CN101585407A - 电油结合充电型长途蓄电池全电动船 - Google Patents

电油结合充电型长途蓄电池全电动船 Download PDF

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Abstract

一种电油结合充电型长途蓄电池全电动船，船体的驾驶室内设有控制台，艉部设有电动推进装置，蓄电池组安装在船体的底部，船体上还设有与带整流器的配电板连接的热力发电机组。本发明在船舶上装有蓄电池组和热力机组，可利用岸电和高能燃料的两种能量源，在有岸电地方，可充分利用清洁能源，降低烟尘噪声臭味和油水污染、改善船舶工作环境。本发明以高能燃油和岸电作为复合能源实现能量平衡，以充电方式形成以蓄电池组为中心的船舶电站，实现全电力推进，兼有蓄电池电动船舶和传统内燃机船舶的优势、兼顾环保节能和续航力的双重指标。具有控制精确、续航力高、环保节能、管理操作简便的特点，是类似于电油混合型电动汽车的电动船舶。

Description

电油结合充电型长途蓄电池全电动船
技术领域
本发明涉及一种电动船，特别是一种带有蓄电池、可进行岸电快速充电并配备有发电机组，以电油结合方式进行充电的长途蓄电池全电动船。
背景技术
目前的船舶中以内燃机为动力系统的船舶占据统治地位，由于内燃机存在烟尘噪声臭味和油水对环境会产生污染，且烟气和冷却水中的热能难以大幅度回收利用致使能效低。采用单一蓄电池或者与风光能配套的复合能量源的全电动船舶，虽然具有良好的环保效果，但是具有充电麻烦、储电困难、必须依靠岸电，也存在着及太阳能、风能不稳定，无风和雨天难以保证工作的持续性等劣势，而最重要的问题在于目前蓄电池低能和风光能装置的低效率，导致船舶航速和续航力较低，极大地影响了电动船舶的实际应用领域、而难以与传统柴油机船舶竞争，目前鲜见应用于开放水域，更难以应用于船舶长途运输。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种带有蓄电池，同时也采用热力机组为蓄电池组充电，能够兼顾环保和续航力指标的电油结合充电型长途蓄电池全电动船。
由于蓄电池的存在，所以可以储存和使用岸电，同时因为蓄电池的蓄水池的作用，所以可使发电机组得以休息而极大减少空载怠速损耗提高效率。以岸电与发电机组的结合采用充电的方式实现全电力推进，可获得环保高效的能量平衡和精确推进效果。
本发明的目的是这样实现的：一种电油结合充电型长途蓄电池全电动船，包括船体，船体的驾驶室内设有控制台，艉部设有电动推进装置，蓄电池组安装在船体的底部，控制台通过电缆分别与蓄电池组和电动推进装置相连，蓄电池组通过控制台与充电机连接，充电机与岸电接入装置连接，船体上还设有与带整流器的配电板连接的热力发电机组，配电板与控制台以及蓄电池组相连接，逆变器与控制台和蓄电池组连接。
电动推进装置采用以SPWM或PWM方式控制交流电动机或永磁电动机。
控制台采用无级调速或有档调速装置。
热力发电机组采用涡轮机组或多台并联的柴油发电机组。
蓄电池组采用阀控密封免维护蓄电池。
控制台具有通过带整流器的配电板控制发电机组的装置。
本发明提供的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，具有以下特点：
一、由于船舶上装有蓄电池组和热力机组，可利用两种能量源，具有两种选择性，兼有蓄电池电动船舶和传统内燃机船舶的优势、兼顾了环保节能和续航力。在有岸电地方，可充分利用清洁能源，降低烟尘噪声臭味和油水污染、改善船舶工作环境。
二、采取了全电力推进的方式，以精确控制的电力推进方式取代了粗放的机械推进方式，获得了优良的控制性能和节能效果。同时可采用多台小型发电机并联方式以节能运行模式进行供电，形成以蓄电池为中心的多种电源供电的模式，有利于减轻发电机的负担、提高供电质量和可靠性、以及运行效率；原动机因为没有轴系的要求所以可安放于船舶边角，有利于降低噪声和空间布局。
三、采用蓄电池，解决了能量供应与使用的同时性问题，以及利用岸电进行储能工具问题，既可利用电能，又可在很大程度上减小了空载和怠速状态消耗，并且可轻易回收系统动能，还可以采用闲时充电、忙时用的工作模式均化负载、有利于发电机的工作条件改善、而提高稳定性和可靠性。蓄电池处于中心环节，有利于稳定电参数，并加快响应速度。
蓄电池安装于船舶底部，有利于降低重心、提高稳定性，还可以取代船舶无效压载，不会增加船舶的自重。
蓄电池与岸电和发电机组的结合，可以极大提高船舶指标和控制性能、以及节能水平，将有利于提高蓄电池电动船舶适应市场的竞争力、有利于普及推广。
四、控制台具有多种操作方式，可供船员选择使用。可由驾驶室直接操纵船舶、实现精确控制电力推进，即由控制台直接操纵电动推进装置以SPWM或PWM方式控制交流电动机或永磁电动机，进行变频无级调速，具有较高的控制性能和能量效率。与机械推进和发电机电动机模式相比，在原动机的操作管理方面可简化管理工作，因为辅机发电机可按照备用机组应急启动的方式自动启动和自动调节。
