[发明专利]一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法

说明书

本发明涉及一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，通过多能量船舶建模，特别是与锂电池组的控制和安全操作有关的问题，提供了锂电池组的能量管理策略。具体方案是：采集系统电池组的剩余容量(SOC)、推进电流和船速等数据，通过能量守恒理论建立船舶航行里程和SOC模型，根据全电动船舶航行的锂电池实际数据获得锂电池老化模型，并基于锂电池组老化模型提出了基于循环寿命的船用锂电池组能量管理策略。该策略使用逻辑阈值优化算法来降低锂电池组容量损失的老化速率。本发明通过对两组磷酸铁锂电池输出的能量进行合理分配，有效提升了全电船的性能，从而降低磷酸铁锂电池组的容量损失提高锂电池组循环寿命。

技术领域

本发明涉及多能源船舶建模领域，一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展，国际海上运输承担着全球90％以上的贸易量，但传统船舶十分依赖柴油等不可再生资源，使能源枯竭，资源短缺,并且船舶航行过程中产生的尾气对环境造成了严重的污染船舶排放的废气及噪声已成为环境污染不可忽视的问题。因此国际上已有许多国家制定法规开始限制船舶的废气排放量。我国也出台了《长江经济带船舶污染防治专项行动方案(2018-2020)》、《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》等一系类规章制度。因此设计和建造具有低能耗、低排放特点的新型绿色船舶俨然已经成为造船和航运业发展的主要趋势，其中采用锂电池组的纯电动船舶，因为具有零排放、零污染等优点被视作未来船舶的发展的重要方向，前景被广泛看好。但目前纯电动船的技术尚未完全成熟，其中一个主要的难点就是电池的使用寿命短，电池的更换带来巨大的经济损失。提高电池组的循环寿命成为全电动船未来发展的一个热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，有利于提高锂电池的循环寿命。

本发明采用以下方案实现：一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，包括以下步骤：

步骤S1：采集船舶系统电池组的剩余容量(SOC)，锂电池组输出电流、温度和船速，通过能量守恒理论建立船舶航行里程和SOC模型；

步骤S2：根据全电动船舶航行的锂电池实际数据获得锂电池老化模型；基于锂电池组老化模型使用逻辑阈值优化算法用以降低锂电池组容量损失的老化速率。

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：确定船螺旋桨的推力与转矩关系,螺旋桨和船体在航行中相互影响，螺旋桨与水流的相对速度并不等于船体速度，两者综合获得船舶在水中实际航行速度；

式中：D为螺旋桨直径；J为进速比；ω为船在水中的伴流速度，取值范围0.1-0.18；n为螺旋桨的转速；v_S为船体的航行速度；M为螺旋桨转矩；k_m为螺旋桨的扭矩系数；k_p为螺旋桨的推力系数；T为螺旋桨的推力；

步骤S12：推进电机的功率为：

式中：P为推进电机的功率；k_c为推进电机和桨扭矩的传送比；n_e为电机的转速；

步骤S13：桨船舶航行时运动方程为：

步骤S14：进行锂电池消耗能量和船舶消耗能量估算：

ΔE₁＝UIt＝UQ_bat(1-SOC_t) (6)