專利名稱：新能源電動(dòng)船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ驅(qū)動(dòng)的船舶，特別是涉及ー種以太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源所產(chǎn)生的電能為動(dòng)カ的新能源電動(dòng)船。
背景技術(shù)：
船舶是最重要的交通運(yùn)輸工具之一。正如人們所知，傳統(tǒng)的船舶主要是依靠熱機(jī)，如柴油機(jī)、汽輪機(jī)以及燃汽輪機(jī)等來驅(qū)動(dòng)的，船舶運(yùn)行的能量來源依賴于具有污染的不可再生的燃油，這種以燃油為動(dòng)カ來源的船舶具有如下顯著缺陷 I、排放的廢氣、廢水較多，對環(huán)境污染比較嚴(yán)重。2、噪聲污染非常嚴(yán)重，乘坐環(huán)境的舒適性相對較低。3、能源的消耗較大，營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差。特別是近年來，由于燃油價(jià)格上漲過快，船舶經(jīng)營者承受較大的運(yùn)營成本壓カ。面對更為嚴(yán)格的排放要求，以及提高船舶運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益和為了滿足特種船舶的特殊要求，人們尋求通過改變船舶的能量來源和推進(jìn)方式來解決上述問題，而電力推進(jìn)方式則是一條有效途徑。為此，人們開發(fā)出了一些電動(dòng)船舶，其中一些嘗試?yán)眯履茉础＿@類電動(dòng)船舶的結(jié)構(gòu)基本類似，其通過太陽能電池板、風(fēng)カ發(fā)電機(jī)等產(chǎn)生電能，將能量儲存在蓄電池中，并通過DC/AC逆變器將存儲在電池中的直流電逆變成交流電，為漿、舵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等電カ推進(jìn)裝置和船上的照明、空調(diào)等交流負(fù)載提供交流電能。然而。這類電動(dòng)船舶雖然采用了風(fēng)能、太陽能等新能源技術(shù)，但由于其蓄電池輸出的是直流電，要給船用推進(jìn)裝置和交流負(fù)載供電，必須要經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換過程中必然存在能量損耗，使得電池的電能得不到充分利用，導(dǎo)致續(xù)航里程較短，不利于推廣。還由于船舶經(jīng)常起停，在啟動(dòng)時(shí)，船用推進(jìn)裝置供電電能變化大，而從電池的工作特性看，變化的大電流沖擊將嚴(yán)重影響電池的壽命，使得電池更換頻繁，從而導(dǎo)致維護(hù)成本提高。就電池技術(shù)而言，一般單節(jié)電池電壓很低(幾伏)，而船用供電系統(tǒng)電壓可高達(dá)幾百伏，需要多節(jié)電池串聯(lián)在一起使用。由于各個(gè)電池的內(nèi)阻等參數(shù)的不一致，經(jīng)過多次充、放電后，各個(gè)電池的電壓等參數(shù)會(huì)不一致，而電池電壓是直接對應(yīng)電池容量的，電池電壓的不同意味著電池的容量得不到充分利用，因而導(dǎo)致整個(gè)電池的容量不足，續(xù)航里程縮短，且電池長期在低壓工作，也會(huì)影響電池的壽命。此外，如果采用新型的鋰離子電池，還需要對各個(gè)電池的溫度和電壓參數(shù)進(jìn)行采樣，如果電壓過低，容易直接導(dǎo)致電池失效，如果電壓或溫度過高，會(huì)引起爆炸、火災(zāi)等危險(xiǎn)。因此需要對其進(jìn)行監(jiān)控和管理，以保證電池儲能単元工作的安全性、可靠性，井延長電池使用壽命。另ー方面，對于米用交流輸電的電動(dòng)船，由于其推進(jìn)系統(tǒng)電機(jī)功率一般較大，在起停和電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率變化的時(shí)候，對整個(gè)船的交流電的諧波污染嚴(yán)重。此外，電動(dòng)船負(fù)載中，絕大部分是感性負(fù)載電機(jī)，因此交流電功率因素很低，交流輸電效率低，無功損耗嚴(yán)重，另外對船用其他交流負(fù)載供電電能質(zhì)量也差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在解決上述問題，而提供一種由電能存儲單元輸出的直流電無須進(jìn)行直流到交流的轉(zhuǎn)換，可有效降低能源消耗，提高能源利用率，并可有效提高續(xù)航里程且無污染，噪音低的新能源電動(dòng)船。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新能源電動(dòng)船，該新能源電動(dòng)船包括新能源發(fā)電單元，與新能源發(fā)電單元連接的電能存儲單元，與電能存儲單元連接的充電單元、電カ推進(jìn)裝置及用電負(fù)載，與新能源發(fā)電單元、電能存儲單元、充電單元及電カ推進(jìn)裝置連接的主控單元，其特征在于，所述電カ推進(jìn)裝置用電負(fù)載均為直流負(fù)載，所述新能源發(fā)電單元發(fā)的電經(jīng)充電單元儲存于電能存儲單元內(nèi)，該電能存儲單元與所述電カ推進(jìn)裝置和用電負(fù)載相連接，直接將直流電輸送到所述電カ推進(jìn)裝置和用電負(fù)載，為其提供工作電源。新能源發(fā)電單元為太陽能發(fā)電單元、風(fēng)カ發(fā)電單元、潮汐能發(fā)電單元、燃料電池發(fā)電單元中的一種或幾種的組合。