五、发电机组具有多种控制方式，便于船员选择，可在一定程度上实现于驾驶室的集中控制，有利于减轻劳动强度，更便于了解发电系统和推进系统的工作情况，由于蓄电池的存在，相当于不间断电源的作用，所以增加了系统可靠性和争取了排除故障的时间。
六、充电机可对于蓄电池进行无人值班自动均衡充电，可在保护蓄电池的前提下，实现均衡充电，避免了人为操作的失误，比较适应当前的管理水平。岸电接入装置可以引入岸充电机直接对蓄电池充电，也可引入交流电由船载充电机进行充电，使船舶具有多种选择，有利于适应实际情况的不同需要。例如对于小型船舶，不必配备大型充电机，只可配备小型充电机以满足小型充电和船舶停靠时的用电的需求，而依靠岸大型充电机进行快速充电。控制台可与发电装置、以及充电装置一道控制和分配对蓄电池组进行均衡充电，有利于对蓄电池组进行串并联组合充电，以达到快速均衡充电的目的。
七、与传统柴油机船舶相比，具有舒适度高、操作简单、管理方便、维护工作量小、环保节能、高性能价格比，空间布局优化、反应快机动灵活的优点。
八、由于采用了阀控密封免维蓄电池、充电机以及配备和安排了控制和分配对蓄电池组进行充电的装置和措施，实现了无人值班均衡充电，从而使得维护管理工作比较简单、且有利于提高工作可靠性。热力机发电机组与蓄电池的容量配套比例可根据实际需要调节，有利于适应短途和中长途的不同需求，以及兼顾船舶性能和造价之间的关系。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明主甲板俯视图。
图3是本发明主电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明包括船体1，船体1的驾驶室内设有控制台2，艉部设有电动推进装置4，蓄电池组3安装在船体1的底部，控制台2通过电缆分别与蓄电池组3和电动推进装置4相连，蓄电池组3通过控制台2与充电机5连接，充电机5与岸电接入装置6连接，船体1上还设有与带整流器的配电板8连接的热力发电机组7，配电板8与控制台2以及蓄电池组3相连接，逆变器9与控制台2和蓄电池组3连接。
控制台2同时采用无级调速装置和有档调速装置，利用蓄电池组3的电能，直接控制电动推进装置实现电力推进。电动推进装置4采用以SPWM或PWM方式控制交流电动机或永磁电动机实现无级调速，可采用多种混合燃料，并且可采取应急发电机组自启动方式工作。热力发电机组7采用涡轮机组或多台并联的柴油发电机组，热力发电机组7可以通过带整流器8的配电板向蓄电池组3充电和通过逆变器向负载供电、以及向变频器供电完成船舶电力推进。岸电接入装置6可引用交流电源通过充电机对于蓄电池组3进行无人值班自动均衡快速充电。以岸电和高能燃料的电油结合充电方式实现能量平衡和全电力推进。
蓄电池组3采用阀控密封免维护蓄电池。
本发明的工作过程如下：船舶在电能方面的使用分为充电和用电两方面，充电分为利用岸电充电和船舶发电机充电。利用岸电接入装置6直接引入岸充电机直流电源对蓄电池充电，也可以引入交流电，利用船载充电机5进行充电。充电时，利用控制台2的开关可控制、分配对各组蓄电池进行充电。此外，可以充电机5和岸上充电机对蓄电池组3进行充放电，可把电能返回到电网，以满足蓄电池组维护和节约能量的双重需求。
在利用船舶发电机充电时，可利用控制台2通知发电机室，采用手动方式利用配电板8启动发电机组7进行充电和带负载。在一般情况，可采用自动方式进行控制，多台发电机组处于应急启动准备之中，可由控制台2控制工作发电机的数量。发电机充电可在船舶停止工作时，也可以在船舶航行时进行，发电机一边对蓄电池组充电，一边拖带负载和进行船舶推进。具体工况，既取决于设计时的两者配比，又取决于操作需要。例如在船舶短时停靠工况，没有推进负载，而其它负载也较小，发电机处于等待状态，就可进行充电，即可完全取消发电机的空载状态，此时，蓄电池组作为主值班电源，等待负载的到来。当船舶出航时，开始负载较小，以后逐渐增大，发电机增加输出达到满负荷，并增加工作发电机的数量。为了达到节能目的，可预先制定节能工作预案和程序，以减少启动和停止工作的次数。
用电分为推进电动机用电和船舶其它负载的用电。船舶其它负载分为直流负载和交流负载两种，直流负载一般是指动力负载，可采用变频方式实现节能控制，由电站直接供电。交流负载由逆变器9引用电站直流电逆变为交流电，向负载供电。
推进电动机用电，由综合电源形成以蓄电池组为中心的船舶电站，在控制台2的操作控制下，向推进电动供电带动推进装置4转动，推动船体1运动。电力推进装置4由变频器或逆变器10，与变频器或逆变器10连接的推进电机11，与推进电机11连接的齿轮箱12以及螺旋浆13构成，电力经过变频器或逆变器10后带动推动电机11工作，推进电机11通过齿轮箱12带动螺旋浆13转动，从而推动船舶运行。控制台2可直接控制电动机进行无级调速，并且操纵船舶运动。

