辅助设备并控制推进系统以便不超过第一速度限制；以及在所述用户选择所述紧急功率模式时，自动关闭利用来自所述功率存储系统的功率的所述至少一个辅助设备并控制所述推进系统以便不超过低于所述第一速度限制的第二速度限制。2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述推进系统以便不超过所述第一速度限制或所述第二速度限制包括：自动限制从所述功率存储系统提供给所述推进系统的电量。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一速度限制和所述第二速度限制中的每个是所述电力船舶推进系统中的电机的电机rpm、所述电力船舶推进系统中的螺旋桨的螺旋桨rpm或所述船舶的船舶速度中的至少一个。4.根据权利要求1所述的方法，其中，利用来自所述功率存储系统的功率的所述至少一个辅助设备包括船舱灯、舱底泵、立体声系统、热水器或空调。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述用户界面上呈现所述多个功率模式选项之前：确定所述功率存储系统的电荷水平；确定船舶速度；至少基于所述电荷水平和所述船舶速度来确定所述推进系统的航程；将所述航程与阈值距离进行比较；以及仅当所述航程小于所述阈值距离时才在所述用户界面上呈现所述多个功率模式选项。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：基于所述比较，确定推荐功率模式，其中，所述推荐功率模式是全功率模式、所述降低功率模式和所述紧急功率模式中的至少一种；以及在所述用户界面上向所述用户呈现所述推荐功率模式。7.根据权利要求5所述的方法，还包括确定到预定位置的距离，其中，所述阈值距离是基于所述到预定位置的距离。8.根据权利要求1所述的方法，还包括保留储备电量，以使得除非所述用户指示使用所述储备电量，否则不允许所述功率存储系统的电荷水平低于所述储备电量。9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述用户界面上呈现用户能够选择的至少一个储备功率值以设置所述储备电量。10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述至少一个储备功率值表示为所述功率存储系统的最大可用电荷容量的百分比。11.根据权利要求8所述的方法，还包括当所述电荷水平小于比所述储备电量更大的阈值量时，在所述用户界面上呈现可选择的储备功率利用选项以指示使用所述储备电量。12.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述用户界面上呈现所述用户能够选择的储备功率模式；
在选择所述储备功率模式时，进行所述储备电量的保留并将可用电量确定为所述功率存储系统的电荷水平减去所述储备电量；以及在所述用户界面上显示所述可用电量。13.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述电荷水平和所述储备电量确定推荐功率模式，并在所述用户界面上呈现所述推荐功率模式。14.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述船舶的历史使用数据确定推荐储备电量，并在所述用户界面上显示所述推荐储备电量。15.一种电力船舶推进系统，所述电力船舶推进系统被配置为推进船舶，包括：功率存储系统；由所述功率存储系统供电的电机；用户界面显示器；控制系统，其被配置为：在所述用户界面显示器上呈现用户能够选择的多个功率模式选项，至少包括降低功率模式和紧急功率模式；在所述用户选择所述降低功率模式时，关闭利用来自所述功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并自动控制推进系统以便不超过第一速度限制；并且在所述用户选择所述紧急功率模式时，关闭利用来自所述功率存储系统的功率的所述至少一个辅助设备并自动控制所述推进系统，以便不超过低于所述第一速度限制的第二速度限制。16.根据权利要求15所述的电力船舶推进系统，其中，所述控制系统还被配置为：确定所述功率存储系统的电荷水平；确定船舶速度；至少基于所述电荷水平和所述船舶速度来确定所述推进系统的航程；将所述航程与阈值距离进行比较；基于所述比较确定推荐功率模式，其中，所述推荐功率模式是全功率模式、所述降低功率模式和所述紧急功率模式中的至少一种；并且在所述用户界面上向所述用户显示所述推荐功率模式。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为确定到预定位置的距离，并将所述阈值距离设置为所述到预定位置的距离。18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为保留储备电量，使得除非所述用户指示使用所述储备电量，否则不允许所述功率存储系统的电荷水平低于所述储备电量。19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为将可用电量确定为所述电荷水平减去所述储备电量，并在所述用户界面上显示所述可用电量。20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为在所述用户界面上显示用户能够选择的至少一个储备功率值以设置所述储备电量。21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为当所述电荷水平小于比所述储备电量更大的阈值量时，在所述用户界面上呈现指示使用所述储备电量的选项。22.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为基于所述储备电量确
定推荐功率模式。23.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为基于在第一预定位置和第二预定位置之间行进的历史功率使用来确定推荐储备电量。

技术总结
本发明公开了一种电力船舶推进系统及控制方法。一种控制被配置为推进船舶并由功率存储系统供电的电力船舶推进系统的方法包括：在用户界面上呈现用户可选择的多个功率模式选项，至少包括降低功率和紧急功率模式。在用户选择降低功率模式时，自动关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并控制推进系统以便不超过第一速度限制。在用户选择紧急功率模式时，关闭利用来自功率存储系统的功率的至少一个辅助设备，并控制推进系统，以便不超过低于第一速度限制的第二速度限制。超过低于第一速度限制的第二速度限制。超过低于第一速度限制的第二速度限制。


技术研发人员：托马斯
受保护的技术使用者：布伦斯威克公司
技术研发日：2022.08.17
技术公布日：2023/4/17