太陽能發(fā)電單元包括普通太陽能發(fā)電裝置、薄膜太陽能發(fā)電裝置、聚光太陽能發(fā)電裝置中的一種或者幾種的組合。風(fēng)カ發(fā)電單元包括直流永磁風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)中的ー種或其組
ム
ロ O電能存儲單元為鋰電池電能存儲單元和超級電容電能存儲單元中的ー種或其組
ム
ロ O充電單元包括新能源充電單元和岸上充電單元,其中，新能源充電單元分別與太陽能發(fā)電單元、風(fēng)カ發(fā)電單元、電能存儲單元及主控單元連接，岸上充電單元與電能存儲單元相連接。電カ推進(jìn)裝置包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元及船槳單元，所述用電負(fù)載包括照明裝置和家用電器。主控單元包括控制模塊及與之相連的人機(jī)交互模塊和信號采集模塊，所述信號采集模塊還分別與新能源發(fā)電單元、電能存儲單元、充電單元、電カ推進(jìn)裝置及用電負(fù)載相連接。本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，其有效解決了現(xiàn)有電動(dòng)船舶所存在的電カ傳輸及用電效率低，能量損耗高，續(xù)航里程短等問題。本發(fā)明將電能的供給端直接與船舶的電カ推進(jìn)裝置及用電負(fù)載相連，去掉了中間的DC/AC轉(zhuǎn)換裝置，因而有效提高了電カ傳輸及用電的效率，減少了能源消耗，從而增加了電動(dòng)船的續(xù)航能力。此外，由于采用直流電，其功率因素為1，不存在交流電中的功率因素和諧波的問題，因此無需因功率因素低而增加功率因數(shù)校正器。還由于本發(fā)明的電カ設(shè)備中沒有DC/AC轉(zhuǎn)換裝置，并且直流傳輸?shù)碾妱?dòng)船的推進(jìn)電機(jī)的容量也可比交流傳輸?shù)碾妱?dòng)船的推進(jìn)電機(jī)低，因此可有效節(jié)約成本。本發(fā)明的新能源電動(dòng)船不僅能節(jié)能和提高能源效率，且環(huán)保無污染，噪音低。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例I結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例3結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下列實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)ー步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。參閱圖I,本發(fā)明的新能源電動(dòng)船包括新能源發(fā)電單元10、電能存儲單元20、充電単元30、電カ推進(jìn)裝置40及主控單元50。所述新能源發(fā)電單元10為太陽能發(fā)電單元、風(fēng)カ發(fā)電單元、潮汐能發(fā)電單元、燃料電池發(fā)電單元中的一種或幾種的組合。所述電能存儲單元20為鋰電池電能存儲單元和超級電容電能存儲單元中的ー種或其組合。電能存儲單元可通過相應(yīng)的電能存儲管理裝置管理，管理裝置依據(jù)電能存儲單元的不同進(jìn)行相應(yīng)的配置，其可以是公知的電池管理系統(tǒng)(BMS)、超級電容管理系統(tǒng)(CMS)，或者電池超級電容混合管理系統(tǒng)(EMS)。所述充電單元30包括新能源充電單元31和岸上充電單元32。所述電カ推進(jìn)裝置40包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元及船槳單元。所述主控單元50包括控制模塊及與之 相連的人機(jī)交互模塊和信號采集模塊。實(shí)施例I
如圖2所示，本實(shí)施例中，所述新能源發(fā)電單元10為太陽能發(fā)電單元11和風(fēng)カ發(fā)電單元12的組合，它們共同為新能源電動(dòng)船提供電能，其中，太陽能發(fā)電單元11可以是普通太陽能發(fā)電裝置、薄膜太陽能發(fā)電裝置、聚光太陽能發(fā)電裝置中的一種或者幾種的組合，本實(shí)施例中，太陽能發(fā)電單元11采用普通晶體硅太陽能發(fā)電裝置。所述風(fēng)カ發(fā)電單元12為直流永磁風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)中的ー種或其組合，本實(shí)施例中，該風(fēng)カ發(fā)電單元12采用直流永磁風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。