本發(fā)明涉及一種電動(dòng)船舶，特別是涉及一種千噸級(jí)以上電動(dòng)船舶。

背景技術(shù)：

電動(dòng)船是用電力推進(jìn)的船舶，電力來自蓄電池或船用發(fā)電機(jī)。根據(jù)船舶電力推進(jìn)方式，可分為直流推進(jìn)和交流推進(jìn)兩大類。直流推進(jìn)是用直流電機(jī)推進(jìn)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍寬廣和平滑，過載起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，逆轉(zhuǎn)運(yùn)行特性好；交流推進(jìn)是是用交流電動(dòng)機(jī)推進(jìn)，交流電動(dòng)機(jī)盡管具有輸出功率大、極限轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，調(diào)速困難，應(yīng)用較少?，F(xiàn)有的兩種推進(jìn)方式無(wú)論哪種都無(wú)法推動(dòng)千噸級(jí)以上的電動(dòng)船舶，主要原因有以下兩點(diǎn)，一：現(xiàn)有電動(dòng)船舶的動(dòng)力系統(tǒng)不具有傳統(tǒng)燃油船的瞬時(shí)爆發(fā)力；二：現(xiàn)有電動(dòng)船舶很難滿足功能需求的續(xù)航能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種千噸級(jí)以上電動(dòng)船舶，在動(dòng)力性能上能夠超越傳統(tǒng)燃油船。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種千噸級(jí)以上電動(dòng)船舶，包括動(dòng)力總成系統(tǒng)，所述動(dòng)力總成系統(tǒng)包括數(shù)字控制器和儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)由超級(jí)電容和動(dòng)力鋰電池組成，所述超級(jí)電容配置的數(shù)量滿足瞬間動(dòng)力的需求，所述動(dòng)力鋰電池配置的數(shù)量滿足整個(gè)航程的續(xù)航里程需求；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)與配電柜相連，所述配電柜分別與第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜相連，用于將儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量進(jìn)行分割和管理，并將能量分割管控后發(fā)送至下游的第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜；所述配電柜、第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜分別與各自的數(shù)據(jù)采集控制裝置相連；所述數(shù)據(jù)采集控制裝置通過船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與所述數(shù)字控制器相連；所述數(shù)據(jù)采集控制裝置根據(jù)所述數(shù)字控制器的指令對(duì)相應(yīng)的配電柜、第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)各柜體間的協(xié)調(diào)工作。

所述數(shù)字控制器與手操器相連，所述手操器包括GPS系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)，所述GPS系統(tǒng)用于提供船舶航行的必要參數(shù)；所述GPRS系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。

所述儲(chǔ)能系統(tǒng)還與電池管理系統(tǒng)相連，所述電池管理系統(tǒng)用于對(duì)所述動(dòng)力鋰電池進(jìn)行管理，并將所有獲得的參數(shù)通過船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給數(shù)字控制器。

所述船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為多通道互為冗余數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)的傳遞結(jié)構(gòu)形式為CAN總線的結(jié)構(gòu)形式，由底層FPGA邏輯控制器完成冗余和糾錯(cuò)。

所述第一驅(qū)動(dòng)器柜和第二驅(qū)動(dòng)器柜內(nèi)均設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)控制器。

所述交流電源柜內(nèi)設(shè)有DC/AC轉(zhuǎn)換器和AC正弦波處置器，所述DC/AC轉(zhuǎn)換器用于將直流電源能量轉(zhuǎn)換成整船所需的交流電源；所述AC正弦波處置器用于將轉(zhuǎn)換后的交流電源傳輸給船載配電盤。

