CN106494598B - 太阳能回转式电力推进空气动力艇 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种太阳能回转式电力推进空气动力艇，其包括船体、推进装置和储能装置，在船体的上方装有太阳能雨阳棚(2)，太阳能雨阳棚(2)上设有太阳能光伏发电装置；采用回转式电力推进装置(10)，其包括空气螺旋桨(11)、推进电机(12)和用于控制该装置的回转舵角的回转电机(13)；所述储能装置为复合储能装置，主要由超级电容(8)和锂电池组(5)组成，装在船体的底舱上。本发明不但可实现绿色供能，还可降低噪音，提高乘坐的舒适性，而且操纵简单灵活，机动性强，能更好适应湿地复杂的水面环境，具有较高的应用价值和社会效益。

Description

太阳能回转式电力推进空气动力艇
技术领域
本发明涉及空气动力艇领域，具体为太阳能回转式电力推进空气动力艇。
背景技术
空气动力艇(airboat)是一种综合运用空气动力学、水动力学原理，采用空气螺旋桨推动，不受吃水限制的船艇，可在近岸水域、内河水网地带、滩涂沼泽地域和冰雪地域广泛应用。基于我国旅游业快速发展、湿地保护与开发利用等需求，空气动力艇的研发与应用必将形成一个新的产业。
随着人们日益关注环境和经济的可持续发展，节能减排已逐渐成为当前各行业共同的发展趋势和研究方向。空气动力艇作为湿地最适宜的载运工具，同样存在能耗高和污染严重的问题：
1.现有的空气动力艇多使用燃油发动机作为动力源，通常采用空冷4缸或6缸汽车发动机，或采用航空发动机，不仅耗油量大，同时污染物排放严重，还会产生高分贝刺耳的噪声。这不仅会造成湿地环境污染，同时也影响乘员的舒适度，甚至危害健康；
2.现有的空气动力艇通过操纵设在空气螺旋桨之后的转向舵叶来改变运动方向。这种航向控制方式的机动性较差，无法实现快速转向、原地旋转等运动，很难适应湿地障碍物多、水面环境复杂的特点。
基于上述背景，本发明提供了太阳能回转式电力推进空气动力艇，在小艇顶部设计太阳能雨阳棚实现光伏发电，采用“超级电容+锂电池组”复合储能，以回转式电力推进装置替代燃油发动机和转向舵推进，从根本上解决废气排放和噪音污染，同时提高小艇的机动性，改善乘坐的舒适度。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供太阳能回转式电力推进空气动力艇，在小艇顶部设计太阳能雨阳棚式的太阳能光伏发电装置，并采用“超级电容+锂电池组”复合储能，以回转式电力推进装置替代燃油发动机和转向舵推进，从根本上解决废气排放和噪音污染，同时提高小艇的机动性，改善乘坐的舒适度。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的太阳能回转式电力推进空气动力艇，包括船体、推进装置和储能装置，其中：在船体的上方装有太阳能雨阳棚，太阳能雨阳棚上设有太阳能光伏发电装置；采用回转式电力推进装置，其包括空气螺旋桨、推进电机和用于控制该装置的回转舵角的回转电机；所述储能装置为复合储能装置，主要由超级电容和锂电池组组成，装在船体的底舱上。
所述的太阳能光伏发电装置，包括光伏组件和光伏控制器，其中：光伏控制器的输入端与光伏组件连接，光伏控制器的输出端与装在船体的操纵装置内的能量管理及推进控制模块相连。
所述的光伏组件为柔性太阳能电池。
所述的回转式电力推进装置，通过基座装在船体的后部。
所述的复合储能装置，设有停船充电、启动加速和巡航三种工况的充放电模式：
①停船充电工况时，岸电充电桩和太阳能光伏发电装置通过装在操纵装置内的能量管理及推进控制模块分别将电能快速充入超级电容和锂电池组中；
②启动加速工况时，太阳能光伏发电装置和复合储能装置通过能量管理及推进控制模块的管理共同给回转式电力推进装置供能，且太阳能光伏发电装置所产生的电能将优先供能；
③巡航工况时，太阳能光伏发电装置和锂电池组共同给回转式电力推进装置供能；当小艇的航速小于某一设定值时，由能量管理及推进控制模块控制太阳能光伏发电装置优先将电能充入超级电容。
所述的能量管理及推进控制模块，由ABB AC500可编程序控制器、大电流继电器、回转和推进电机驱动单元组成，其中：所述的可编程序控制器，其模拟量输入模块连接到位于操纵装置内手柄下方的塑料旋转电位器；ABB AC500可编程序控制器模拟量输出模块连接到大电流继电器、回转和推进电机驱动单元。
所述的操纵装置，由手柄、传动齿轮、塑料旋转电位器和电源模块组成，其中：电源模块输出正负电压连接到塑料旋转电位器的两端，当手柄通过传动齿轮驱动塑料旋转电位器的轴旋转，塑料旋转电位器的中间抽头输出一个与手柄位移对应的电压信号。