由于風(fēng)能和太陽能具有間歇性及不可持續(xù)性的特點(diǎn)，將兩者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。如圖2，所述太陽能發(fā)電單元11和風(fēng)カ發(fā)電單元12分別與、充電單元30及主控單元50相連接。如圖2所示，本實(shí)施例中，電能存儲單元20為鋰電池，其可選用市售產(chǎn)品。鋰電池具有能量密度比高、有效充放電次數(shù)多等突出優(yōu)點(diǎn)，在減輕儲能単元重量的同時(shí)，也増加了電池使用壽命。當(dāng)風(fēng)能和太陽能不足時(shí)，存儲在電能存儲單元20里的電能就可為電動(dòng)船提供能源。如圖2，電能存儲單元20分別與充電單元30、電カ推進(jìn)裝置40及用電負(fù)載、主控單元50相連接。所述新能源發(fā)電單元10發(fā)的電經(jīng)充電単元30儲存于電能存儲單元20內(nèi)，并直接將直流電輸送到所述電カ推進(jìn)裝置40和用電負(fù)載，為其提供工作電源。電能存儲單元20的直流輸電可采用公知的直流輸電技木。該電能存儲單元20設(shè)有電能存儲管理裝置，本實(shí)施例中，該電能存儲管理裝置為鋰電池管理裝置21，鋰電池管理裝置21采用通用的電池管理裝置(BMS)。如圖2，本實(shí)施例中，新能源充電單元31為太陽能發(fā)電和風(fēng)カ發(fā)電組合的充電單元，其可采用適用的通用充電器，其上設(shè)有充電及輸出接ロ，新能源充電單元31分別與太陽能發(fā)電單元11、風(fēng)カ發(fā)電單元12、電能存儲單元20及主控單元50連接，用于將太陽能發(fā)電單元11、風(fēng)カ發(fā)電單元12發(fā)的電存儲到電能存儲單元20中。所述岸上充電單元32通過電動(dòng)船的外部充電接ロ與電能存儲單元20相連接，以備電能存儲單元的鋰電池能量不足時(shí)，提供岸上充電補(bǔ)給。圖2中，電カ推進(jìn)裝置40包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元及船槳單元，其中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)為直流電機(jī)，傳動(dòng)單元和船槳單元為通用的電動(dòng)船傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及船槳機(jī)構(gòu)。所述用電負(fù)載包括照明裝置和空調(diào)、電冰箱、電視等家用電器，它們均是由電能存儲單元20提供直流工作電源的直流負(fù)載，其有效改變了將電能存儲單元20的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，再提供給交流負(fù)載的傳統(tǒng)方式，因而可有效節(jié)約電能和降低成本。圖2中，所述主控單元50包括控制模塊及與之相連的人機(jī)交互模塊和信號采集模塊，所述控制模塊、人機(jī)交互模塊和信號采集模塊可以是任何公知的電動(dòng)船用模塊。所述信號采集模塊還分別與新能源發(fā)電單元10、電能存儲單元20、充電單元30、電カ推進(jìn)裝置40及用電負(fù)載相連接，用于采集各単元的數(shù)據(jù)。該主控単元50可實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)船各個(gè)重要單元的監(jiān)視和控制功能，保證電動(dòng)船各個(gè)單元正常工作，并完成各種故障檢測和故障報(bào)警等功能。實(shí)施例2
本發(fā)明的新能源電動(dòng)船的基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所不同的是，如圖3所示，所述電能存儲單元20是由電池儲能裝置和超級電容儲能裝置構(gòu)成的組合式電能存儲單元。電動(dòng)船推 進(jìn)用電機(jī)功率一般較大，從電機(jī)的特性考慮，啟動(dòng)電流一般是額定電流的幾倍，尤其是經(jīng)常起停的場合，對電池的壽命影響巨大。超級電容具有抗大電流沖擊能量強(qiáng)、使用壽命長等突出優(yōu)點(diǎn)。在電能存儲單元中設(shè)置超級電容儲能裝置，可使得在啟動(dòng)時(shí)的大電流更多的從超級電容中獲取，超級電容的能量不足時(shí)，可以通過電池為其充電，延長電池的使用壽命，減少了維護(hù)成本的同時(shí),也增加了電動(dòng)船的驅(qū)動(dòng)性能。本實(shí)施例中，該電能存儲單元20設(shè)有電池與超級電容混合管理裝置22，其可采用通用的電池與超級電容混合管理裝置(EMS)。實(shí)施例3
