專利名稱：船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力系統(tǒng)，具體涉及一種船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源緊缺已經(jīng)成為制約世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題，針對(duì)這兩大問(wèn)題混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。水路運(yùn)輸具有運(yùn)載能力大、成本低、生產(chǎn)率高、能耗少、投資省的優(yōu)點(diǎn)，是在干線運(yùn)輸中起主力作用的運(yùn)輸形式，但是大量使用傳統(tǒng)的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)船舶會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成很大影響，因此，發(fā)展混合動(dòng)力船舶具有非常重大的意義。中國(guó)專利200710036259.1公開(kāi)了一種基于超級(jí)電容混合動(dòng)力的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，其主要?jiǎng)恿?lái)源是超級(jí)電容以及電池堆；中國(guó)專利200820155772. 2公開(kāi)了一種用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其供電系統(tǒng)包括與推進(jìn)控制系統(tǒng)相連的超級(jí)電容組以及電池堆，上述專利取消了常規(guī)的柴電機(jī)組，利用蓄電池和超級(jí)電容作為船舶的主動(dòng)力來(lái)源，這樣可以實(shí)現(xiàn)廢氣的零排放，但是需經(jīng)常靠岸充電，續(xù)航能力差，一旦超級(jí)電容和蓄電池的儲(chǔ)能用盡，后果將是非常嚴(yán)重的。中國(guó)專利2010103000192. X公開(kāi)了一種包括柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)組、配電系統(tǒng)、推進(jìn)電機(jī)及推進(jìn)器的電力推進(jìn)系統(tǒng)，該專利中的推進(jìn)器使用可調(diào)螺距螺旋槳，這樣雖然省去了變頻器，但是可調(diào)螺距螺旋槳的效率并不是很高，這樣會(huì)使船舶的機(jī)動(dòng)性和可操作性變差。中國(guó)專利201110053681. 4公開(kāi)了一種以動(dòng)力電池作為電力推進(jìn)系統(tǒng)主電源、以柴電機(jī)組作為輔助電源的混合動(dòng)力船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)；中國(guó)專利201120270563. 4公開(kāi)了一種動(dòng)力電池作為主電源，太陽(yáng)能光伏電池和由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)作為輔助電源的多能源混合動(dòng)力的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)。上述兩個(gè)專利中均采用動(dòng)力電池作為主動(dòng)力源，當(dāng)電池電量即將耗盡時(shí)啟用柴電機(jī)組，提供動(dòng)力并且為電池充電。由于受電能存儲(chǔ)容量限制，動(dòng)力電池的續(xù)航能力十分有限，因此需要柴電機(jī)組頻繁啟動(dòng)，這樣就使該系統(tǒng)節(jié)能減排的效果大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，適合航行于江河與湖泊水域的中小型客渡船，具有高續(xù)航能力、同時(shí)節(jié)能減排。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，該混合動(dòng)力系統(tǒng)輸出端電路連接船舶的動(dòng)力負(fù)載；其特點(diǎn)是，該混合動(dòng)力系統(tǒng)包含
分別電路連接動(dòng)力負(fù)載輸入端的主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)；
分別電路連接主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)，該多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視和控制；
當(dāng)船舶航行中，主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率大于船舶動(dòng)力負(fù)載所需要的功率,則主動(dòng)力系統(tǒng)將剩余功率存儲(chǔ)于輔助動(dòng)力系統(tǒng)；當(dāng)主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率小于船舶動(dòng)力負(fù)載所需要的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)與輔助動(dòng)力系統(tǒng)一同向動(dòng)力負(fù)載提供推進(jìn)功率。上述的多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)包含混合動(dòng)力控制器以及電路連接該混合動(dòng)力控制器的控制面板；
上述混合動(dòng)力控制器用于分別電路連接并實(shí)時(shí)監(jiān)控主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)中的各個(gè)變流器。上述的主動(dòng)力系統(tǒng)包含
第一交流/直流變流器，其直流端電路連接所述的動(dòng)力負(fù)載，上述混合動(dòng)力控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控第一交流/直流變流器的工作狀態(tài)；
電路連接第一交流/直流變流器交流端的400V交流母排；以及，
電路連接在該400V交流母排上的柴電機(jī)組。上述的輔助動(dòng)力系統(tǒng)包含
風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能輸出；