所述的操纵装置由可编程序控制器接受操纵手柄的信号，经逻辑运算后输出控制回转式电力推进装置的转速及回转舵角，实现对所述空气动力艇的运动控制。
所述的回转式电力推进装置在0-180°范围内旋转，整个回转式电力推进装置设有防护网罩。
本发明与现有技术相比具有以下的主要的有益效果：
(1)构建“超级电容+锂电池组”的复合储能装置为小艇供能，以电力推进以代替原有的燃油发动机为小艇提供动力，解决现有空气动力艇的燃油消耗大、污染严重、噪音污染大等问题；
(2)通过回转式电力推进装置驱动小艇，即艇尾的螺旋桨可在水平面内旋转180°，替代转向舵，从而大大提高推进效率，改善机动性；
(3)在小艇顶部设计太阳能雨阳棚式太阳能光伏发电装置，所产生的电能可以充入锂电池组，亦可直接输出给回转式电力推进装置供能。一方面可以为空气动力艇的乘坐空间遮阴挡雨，另一方面能够增加空气动力艇的续航力。
附图说明：
图1为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇的整体示意图。
图2为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇的回转式电力推进装置示意图。
图3为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇的能流图。
图4为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇在停船充电模式时的示意图。
图5为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇在启动与加速模式时的示意图。
图6为本发明太阳能回转式电力推进空气动力艇在巡航模式时的示意图。
图中：1.光伏组件；2.太阳能雨阳棚；3.操纵装置；4.能量管理及推进控制模块；5.锂电池组；6.船体；7.光伏控制器；8.超级电容；9.基座；10.回转式电力推进装置；11.空气螺旋桨；12.推进电机；13.回转电机。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其结构如图1所示：包括船体6、太阳能光伏发电装置、复合储能装置、能量管理及推进控制模块4、回转式电力推进装置10和操纵装置3；所述船体6的上方设有太阳能雨阳棚2，太阳能雨阳棚2上安装光伏组件1；所述太阳能光伏发电装置包括光伏组件1和光伏控制器7；所述复合储能装置包括超级电容8和锂电池组5，其作用是储存能量，给回转式电力推进装置10及其他用电设备供能；所述能量管理及推进控制模块4位于操纵装置3内，其输入端与太阳能光伏发电装置和岸电充电桩连接，其输出端与复合储能装置及其他用电设备连接，该能量管理及推进控制模块4可实现全艇能量的动态管理；所述操纵装置3上设有操纵手柄，以及指示单元。
进一步地，所述船体6的底舱安装光伏控制器7和复合储能装置，船体后部设有基座9，基座9上设有回转式电力推进装置10。
进一步地，所述回转式电力推进装置10包括空气螺旋桨11、推进电机12和回转电机13，其中：推进电机12的输出轴与空气螺旋桨11连接，推进电机12为整船提供动力。回转电机13用于控制回转式电力推进装置10的回转舵角。
进一步地，所述太阳能光伏发电装置包括光伏组件1和光伏控制器7，其中：光伏组件1为柔性太阳能电池，用于将太阳能转化为电能，光伏控制器7的输入端与光伏组件1连接，光伏控制器7的输出端与能量管理及推进控制模块4连接。
所述的光伏控制器7，可以采用山东博奥斯能源科技有限公司BNS240系列光伏控制器，其可以实现太阳能发电功率调节、限压限流保护功能。
所述能量管理及推进控制模块4，由ABB AC500可编程序控制器、大电流继电器、回转和推进电机驱动单元组成，其中：所述可编程序控制器模拟量输入模块连接到操纵装置3，接受手柄位移对应的电压信号；该可编程序控制器模拟量输出模块连接到大电流继电器、回转和推进电机驱动单元。
进一步地，所述超级电容8和锂电池组5，设于船体6的底舱内。
所述超级电容8，可以采用北京合众汇能公司生产的HCAP系列模块，多串联的方式提升输出电压来组成电容组。
所述操纵装置3，由手柄、传动齿轮、塑料旋转电位器和电源模块(±10V)组成，其中：电源模块输出正负电压连接到塑料电位器的两端，当手柄通过传动齿轮驱动塑料电位器的轴旋转，中间抽头则输出一个与手柄位移对应的电压信号。
所述的复合储能装置，设有停船充电、启动加速和巡航3种工况的充放电模式，如下；
①停船充电工况时，岸电充电桩和太阳能光伏发电装置通过能量管理及推进控制模块4分别将电能快速充入超级电容8和锂电池组5所组成的复合储能装置；
