CN110329436A - 一种风光互补的浮标 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋资料浮标技术领域的一种风光互补的浮标，包括充能子系统、蓄电池、控制管理系统和通信系统；充能子系统采用风光互补的方式进行太阳能和风能等能源的采集，并将采集的能源储存在蓄电池中以供后续使用；控制管理系统可以将多个电池组进行串联(或并联)的组合，实现12v、24v和48v等电压的多路输出并进行控制；通信系统可以通过串口和无线网络与上位机(岸边基站)相连，实现对系统电压、电流、剩余电量和温度等状态的监控和预警。相比于现有技术，本发明采用风光互补的方式实现了更多的能源补充，可以供应更多的海洋观测传感器工作，可以远程实时监控和控制，使用更加灵活和稳定。

Description

一种风光互补的浮标
技术领域
本发明涉及海洋资料浮标领域，具体来说，是采用风光互补的浮标能源管理系统。
背景技术
众所周知，海洋资源丰富，幅员辽阔，是国家未来的发展方向。而要开发利用海洋，就要增加对海洋的了解。增加对海洋的了解需要海洋要素的数据，即对海洋进行长期实时性的观测。在现有的观测方式中，海洋资料浮标是一种灵活布置的长期、连续和实时观测方式。
在海洋资料浮标中，通常采用太阳能电池板作为浮标的能量来源，受天气影响较大，在夜晚和阴雨天气无法补充能源，无法支撑太多的传感器数量，限制了对海洋环境的综合观测。
对海洋的综合观测需要在浮标上搭载数量较多的传感器，这些传感器功能各异，接口复杂和电压要求多样，对能源管理提出了较高的要求。浮标上现有的电源往往只能提供一种电压输出，限制了某些仪器的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种风光互补的浮标，采用风光互补的方式实现了更多的能源补充，可以供应更多的海洋观测传感器工作。
本发明的目的是这样实现的：一种风光互补的浮标，包括从上到下依次布置的浮标小平台、直立式浮标桅杆、铅蓄电池以及空心仓，还包括太阳能发电单元，所述空心仓具有封闭的仪器舱和电池舱，所述太阳能发电单元包括若干安装在浮标小平台上的太阳能电池板，该浮标进一步包括风力发电机、MPPT控制器、电压输出控制电路、控制中心；
所述风力发电机设有若干个且安装在浮标小平台上，所述铅蓄电池与MPPT控制器电连接，所述MPPT控制器与风力发电机、太阳能电池板电连接；
所有铅蓄电池组成一组，设铅蓄电池的数量为n个，所述电压输出控制电路包括n+1个输出接口，每个输出接口均对应一个铅蓄电池的接线柱；其中两个输出接口分别可通断地连接其中一端铅蓄电池的正极接线柱、另一端铅蓄电池的负极接线柱；其余输出接口一一设置在任意相邻两个铅蓄电池之间，且任意相邻两个铅蓄电池之间设置一个切换开关，每个切换开关具有两个切换位，每个切换开关的其中一个切换位用于串联任意相邻两个铅蓄电池，每个切换开关的另一个切换位用于接通其中一个铅蓄电池与输出接口。
进一步地，所述若干风力发电机以浮标桅杆的轴线为准环形阵列。
进一步地，所述若干风力发电机倒立安装在浮标小平台的下侧。
进一步地，所述浮标桅杆为空心结构，所述风力发电机、太阳能电池板与MPPT控制器电连接的线缆穿过浮标桅杆内腔。
进一步地，所述控制中心与岸边基站通信连接。
本发明的有益效果在于：
1)采用风光互补的能源补充方式，能量来源更加丰富，能源补充更加充足；
2)具有多路电压输出，且可以设定电压大小，可以满足不同传感器的电力需求。
附图说明
图1是本发明的结构布置示意图。
图2是本发明的立体剖视图。
图3是电压输出控制电路的布置示意图。
图4是本发明的主视图。
图中，1-浮标小平台，2-太阳能电池板，3-风力发电机，4-控制中心，5-铅蓄电池，6-MPPT控制器，7-浮标桅杆，8-空心仓，9仪器舱，10电池舱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1-4所示，一种风光互补的浮标，包括从上到下依次布置的浮标小平台1、直立式浮标桅杆7、铅蓄电池5以及空心仓8，还包括太阳能发电单元，空心仓8具有封闭的仪器舱9和电池舱10，太阳能发电单元包括若干安装在浮标小平台1上的太阳能电池板2，该浮标进一步包括风力发电机3、MPPT控制器6、电压输出控制电路、控制中心4。其中，太阳能电池板2平铺于浮标小平台1上。浮标小平台1上通常会搭载风速风向仪等气象传感器，进行海洋要素的观测。为了避免风力发电机3工作时扰动周围风场影响气象传感器的精度，因此将若干竖直轴的风力发电机3倒立安装于浮标小平台1之下，并且所有风力发电机3以浮标桅杆7的轴线为准环形阵列，以使得气象传感器与风力发电机3的风场错开。