本發(fā)明的新能源電動(dòng)船的基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，所不同的是，如圖4所示，所述電能存儲單元20為超級電容儲能裝置，其用于續(xù)航里程短，岸上充電補(bǔ)給方便的場合。由于超級電容允許大充電電流，所以充電迅速，這樣簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也減少了系統(tǒng)維護(hù)成本。本實(shí)施例中，該電能存儲單元20設(shè)有超級電容管理裝置23，其可采用通用的超級電容管理裝置(CMS)。盡管通過以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了掲示，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，對以上各構(gòu)件所做的變形、替換等均將落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新能源電動(dòng)船，包括新能源發(fā)電單元(10)，與新能源發(fā)電單元連接的電能存儲單元(20)，與電能存儲單元連接的充電單元(30)、電力推進(jìn)裝置(40)及用電負(fù)載，與新能源發(fā)電單元(10)、電能存儲單元(20)、充電單元(30)及電力推進(jìn)裝置(40)連接的主控單元(50)，其特征在于，所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載均為直流負(fù)載，所述新能源發(fā)電單元(10)發(fā)的電經(jīng)充電單元(30)儲存于電能存儲單元(20)內(nèi)，該電能存儲單元(20)與所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載相連接，直接將直流電輸送到所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載，為其提供工作電源。
2.如權(quán)利要求I所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述新能源發(fā)電單元(10)為太陽能發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、潮汐能發(fā)電單元、燃料電池發(fā)電單元中的一種或幾種的組合。
3.如權(quán)利要求2所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述太陽能發(fā)電單元包括普通太陽能發(fā)電裝置、薄膜太陽能發(fā)電裝置、聚光太陽能發(fā)電裝置中的一種或者幾種的組合。
4.如權(quán)利要求2所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電單元為直流永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)和開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的一種或其組合。
5.如權(quán)利要求I所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述電能存儲單元(20)為鋰電池電能存儲單元和超級電容電能存儲單元中的一種或其組合。
6.如權(quán)利要求I所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述充電單元(30)包括新能源充電單元(31)和岸上充電單元(32)，其中，新能源充電單元(31)分別與太陽能發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、電能存儲單元(20)及主控單元(50)連接,岸上充電單元(32)與電能存儲單元(20)相連接。
7.如權(quán)利要求I所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述電力推進(jìn)裝置(40)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元及船槳單元，所述用電負(fù)載包括照明裝置和家用電器。
8.如權(quán)利要求I所述的新能源電動(dòng)船，其特征在于，所述主控單元(50)包括控制模塊及與之相連的人機(jī)交互模塊和信號采集模塊，所述信號采集模塊還分別與新能源發(fā)電單元(10)、電能存儲單元(20)、充電單元(30)、電力推進(jìn)裝置(40)及用電負(fù)載相連接。
全文摘要
一種新能源電動(dòng)船，包括新能源發(fā)電單元(10)、電能存儲單元(20)充電單元(30)、電力推進(jìn)裝置(40)及用電負(fù)載、主控單元(50)，其特征在于，所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載均為直流負(fù)載，所述新能源發(fā)電單元(10)發(fā)的電經(jīng)充電單元(30)儲存于電能存儲單元(20)內(nèi)，該電能存儲單元(20)與所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載相連接，直接將直流電輸送到所述電力推進(jìn)裝置(40)和用電負(fù)載，為其提供工作電源。本發(fā)明可有效降低能源消耗，提高能源利用率，并可有效提高續(xù)航里程且無污染，噪音低。
文檔編號B63H21/17GK102673763SQ201210156970
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者王道洪, 鄭家偉, 陳樂茵, 鮑延杰 申請人:無錫富洪科技有限公司