②启动加速工况时，太阳能光伏发电装置和复合储能装置通过能量管理及推进控制模块4的管理共同给回转式电力推进装置10供能，且太阳能光伏发电装置所产生的电能将优先给回转式电力推进装置10供能；
③巡航工况时，太阳能光伏发电装置和锂电池组5共同给回转式电力推进装置10供能；当小艇的航速小于某一设定值时，由能量管理及推进控制模块4控制太阳能光伏发电装置优先将电能充入超级电容8。
进一步地，所述操纵装置3由可编程序控制器接受操纵手柄的信号，经控制器逻辑运算后输出控制回转式电力推进装置10的转速及回转舵角，从而实现对小艇的运动控制。
进一步地，所述回转式电力推进装置10可在180°范围内旋转，整个回转式电力推进装置10加网罩防护，以避免杂物卷入和保障乘客安全。
进一步地，小艇离岸前已通过岸电充电桩对复合储能装置充分充电，使空气动力艇具备较长时间续航能力。
以上仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或类似的设计均属于本发明的保护范围，此外凡是在外观等方面上进行改进而没有脱离本发明的设计原理也均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.太阳能回转式电力推进空气动力艇，包括船体、推进装置和储能装置，其特征是在船体的上方装有太阳能雨阳棚（2），太阳能雨阳棚（2）上设有太阳能光伏发电装置；采用回转式电力推进装置（10），其包括空气螺旋桨（11）、推进电机（12）和用于控制该装置的回转舵角的回转电机（13）；所述储能装置为复合储能装置，主要由超级电容（8）和锂电池组（5）组成，装在船体的底舱上；
所述的太阳能光伏发电装置包括光伏组件（1）和光伏控制器（7），其中：光伏控制器（7）的输入端与光伏组件（1）连接，光伏控制器（7）的输出端与装在船体的操纵装置（3）内的能量管理及推进控制模块（4）相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的光伏组件（1）为柔性太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的回转式电力推进装置（10），通过基座（9）装在船体的后部。
4.根据权利要求1所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的复合储能装置设有停船充电、启动加速和巡航三种工况的充放电模式：
停船充电工况时，岸电充电桩和太阳能光伏发电装置通过装在操纵装置（3）内的能量管理及推进控制模块（4）分别将电能快速充入超级电容（8）和锂电池组（5）中；
启动加速工况时，太阳能光伏发电装置和复合储能装置通过能量管理及推进控制模块（4）的管理共同给回转式电力推进装置（10）供能，且太阳能光伏发电装置所产生的电能将优先供能；
巡航工况时，太阳能光伏发电装置和锂电池组（5）共同给回转式电力推进装置（10）供能；当小艇的航速小于某一设定值时，由能量管理及推进控制模块（4）控制太阳能光伏发电装置优先将电能充入超级电容（8）。
5.根据权利要求4所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的能量管理及推进控制模块（4），由ABB AC500可编程序控制器、大电流继电器、回转和推进电机驱动单元组成，其中：所述的可编程序控制器，其模拟量输入模块连接到位于操纵装置（3）内手柄下方的塑料旋转电位器；ABB AC500可编程序控制器模拟量输出模块连接到大电流继电器、回转和推进电机驱动单元。
6.根据权利要求5所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的操纵装置（3），由手柄、传动齿轮、塑料旋转电位器和电源模块组成，其中：电源模块输出正负电压连接到塑料旋转电位器的两端，当手柄通过传动齿轮驱动塑料旋转电位器的轴旋转，塑料旋转电位器的中间抽头输出一个与手柄位移对应的电压信号。
7.根据权利要求6所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的操纵装置（3）由可编程序控制器接受操纵手柄的信号，经逻辑运算后输出控制回转式电力推进装置（10）的转速及回转舵角，实现对所述空气动力艇的运动控制。
8.根据权利要求1所述的太阳能回转式电力推进空气动力艇，其特征在于所述的回转式电力推进装置（10）在0-180°范围内旋转，整个回转式电力推进装置（10）设有防护网罩。
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