第二交流/直流變流器，其電路連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端；
太陽(yáng)能電池，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能輸出；
第一直流/直流變流器，其電路連接太陽(yáng)能電池的輸出端；
雙向變流器，其一端分別電路連接第二交流/直流變流器與第一直流/直流變流器的直流端，另一端電路連接動(dòng)力負(fù)載；以及，
動(dòng)力電池，其電路連接雙向變流器；
上述混合動(dòng)力控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控第二交流/直流變流器、第一直流/直流變流器和雙向變流器的工作狀態(tài)；
在船舶航行時(shí)，當(dāng)主動(dòng)力系統(tǒng)的功率大于動(dòng)力負(fù)載的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)將剩余功率對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電；當(dāng)動(dòng)力負(fù)載的功率大于主動(dòng)力系統(tǒng)的功率，則動(dòng)力電池放電，與主動(dòng)力系統(tǒng)一同為動(dòng)力負(fù)載提供推進(jìn)功率；
在船舶?？炕虻退俸叫袝r(shí)，太陽(yáng)能電池可通過(guò)第一直流/直流變流器對(duì)動(dòng)力電池充電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)可通過(guò)第二交流/直流變流器對(duì)動(dòng)力電池充電。上述動(dòng)力負(fù)載包含若干組推進(jìn)系統(tǒng)，每組推進(jìn)系統(tǒng)包含電路連接主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的第一直流/交流變流器，電路連接該第一直流/交流變流器交流端的推進(jìn)電機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接推進(jìn)電機(jī)的變速箱，以及通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接變速箱的螺旋槳；
上述混合動(dòng)力控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控第一直流/交流變流器的工作狀態(tài)。上述混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有530V直流母排，其分別與上述第一交流/直流變流器和雙向變流器的直流端電路連接；上述的動(dòng)力負(fù)載電路連接在該530V直流母排上。上述混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有電路連接在530V直流母排上的第二直流/交流變流器；
上述第二直流/交流變流器的交流端電路連接有220V交流母排，該220V交流母排上電路連接船舶上的導(dǎo)航通信設(shè)備及其他負(fù)載。上述太陽(yáng)能電池處設(shè)有用于控制太陽(yáng)能電池板面轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及控制該活動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)；該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)包含
光敏電阻，其設(shè)置于太陽(yáng)能電池面板上的，探測(cè)光強(qiáng)信號(hào)并輸出；
微處理器，其接收光敏電阻輸出的光強(qiáng)信號(hào)，并輸出控制信號(hào)，使控制太陽(yáng)能電池正對(duì)太陽(yáng)光最強(qiáng)的方向；
伺服電機(jī)，其機(jī)械連接太陽(yáng)能電池的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，接收微處理器輸出的控制信號(hào)并對(duì)活動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行活動(dòng)控制。上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾部設(shè)有尾翼板，該尾翼板與風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面垂直、與風(fēng)向平行，當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)尾翼板跟隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)保證與風(fēng)向平行。該混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有岸電箱，其通過(guò)電纜電路連接400V交流母排，用于船舶靠岸時(shí)連接岸電對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池輸出的電能可直接存儲(chǔ)于動(dòng)力電池；船舶在低速航行或靠泊等待乘客時(shí)，推進(jìn)功率較小或?yàn)榱?，柴電機(jī)組功率大于電網(wǎng)負(fù)載功率，動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)，存儲(chǔ)柴電機(jī)組的多余電能；船舶在高速航行時(shí)，推進(jìn)功率較大，柴電機(jī)組功率小于電網(wǎng)負(fù)載功率，動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)，釋放存儲(chǔ)的電能，與柴電機(jī)組共同為推進(jìn)電機(jī)提供推進(jìn)功率，因此，動(dòng)力電池的充放電對(duì)柴電機(jī)組功率起到削峰填谷的作用；柴電機(jī)組的額定功率只需要滿足船舶電網(wǎng)需求的平均功率即可，電網(wǎng)所需的峰值功率由柴電機(jī)組、太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及動(dòng)力電池共同提供，減小了柴油機(jī)的容量和體積；