Claims (6)

1、一种电油结合充电型长途蓄电池全电动船，包括船体(1)，船体(1)的驾驶室内设有控制台(2)，艉部设有电动推进装置(4)，其特征在于：蓄电池组(3)安装在船体(1)的底部，控制台(2)通过电缆分别与蓄电池组(3)和电动推进装置(4)相连，蓄电池组(3)通过控制台(2)与充电机(5)连接，充电机(5)与岸电接入装置(6)连接，船体(1)上还设有与带整流器的配电板(8)连接的热力发电机组(7)，配电板(8)与控制台(2)以及蓄电池组(3)相连接，逆变器(9)与控制台(2)和蓄电池组(3)连接。
2、根据权利要求1所述的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，其特征在于：电动推进装置(4)采用以SPWM或PWM方式控制交流电动机或永磁电动机。
3、根据权利要求1所述的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，其特征在于：控制台(2)具有无级调速和有档调速操作控制装置。
4、根据权利要求1所述的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，其特征在于：热力发电机组(7)采用涡轮机组或多台并联的柴油发电机组。
5、根据权利要求1所述的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，其特征在于：蓄电池组(3)采用阀控密封免维护蓄电池。
6、根据权利要求1或3所述的电油结合充电型长途蓄电池全电动船，其特征在于：控制台(2)具有通过带整流器的配电板(8)控制发电机组的装置。
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