铅蓄电池5与MPPT控制器6电连接，MPPT控制器6与风力发电机3、太阳能电池板2电连接，可以形成风光互补的控制方式，以应对没有光照的工况，可以充分利用海上源源不断的风力进行发电。
空心仓8(浮标甲板)内具有封闭的仪器舱9和电池舱10，可以分别容纳各种电子设备、铅蓄电池5，将控制中心4固定安装于仪器舱9壁上，MPPT控制器6则安装于仪器舱9之内。
上述浮标桅杆7为空心结构，风力发电机3、太阳能电池板2与MPPT控制器6电连接的线缆穿过浮标桅杆7内腔。上述MPPT控制器6会智能追踪充电的最大功率点，从而提高能源系统的发电效率，更好的将风能和太阳能转化成电能储存在蓄电池中。
在本实施例中，为了实现对蓄电池组的管理，采用控制中心4对各个铅蓄电池5进行管理和整合，使得其可以输出12v，24v和48v三种电压，以满足各种海洋观测传感器的电力输出需要。如图3所示，四个铅蓄电池5组成一组，对应五个输出接口，每个输出接口均对应一个铅蓄电池5的接线柱；其中两个输出接口分别可通断地连接其中一端铅蓄电池5的正极接线柱、另一端铅蓄电池5的负极接线柱；其余输出接口一一设置在任意相邻两个铅蓄电池5之间，且任意相邻两个铅蓄电池5之间设置一个切换开关，每个切换开关具有两个切换位，每个切换开关的其中一个切换位用于串联任意相邻两个铅蓄电池5，每个切换开关的另一个切换位用于接通其中一个铅蓄电池5与输出接口。
以四个电压为12v的铅蓄电池5为一组作为输入，以五个输出接口作为输出，其中二正三负，可以组合形成12v、24v和48v的输出电压。当需要输出48v电压时，将负载接在正1路和负3路之间，并将开关SW2、SW3和SW4的位置放置在下端点，将四个铅蓄电池5进行串联；当需要输出24v电压时，应将负载接到正2和负3之间，并把开关SW3放置在上端点，SW4放置在下端点；当需要12v电压时，可以将负载加到正1和负1之间，或者在正2和负1、正1和负2之间，这种情况下需要SW2和SW4放置在上端点，SW3放置在下端点。通过简单的改变开关的位置，可以实现不同的电压输出。SW1-SW5开关均受控制中心4控制。
不管是传输系统各组件的状态还是接收上位机指令做出决策，能源系统都需要通信子系统实现。其中，通信子系统有两种通道，一条是直接通过数据传输单元(DataTransferUnit，DTU)与岸边基站进行相连，主要借助的移动通信网络；另一条是通过串口与浮标的控制中心4进行通信，进行状态数据和控制指令的双向传递。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风光互补的浮标，包括从上到下依次布置的浮标小平台(1)、直立式浮标桅杆(7)、铅蓄电池(5)以及空心仓(8)，还包括太阳能发电单元，所述空心仓(8)具有封闭的仪器舱(9)和电池舱(10)，所述太阳能发电单元包括若干安装在浮标小平台(1)上的太阳能电池板(2)，其特征在于，该浮标进一步包括风力发电机(3)、MPPT控制器(6)、电压输出控制电路、控制中心(4)；
所述风力发电机(3)设有若干个且安装在浮标小平台(1)上，所述铅蓄电池(5)与MPPT控制器(6)电连接，所述MPPT控制器(6)与风力发电机(3)、太阳能电池板(2)电连接；
所有铅蓄电池(5)组成一组，设铅蓄电池(5)的数量为n个，所述电压输出控制电路包括n+1个输出接口，每个输出接口均对应一个铅蓄电池(5)的接线柱；其中两个输出接口分别可通断地连接其中一端铅蓄电池(5)的正极接线柱、另一端铅蓄电池(5)的负极接线柱；其余输出接口一一设置在任意相邻两个铅蓄电池(5)之间，且任意相邻两个铅蓄电池(5)之间设置一个切换开关，每个切换开关具有两个切换位，每个切换开关的其中一个切换位用于串联任意相邻两个铅蓄电池(5)，每个切换开关的另一个切换位用于接通其中一个铅蓄电池(5)与输出接口。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补的浮标，其特征在于：所述若干风力发电机(3)以浮标桅杆(7)的轴线为准环形阵列。
3.根据权利要求2所述的一种风光互补的浮标，其特征在于：所述若干风力发电机(3)倒立安装在浮标小平台(1)的下侧。
4.根据权利要求1所述的一种风光互补的浮标，其特征在于：所述浮标桅杆(7)为空心结构，所述风力发电机(3)、太阳能电池板(2)与MPPT控制器(6)电连接的线缆穿过浮标桅杆(7)内腔。
5.根据权利要求1所述的一种风光互补的浮标，其特征在于：所述控制中心(4)与岸边基站通信连接。
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