本發(fā)明采用柴電機(jī)組作為主電源，太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及動(dòng)力電池作為輔助電源。本發(fā)明令柴油機(jī)始終工作在最佳工作區(qū)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高柴油機(jī)的效率并且減少?gòu)U棄物的排放；
本發(fā)明中由于整個(gè)電力系統(tǒng)由多種電源供電，如果某種電源出現(xiàn)故障，船舶仍可以依靠其他電源維持航行，提高了船舶的可靠性；
本發(fā)明在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尾部設(shè)置調(diào)向機(jī)構(gòu)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，實(shí)現(xiàn)最大限度的獲取風(fēng)能；
本發(fā)明在太陽(yáng)能電池板上設(shè)置太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最大限度的吸收太陽(yáng)能，這樣使得船舶最大限度的使用清潔能源，減少化石燃料的消耗。


圖1為本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框 圖2為本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)在船舶靠泊充電時(shí)的能量走向示意 圖3為本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)在船舶等待乘客時(shí)的能量走向示意 圖4為本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)在船舶低速航行時(shí)的能量走向示意 圖5為本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)在船舶高速航行時(shí)的能量走向示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。如圖1所示，公開(kāi)了一種適合航行于江河與湖泊水域的中小型船舶(客渡船)的多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)施例，該船舶采用混合動(dòng)力系統(tǒng)提供的電力推進(jìn)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)包含混合動(dòng)力源、530V直流母排22和多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)。混合動(dòng)力源通過(guò)530V直流母排22連接船舶的動(dòng)力負(fù)載28，向動(dòng)力負(fù)載28提供電能以推動(dòng)船舶前進(jìn)。多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)輸出端分別電路連接混合動(dòng)力源，用于對(duì)混合動(dòng)力源各部分的電源輸出進(jìn)行控制。本實(shí)施例中，動(dòng)力負(fù)載28即為船舶的推進(jìn)系統(tǒng)，其包含一對(duì)直流/交流(DC/AC)變流器15、23，一對(duì)推進(jìn)電機(jī)(M) 19、24，一對(duì)變速箱20、25、一對(duì)螺旋槳21、26，組成左舷右舷雙推進(jìn)系統(tǒng)，同樣也可采用單推進(jìn)系統(tǒng)或多推進(jìn)系統(tǒng)。其中，直流/交流變流器15輸入端電路連接530V直流母排22，輸出端電路連接推進(jìn)電機(jī)19，推進(jìn)電機(jī)19通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接變速箱20，變速箱20輸出通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接螺旋槳21 ;直流/交流變流器23輸入端電路連接530V直流母排22，輸出端電路連接推進(jìn)電機(jī)24，推進(jìn)電機(jī)24通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接變速箱25，變速箱25輸出通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接螺旋槳26。直流/交流變流器15、23將530V直流母排22上的電能分別送給推進(jìn)電機(jī)19、24，推進(jìn)電機(jī)19、24則分別通過(guò)變速箱20、25驅(qū)動(dòng)螺旋槳21、26旋轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)的混合動(dòng)力源包含有主動(dòng)力系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和岸電箱8。主動(dòng)力系統(tǒng)包含由柴電機(jī)組27、400V交流母排9和第一交流/直流(AC/DC)變流器12。柴電機(jī)組27包含有同軸連接的柴油機(jī)(ICE)I與發(fā)電機(jī)(G)2，柴油機(jī)I驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)2輸出電能。發(fā)電機(jī)2與400V交流母排9通過(guò)電纜連接。第一交流/直流變流器12輸入端電路連接400V交流母排9，輸出端電路連接530V直流母排22，400V交流母排9即通過(guò)第一交流/直流變流器12與530V直流母排22電路連接，實(shí)現(xiàn)柴電機(jī)組27與動(dòng)力負(fù)載28之間連通。柴油機(jī)I驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電，發(fā)電機(jī)2發(fā)出的電能先送到400V交流母排9，再通過(guò)第一交流/直流變流器12送到530V直流母排22作為船舶的主動(dòng)力源，向動(dòng)力負(fù)載28提供電能。輔助動(dòng)力系統(tǒng)包含風(fēng)力發(fā)電機(jī)3、太陽(yáng)能電池5、太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)、第二交流/直流(AC/DC )變流器4、第一直流/直流(DC/DC )變流器6、動(dòng)力電池7，以及雙向變流器(雙向DC/DC) 13。