所述數(shù)字控制器采用DSP+FPGA實(shí)現(xiàn)。

所述超級(jí)電容的瞬放能力為1500A，所述動(dòng)力鋰電池的單體容量為500Ah。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明利用超級(jí)電容的瞬間放電能力得到了與傳統(tǒng)燃油船的相當(dāng)?shù)乃矔r(shí)爆發(fā)力，利用500Ah鋰電池單體串并聯(lián)滿足功能需求的續(xù)航能力，再通過控制器系統(tǒng)裝置，經(jīng)過整合匹配的船載系統(tǒng)為大功率的動(dòng)力系統(tǒng)總成，該動(dòng)力總成系統(tǒng)，完全與傳統(tǒng)燃油船實(shí)施匹配，并有動(dòng)力性能上的超越。在本發(fā)明中，由于采用了全電力推進(jìn)系統(tǒng)，去除了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，因此，充分實(shí)現(xiàn)了零污染零排放的綠色能源替代。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種千噸級(jí)以上電動(dòng)船舶，如圖1所示，包括動(dòng)力總成系統(tǒng)，所述動(dòng)力總成系統(tǒng)包括數(shù)字控制器和儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)由超級(jí)電容和動(dòng)力鋰電池組成，所述超級(jí)電容配置的數(shù)量滿足瞬間動(dòng)力的需求，所述動(dòng)力鋰電池配置的數(shù)量滿足整個(gè)航程的續(xù)航里程需求；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)與配電柜相連，所述配電柜分別與第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜相連，用于將儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量進(jìn)行分割和管理，并將能量分割管控后發(fā)送至下游的第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜；所述配電柜、第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜分別與各自的數(shù)據(jù)采集控制裝置相連；所述數(shù)據(jù)采集控制裝置通過船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與所述數(shù)字控制器相連；所述數(shù)據(jù)采集控制裝置根據(jù)所述數(shù)字控制器的指令對(duì)相應(yīng)的配電柜、第一驅(qū)動(dòng)器柜、第二驅(qū)動(dòng)器柜和交流電源柜進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)各柜體間的協(xié)調(diào)工作。

數(shù)字控制器由DSP+FPGA雙控制器構(gòu)成，其為本發(fā)明的集成控制器系統(tǒng)，該控制器嵌入了所有的集成控制系統(tǒng)軟件。該數(shù)字控制器完成對(duì)所有船載系統(tǒng)柜體(柜體中所含的各個(gè)模塊系統(tǒng))的控制，控制的鏈接由船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成，在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)中，完成高速數(shù)據(jù)的傳遞、邏輯控制、各個(gè)就地控制功能的執(zhí)行和控制。

所述數(shù)字控制器與手操器相連，所述手操器包括GPS系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)。作為船舶系統(tǒng)控制功能的重要組成部分，GPS系統(tǒng)提供了船舶航行的必要參數(shù)，GPRS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，為Internet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心提供動(dòng)態(tài)參數(shù)，船舶的所有重要參數(shù)通過數(shù)據(jù)的鏈接進(jìn)入專用數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的參數(shù)管理和互聯(lián)網(wǎng)+的功能。

船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為船載系統(tǒng)的多通道互為冗余數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成對(duì)所有柜體、柜體中的模組之間的相互通訊。其數(shù)據(jù)的傳遞結(jié)構(gòu)形式為CAN總線的結(jié)構(gòu)形式，由底層FPGA邏輯控制器完成冗余、糾錯(cuò)，保證系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)連續(xù)性和高度可靠性。

動(dòng)力鋰電池+超級(jí)電容的儲(chǔ)能系統(tǒng)，該部分提供了整船的能源供給，該部分的核心為所配置的超級(jí)電容組和動(dòng)力鋰電池構(gòu)成。其配置的原則是：超級(jí)電容必須滿足瞬間動(dòng)力的需求，如，滿足驅(qū)動(dòng)器瞬間的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求，制動(dòng)過程的能量回收需求；動(dòng)力鋰電池滿足整個(gè)航程的續(xù)航里程需求，即所謂的“燃油儲(chǔ)備容量”的類似電能容量配置。其中，所述超級(jí)電容的瞬放能力為1500A，所述動(dòng)力鋰電池的單體容量為500Ah。

所述儲(chǔ)能系統(tǒng)還與電池管理系統(tǒng)相連，所述電池管理系統(tǒng)用于對(duì)所述動(dòng)力鋰電池進(jìn)行管理，并將所有獲得的參數(shù)通過船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給數(shù)字控制器，這些參數(shù)保證了船載控制軟件嵌入程序的控制和有效管理。同時(shí)，這些參數(shù)還將傳輸至遠(yuǎn)程Internet數(shù)據(jù)中心。