風(fēng)力發(fā)電機(jī)3輸出端電路連接第二交流/直流變流器4輸入端，第二交流/直流變流器4輸出端電路連接雙向變流器13，雙向變流器13另一端電路連接530V直流母排22。風(fēng)力發(fā)電機(jī)3通過(guò)第二交流/直流變流器4，再通過(guò)雙向變流器13與530V直流母排22連接，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)3通過(guò)第二交流/直流變流器4及雙向變流器13將電能送到530V直流母排22，從而向動(dòng)力負(fù)載28提供電能。太陽(yáng)能電池5輸出端電路連接第一直流/直流變流器6輸入端，第一直流/直流變流器6輸出端電路連接雙向變流器13，雙向變流器13另一端電路連接530V直流母排22。太陽(yáng)能電池5與第一直流/直流變流器6連接，再通過(guò)雙向變流器13與530V直流母排22連接，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池5通過(guò)第一直流/直流變流器6及雙向變流器13將電能送到530V直流母排22，從而向動(dòng)力負(fù)載28提供電能。動(dòng)力電池7電路連接雙向變流器13，雙向變流器13另一端電路連接530V直流母排22。動(dòng)力電池7通過(guò)雙向變流器13將電能送到530V直流母排22，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池7通過(guò)雙向變流器13與530V直流母排22連接，從而向動(dòng)力負(fù)載28提供電能。在柴電機(jī)組27工作并驅(qū)動(dòng)動(dòng)力負(fù)載28推動(dòng)船舶航行時(shí)，當(dāng)柴電機(jī)組27的功率大于動(dòng)力負(fù)載28的功率,柴電機(jī)組27即將剩余功率對(duì)動(dòng)力電池7進(jìn)行充電；當(dāng)動(dòng)力負(fù)載28的功率大于柴電機(jī)組27功率，則動(dòng)力電池7即放電，與柴電機(jī)組27 —同為動(dòng)力負(fù)載28提供推進(jìn)功率。同時(shí)，太陽(yáng)能電池5也可通過(guò)第一直流/直流變流器6對(duì)動(dòng)力電池7充電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3也可通過(guò)第二交流/直流變流器4對(duì)動(dòng)力電池7充電，加快充電速度。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)3、太陽(yáng)能電池5及動(dòng)力電池7的輸出電壓較低(約為320V)，因此需要通過(guò)雙向變流器13與530V直流母排22連接，在輔助動(dòng)力系統(tǒng)為船舶的動(dòng)力負(fù)載28提供動(dòng)力時(shí)，雙向變流器13工作在升壓模式(boost)，在輔助動(dòng)力系統(tǒng)不為船舶提供動(dòng)力時(shí)，雙向變流器13工作在降壓模式(buck)。岸電箱8通過(guò)電纜電路連接400V交流母排9。由于柴電機(jī)組27輸出的電能和岸電都是380V、50Hz的三相交流電，因此柴電機(jī)組27和岸電箱8都連接400V交流母排9。在船舶靠泊充電時(shí)，將岸電箱8插接岸邊的岸電插座，岸電箱8即可通過(guò)400V交流母排9、第一交流/直流變流器12、530V直流母排22及雙向變流器13對(duì)動(dòng)力電池7進(jìn)行充電，此時(shí)雙向變流器13工作在降壓模式(buck)。本實(shí)施例中，船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有船用供電系統(tǒng)，該船用供電系統(tǒng)包含第二直流/交流變流器16和220V交流母排14。第二直流/交流變流器16直流端電路連接上述的530V直流母排22，交流端電路連接220V交流母排14，在220V交流母排14上則電路連接外接的導(dǎo)航通信設(shè)備17以及其他船舶上的其他負(fù)載18。第二直流/交流變流器16將530V直流母排22上的直流電變成220V、50Hz的交流電送到220V交流母排14，為船上其他用電設(shè)備(導(dǎo)航通信設(shè)17、照明設(shè)備、空調(diào)等)供電。本發(fā)明公開(kāi)的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)中，采用多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中的所有變流器的工作進(jìn)行監(jiān)視和控制。多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)包含混合動(dòng)力控制器11和電路連接該混合動(dòng)力控制器11的控制面板10。混合動(dòng)力控制器11則分別電路連接第一交流/直流變流器12、雙向變流器13、第二交流/直流變流器4、第一直流/直流變流器6，以及直流/交流變流器15、23。操作人員通過(guò)控制面板10對(duì)混合動(dòng)力控制器11進(jìn)行操控，實(shí)時(shí)對(duì)第一交流/直流變流器12、雙向變流器13、第二交流/直流變流器4、第一直流/直流變流器6，以及直流/交流變流器15、23的工作進(jìn)行監(jiān)視和控制，保證本系統(tǒng)向船舶的動(dòng)力負(fù)載28穩(wěn)定輸出電能。本實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池5設(shè)有用于控制太陽(yáng)能電池5板面轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及控制該活動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)；該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)由光敏電阻、微處理器和伺服電機(jī)等組成，微處理器分別連接光敏電阻和伺服電機(jī)，伺服電機(jī)則機(jī)械連接在太陽(yáng)能電池5的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處，微處理器通過(guò)接收光敏電阻對(duì)陽(yáng)光的探測(cè)信號(hào)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，由伺服電機(jī)控制太陽(yáng)能電池5的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以帶動(dòng)太陽(yáng)能電池5的電池板轉(zhuǎn)動(dòng)。太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的作用是使太陽(yáng)能電池5的太陽(yáng)能電池板始終對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)光最強(qiáng)的方向從而最大限度的吸收太陽(yáng)能。太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、光敏電阻、集成運(yùn)放、AD芯片、微處理器、第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)等構(gòu)成，第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)分別控制太陽(yáng)能電池板可在兩個(gè)上下左右四個(gè)自由度中轉(zhuǎn)動(dòng)。在太陽(yáng)能電池板邊緣的四個(gè)等分點(diǎn)(若太陽(yáng)能電池板為方形，即為其四條邊的中點(diǎn))分別安裝一個(gè)光敏電阻，光敏電阻受到的光照越強(qiáng)，其電阻值越小。首先采集通過(guò)太陽(yáng)能電池板左右兩邊的光敏電阻的電流值，通過(guò)集成運(yùn)放比較，將比較的結(jié)果通過(guò)AD轉(zhuǎn)換送給微處理器，微處理器根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)使太陽(yáng)能電池向流過(guò)電流大的光敏電阻側(cè)旋轉(zhuǎn)，即向光照強(qiáng)度大的一側(cè)旋轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)到使左右兩側(cè)光敏電阻的電流值相等的位置，然后比較上下兩個(gè)光敏電阻的電流值，微控制器根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)第二伺服電機(jī)使太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)到上下兩個(gè)光敏電阻電流值相等的位置，這樣就可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板始終正對(duì)太陽(yáng)光最強(qiáng)的方向，最大限度的吸收太陽(yáng)能，而且可以避免云的干擾。本實(shí)施例中，為了最大限度的利用風(fēng)能，需要在風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的尾部還設(shè)置有調(diào)向機(jī)構(gòu)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)3的風(fēng)輪始終保持正面迎風(fēng)?？梢栽陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)3的尾部設(shè)置尾翼板，尾翼板與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面垂直、與風(fēng)向平行，當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，尾翼板跟隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)保證與風(fēng)向平行，從而保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終正面迎風(fēng)，更有效的利用風(fēng)能。本發(fā)明船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有四種一、靠泊充電狀態(tài)；二、等待乘客狀態(tài)；三、低速航行狀態(tài)；四、高速航行狀態(tài)。如圖2并結(jié)合圖1所示，當(dāng)船舶靠泊時(shí)，船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)即進(jìn)入靠泊充電狀態(tài)?？蓪峨娤?與岸電插座連接，通過(guò)400V交流母排9、第一交流/直流變流器12、530V直流母排22及雙向變流器13對(duì)動(dòng)力電池7充電，此時(shí)雙向變流器24工作在降壓模式(buck)，同時(shí)，太陽(yáng)能電池5也可通過(guò)第一直流/直流變流器6對(duì)動(dòng)力電池7充電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3也可通過(guò)第二交流/直流變流器4對(duì)動(dòng)力電池7充電，加快充電速度。如圖3并結(jié)合圖1所示，船舶在等待乘客時(shí)，柴油機(jī)I在最佳工作區(qū)恒速運(yùn)行帶動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電，船舶的推進(jìn)功率為零，只有導(dǎo)航、通信、照明、空調(diào)等設(shè)備需要用電，船舶電網(wǎng)的負(fù)載非常輕，柴電機(jī)組27功率大于電網(wǎng)需求功率，柴電機(jī)組27的多余電能可對(duì)動(dòng)力電池7充電，此時(shí)雙向變流器13工作在降壓模式(buck)，同時(shí)，太陽(yáng)能電池5也可通過(guò)第一直流/直流變流器6對(duì)動(dòng)力電池7充電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3也可通過(guò)第二交流/直流變流器4對(duì)動(dòng)力電池7充電。如圖4并結(jié)合圖1所示，船舶低速航行時(shí)，柴油機(jī)I在最佳工作區(qū)恒速運(yùn)行帶動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電，船舶裝滿乘客，但航行速度較低，船舶的推進(jìn)功率較小，電網(wǎng)的負(fù)載較輕，柴電機(jī)組27功率大于電網(wǎng)需求功率，柴電機(jī)組27的多余電能可對(duì)動(dòng)力電池7充電，此時(shí)雙向變流器13工作在降壓模式(buck)，同時(shí)，太陽(yáng)能電池5也可通過(guò)第一直流/直流變流器6對(duì)動(dòng)力電池7充電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)3也可通過(guò)第二交流/直流變流器4對(duì)動(dòng)力電池7充電。