在千噸級(jí)船舶的應(yīng)用控制系統(tǒng)中，由于含有大量的動(dòng)力鋰電池，總量數(shù)以千計(jì)以上的動(dòng)力鋰電池，要長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)工作，系統(tǒng)還配置相應(yīng)數(shù)量的電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電池單體的參數(shù)監(jiān)管，并將這些參數(shù)通過船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將參數(shù)發(fā)送給船載主控制器，該控制器完成將參數(shù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送給遠(yuǎn)程的Internet數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，對(duì)所有的參數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)管。后臺(tái)處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過歸并，根據(jù)需要，發(fā)送給手機(jī)App應(yīng)用系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+的控制管理功能。

配電柜將超級(jí)電容+動(dòng)力鋰的能量進(jìn)行分割和管理，通過內(nèi)置的接觸器系統(tǒng)，低壓(24VC直流系統(tǒng))能源，將能量分割管控后發(fā)送至下游的柜體和功能系統(tǒng)模組。其與數(shù)據(jù)采集控制裝置相連，該數(shù)據(jù)采集控制裝置完成系統(tǒng)的就地處置功能和網(wǎng)絡(luò)鏈接功能，在就地即完成對(duì)柜體內(nèi)所有設(shè)備的控制、指示和管理，并完成與其它柜體模組之間的協(xié)調(diào)控制。

第一驅(qū)動(dòng)器柜的柜體內(nèi)安置變頻驅(qū)動(dòng)控制器，該變頻驅(qū)動(dòng)控制器用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器柜還與數(shù)據(jù)采集控制裝置相連，數(shù)據(jù)采集控制裝置完成系統(tǒng)的就地處置功能和網(wǎng)絡(luò)鏈接功能，在就地即完成對(duì)柜體內(nèi)所有設(shè)備的控制、指示和管理，并完成與其它柜體模組之間的協(xié)調(diào)控制。

第二驅(qū)動(dòng)器柜的柜體內(nèi)也安置變頻驅(qū)動(dòng)控制器，該變頻驅(qū)動(dòng)控制器用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器柜還與數(shù)據(jù)采集控制裝置相連，數(shù)據(jù)采集控制裝置完成系統(tǒng)的就地處置功能和網(wǎng)絡(luò)鏈接功能，在就地即完成對(duì)柜體內(nèi)所有設(shè)備的控制、指示和管理，并完成與其它柜體模組之間的協(xié)調(diào)控制。

所述交流電源柜完成將直流電源能量轉(zhuǎn)換成整船所需的交流電源，完成提供整船所需要的交流工作電源。其內(nèi)設(shè)有DC/AC轉(zhuǎn)換器和AC正弦波處置器，所述DC/AC轉(zhuǎn)換器用于將直流電源能量轉(zhuǎn)換成整船所需的交流電源；所述AC正弦波處置器用于將轉(zhuǎn)換后的交流電源傳輸給船載配電盤，整船所有的工作電源(交流電源)均由此柜子傳輸給船載配電盤，取代傳統(tǒng)燃油船的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供的電能，該電源的屬性為三相四線制的交流電源輸出，該制式方便地給予220VAC電源或380VAC電源。所述交流電源柜與數(shù)據(jù)采集控制裝置相連，數(shù)據(jù)采集控制裝置完成系統(tǒng)的就地處置功能和網(wǎng)絡(luò)鏈接功能，在就地即完成對(duì)柜體內(nèi)所有設(shè)備的控制、指示和管理，并完成與其它柜體模組之間的協(xié)調(diào)控制。在本發(fā)明中，由于采用了全電力推進(jìn)系統(tǒng)，去除了燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和燃油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，因此，充分實(shí)現(xiàn)了零污染零排放的綠色能源替代。