如圖5并結(jié)合圖1所示，船舶高速航行時(shí)，柴油機(jī)I在最佳工作區(qū)恒速運(yùn)行帶動(dòng)發(fā)電機(jī)2發(fā)電，船舶裝滿乘客，并且高速航行，船舶的推進(jìn)功率較大，電網(wǎng)的負(fù)載很重，柴電機(jī)組27功率小于電網(wǎng)需求功率，動(dòng)力電池7處于放電狀態(tài)，釋放存儲(chǔ)的電能，與太陽(yáng)能電池5和風(fēng)力發(fā)電機(jī)3 —起同時(shí)輸出電能，協(xié)同柴電機(jī)組27為船舶航行提供動(dòng)力，此時(shí)雙向變流器13工作在升壓模式(boost)。因此，動(dòng)力電池7的充放電對(duì)柴電機(jī)組27功率起到削峰填谷的作用；柴電機(jī)組27的額定功率只需要滿足船舶電網(wǎng)需求的平均功率即可，電網(wǎng)所需的峰值功率由柴電機(jī)組27、太陽(yáng)能電池5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)3及動(dòng)力電池7共同提供，減小了柴油機(jī)I的容量和體積。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，該混合動(dòng)力系統(tǒng)輸出端電路連接船舶的動(dòng)力負(fù)載(28);其特征在于，該混合動(dòng)力系統(tǒng)包含: 分別電路連接所述動(dòng)力負(fù)載(28)輸入端的主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)； 分別電路連接所述主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)，該多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)所述主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視和控制；當(dāng)船舶航行中，主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率大于船舶動(dòng)力負(fù)載(28)所需要的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)將剩余功率存儲(chǔ)于輔助動(dòng)力系統(tǒng)；當(dāng)主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率小于船舶動(dòng)力負(fù)載(28)所需要的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)與輔助動(dòng)力系統(tǒng)一同向動(dòng)力負(fù)載(28)提供推進(jìn)功率。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述的多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)包含混合動(dòng)力控制器(11)以及電路連接該混合動(dòng)力控制器(11)的控制面板(10)； 所述混合動(dòng)力控制器(11)用于分別電路連接并實(shí)時(shí)監(jiān)控主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)中的各個(gè)變流器。
3.如權(quán)利要求2所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述的主動(dòng)力系統(tǒng)包含: 第一交流/直流變流器(12)，其直流端電路連接所述的動(dòng)力負(fù)載(28)，所述混合動(dòng)力控制器(11)實(shí)時(shí)監(jiān)控第一交流/直流變流器(12)的工作狀態(tài)； 電路連接所述第一交流/直流變流器(12)交流端的400V交流母排(9)；以及， 電路連接在該400V交 流母排(9)上的柴電機(jī)組(27)。
4.如權(quán)利要求3所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述的輔助動(dòng)力系統(tǒng)包含: 風(fēng)力發(fā)電機(jī)(3)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能輸出； 第二交流/直流變流器(4 )，其電路連接所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)(3 )輸出端； 太陽(yáng)能電池(5)，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能輸出； 第一直流/直流變流器(6)，其電路連接所述太陽(yáng)能電池(5)的輸出端； 雙向變流器(13)，其一端分別電路連接所述第二交流/直流變流器(4)與第一直流/直流變流器(6)的直流端，另一端電路連接所述的動(dòng)力負(fù)載(28);以及， 動(dòng)力電池(7 )，其電路連接所述的雙向變流器(13); 所述混合動(dòng)力控制器(11)實(shí)時(shí)監(jiān)控第二交流/直流變流器(4)、第一直流/直流變流器(6)和雙向變流器(13)的工作狀態(tài)； 在船舶航行時(shí)，當(dāng)主動(dòng)力系統(tǒng)的功率大于動(dòng)力負(fù)載(28)的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)將剩余功率對(duì)動(dòng)力電池(7)進(jìn)行充電；當(dāng)動(dòng)力負(fù)載(28)的功率大于主動(dòng)力系統(tǒng)的功率,則動(dòng)力電池(7)放電，與主動(dòng)力系統(tǒng)一同為動(dòng)力負(fù)載(28)提供推進(jìn)功率；在船舶?？炕虻退俸叫袝r(shí)，所述太陽(yáng)能電池(5)可通過(guò)第一直流/直流變流器(6)對(duì)動(dòng)力電池(7 )充電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(3 )可通過(guò)第二交流/直流變流器(4 )對(duì)動(dòng)力電池(7 )充電。
5.如權(quán)利要求4所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)力負(fù)載(28)包含若干組推進(jìn)系統(tǒng)，每組推進(jìn)系統(tǒng)包含電路連接主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的第一直流/交流變流器(15)，電路連接該第一直流/交流變流器(15)交流端的推進(jìn)電機(jī)(19)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接推進(jìn)電機(jī)(19)的變速箱(20)，以及通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接變速箱(20)的螺旋槳(21)； 所述混合動(dòng)力控制器(11)實(shí)時(shí)監(jiān)控第一直流/交流變流器(15)的工作狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，該混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有530V直流母排(22)，其分別與所述第一交流/直流變流器(12)和雙向變流器(13)的直流端電路連接；所述的動(dòng)力負(fù)載(28)電路連接在該530V直流母排(22)上。
7.如權(quán)利要求6所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，該混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有電路連接在所述530V直流母排(22)上的第二直流/交流變流器(16)； 所述第二直流/交流變流器(16)的交流端電路連接有220V交流母排(14)，該220V交流母排(14)上電路連接船舶上的導(dǎo)航通信設(shè)備(17)及其他負(fù)載(18)。
8.如權(quán)利要求4所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池(5)處設(shè)有用于控制太陽(yáng)能電池(5)板面轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及控制該活動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)能跟足示系統(tǒng)；該太陽(yáng)能跟S示系統(tǒng)包含: 光敏電阻，其設(shè)置于太陽(yáng)能電池(5)面板上的，探測(cè)光強(qiáng)信號(hào)并輸出； 微處理器，其接收光敏電阻輸出的光強(qiáng)信號(hào)，并輸出控制信號(hào)，使控制太陽(yáng)能電池(5)正對(duì)太陽(yáng)光最強(qiáng)的方向； 伺服電機(jī)，其機(jī)械連接太陽(yáng)能電池(5)的活動(dòng)機(jī)構(gòu)，接收微處理器輸出的控制信號(hào)并對(duì)活動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行活動(dòng)控制。
9.如權(quán)利要求4所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)(3)尾部設(shè)有尾翼板，該尾翼板與風(fēng)力發(fā)電機(jī)(3)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面垂直、與風(fēng)向平行，當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)尾翼板跟隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)保證與風(fēng)向平行。
10.如權(quán)利要求4所述的船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，該混合動(dòng)力系統(tǒng)還包含有岸電箱(8 )，其通過(guò)電纜電路連接400V交流母排(9 )，用于船舶靠岸時(shí)連接岸電對(duì)動(dòng)力電池(7)進(jìn)行充電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種船舶多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)，其包含電路連接動(dòng)力負(fù)載的主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)；電路連接主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的多能源動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其對(duì)主動(dòng)力系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視和控制；當(dāng)船舶航行中，主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率大于船舶動(dòng)力負(fù)載所需要的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)將剩余功率存儲(chǔ)于輔助動(dòng)力系統(tǒng)；當(dāng)主動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率小于船舶動(dòng)力負(fù)載所需要的功率，則主動(dòng)力系統(tǒng)與輔助動(dòng)力系統(tǒng)一同向動(dòng)力負(fù)載提供推進(jìn)功率。動(dòng)力電池的充放電對(duì)柴電機(jī)組功率起到削峰填谷的作用；電網(wǎng)所需的峰值功率由柴電機(jī)組、太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及動(dòng)力電池共同提供，減小了柴油機(jī)的容量和體積。
文檔編號(hào)B63H21/20GK103072681SQ20131006359
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者曹森, 沈愛(ài)弟 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)