在本動(dòng)力總成系統(tǒng)中，由電池艙的動(dòng)力鋰電池和超級(jí)電容的組合的能源系統(tǒng)首先將電能傳遞給直流配電柜系統(tǒng)，在柜內(nèi)完成電源組合、分割、保護(hù)、分配發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對(duì)下游柜體功能模塊的電力輸送，發(fā)送的能量分別發(fā)送至：第一驅(qū)動(dòng)器柜，以控制螺旋槳電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生船舶的持續(xù)前進(jìn)動(dòng)力；第二驅(qū)動(dòng)器柜，以控制螺旋槳電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生船舶的持續(xù)前進(jìn)動(dòng)力；交流電源柜，用以完成整船的整船所需的電力需求，本裝置完成取代傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了船載系統(tǒng)的微網(wǎng)供電。

由此可見，數(shù)據(jù)采集控制裝置將系統(tǒng)鏈接于船載核心數(shù)字控制器，并完成所有的就地柜體的功能操作和控制，所需的邏輯操控功能能完全通過網(wǎng)絡(luò)控制的功能組合實(shí)施。由于系統(tǒng)采用該船載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通訊模式，所有的控制功能由所傳輸?shù)目刂谱謱?shí)現(xiàn)邏輯控制，因此，簡(jiǎn)化了本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置，提高了系統(tǒng)的可靠性，總體系統(tǒng)對(duì)表現(xiàn)非常的簡(jiǎn)潔。

該裝置采用DSP+FPGA的模式完成嵌入數(shù)字控制，具有速度快、軟件設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)和數(shù)據(jù)可溯源性，所有的功能模塊運(yùn)行過程同樣納入了Internet網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管，船載系統(tǒng)的邏輯控制過程在本地主CPU的控制下完成。

在船載操縱臺(tái)的控制操作下，系統(tǒng)首先上電，上電后的控制器首先完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)上所掛的所有設(shè)備進(jìn)行巡檢，巡檢的過程為分為二級(jí)，第一級(jí)為柜體監(jiān)測(cè)，在這一級(jí)中，完成各個(gè)柜體數(shù)據(jù)的上傳，上傳的柜體數(shù)據(jù)為功率等級(jí)、電壓等級(jí)、相互之間的邏輯保護(hù)等參數(shù)信息，這些參數(shù)傳遞給船載主核心邏輯控制器，控制過程將由這些邏輯控制字實(shí)施操控。第二級(jí)為對(duì)柜體內(nèi)模塊的監(jiān)測(cè)，對(duì)柜體各個(gè)模組的參數(shù)、完好性，進(jìn)行對(duì)比分析，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別各個(gè)模塊的瞬時(shí)狀態(tài)，一旦完成所有的監(jiān)測(cè)后，系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)入下一步的邏輯控制過程。

完成了對(duì)系統(tǒng)的巡檢后，系統(tǒng)將對(duì)操控手柄的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此時(shí)的操作手柄必須處于P檔位，系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)器處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)。

船載控制器完成此冷啟動(dòng)后，通過無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，向Internet遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)登錄，報(bào)告自檢的結(jié)構(gòu)，并告知數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)進(jìn)入待航行狀態(tài)，并等待GPS數(shù)據(jù)的變化。

至此，船舶進(jìn)入等待的操控狀態(tài)，一旦手操器有動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將做出相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，船舶即進(jìn)入航行階段。

在航行過程中，首先由手操器的給定信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器通過嵌入的控制算法軟件，將手操器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)變頻驅(qū)動(dòng)器所需的、能讀懂的給定量，在變頻器的驅(qū)動(dòng)控制下，電動(dòng)機(jī)將以此信息實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)船舶的航行。

在整個(gè)航行過程中，系統(tǒng)將完全在船載主控制器的操控軟件控制下完成相對(duì)應(yīng)的航程。

值得一提的是，船舶在航行過程中，系統(tǒng)將時(shí)刻關(guān)注著電池管理系統(tǒng)所給出的信息，并將電池的剩余能量以剩余續(xù)航里程的信息顯示給船老大，用以保證航行過程的準(zhǔn)確無(wú)誤，當(dāng)船舶的操作者關(guān)注所顯示的剩余航行里程，整個(gè)航行過程將是安全的，不會(huì)出現(xiàn)續(xù)航里程不夠的問題。