CN112937827A - 新能源电动船 - Google Patents

Abstract

一种新能源电动船，包括新能源发电单元(10)、电能存储单元(20)充电单元(30)、电力推进装置(40)及用电负载、主控单元(50)，其特征在于，所述电力推进装置(40)和用电负载均为直流负载，所述新能源发电单元(10)发的电经充电单元(30)储存于电能存储单元(20)内，该电能存储单元(20)与所述电力推进装置(40)和用电负载相连接，直接将直流电输送到所述电力推进装置(40)和用电负载，为其提供工作电源。本发明可有效降低能源消耗，提高能源利用率，并可有效提高续航里程且无污染，噪音低。

Description

新能源电动船

技术领域

本发明涉及电力驱动的船舶，特别是涉及一种以太阳能、风能、潮汐能等可再生能源所产生的电能为动力的新能源电动船。

背景技术

船舶是最重要的交通运输工具之一。正如人们所知，传统的船舶主要是依靠热机，如柴油机、汽轮机以及燃汽轮机等来驱动的，船舶运行的能量来源依赖于具有污染的不可再生的燃油，这种以燃油为动力来源的船舶具有如下显著缺陷：

1、排放的废气、废水较多，对环境污染比较严重。

2、噪声污染非常严重，乘坐环境的舒适性相对较低。

3、能源的消耗较大，营运经济性较差。特别是近年来，由于燃油价格上涨过快，船舶经营者承受较大的运营成本压力。

面对更为严格的排放要求，以及提高船舶运营的经济效益和为了满足特种船舶的特殊要求，人们寻求通过改变船舶的能量来源和推进方式来解决上述问题，而电力推进方式则是一条有效途径。

为此，人们开发出了一些电动船舶，其中一些尝试利用新能源。这类电动船舶的结构基本类似，其通过太阳能电池板、风力发电机等产生电能，将能量储存在蓄电池中，并通过DC/AC逆变器将存储在电池中的直流电逆变成交流电，为浆、舵和驱动电机等电力推进装置和船上的照明、空调等交流负载提供交流电能。然而。这类电动船舶虽然采用了风能、太阳能等新能源技术，但由于其蓄电池输出的是直流电，要给船用推进装置和交流负载供电，必须要经过DC/AC转换，能量转换过程中必然存在能量损耗，使得电池的电能得不到充分利用，导致续航里程较短，不利于推广。还由于船舶经常起停，在启动时，船用推进装置供电电能变化大，而从电池的工作特性看，变化的大电流冲击将严重影响电池的寿命，使得电池更换频繁，从而导致维护成本提高。就电池技术而言，一般单节电池电压很低(几伏)，而船用供电系统电压可高达几百伏，需要多节电池串联在一起使用。由于各个电池的内阻等参数的不一致，经过多次充、放电后，各个电池的电压等参数会不一致，而电池电压是直接对应电池容量的，电池电压的不同意味着电池的容量得不到充分利用，因而导致整个电池的容量不足，续航里程缩短，且电池长期在低压工作，也会影响电池的寿命。此外，如果采用新型的锂离子电池，还需要对各个电池的温度和电压参数进行采样，如果电压过低，容易直接导致电池失效，如果电压或温度过高，会引起爆炸、火灾等危险。因此需要对其进行监控和管理，以保证电池储能单元工作的安全性、可靠性，并延长电池使用寿命。

另一方面，对于采用交流输电的电动船，由于其推进系统电机功率一般较大，在起停和电机驱动功率变化的时候，对整个船的交流电的谐波污染严重。此外，电动船负载中，绝大部分是感性负载电机，因此交流电功率因素很低，交流输电效率低，无功损耗严重，另外对船用其他交流负载供电电能质量也差。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，而提供一种由电能存储单元输出的直流电无须进行直流到交流的转换，可有效降低能源消耗，提高能源利用率，并可有效提高续航里程且无污染，噪音低的新能源电动船。为实现上述目的，本发明提供一种新能源电动船，该新能源电动船包括新能源发电单元，与新能源发电单元连接的电能存储单元，与电能存储单元连接的充电单元、电力推进装置及用电负载，与新能源发电单元、电能存储单元、充电单元及电力推进装置连接的主控单元，其特征在于，所述电力推进装置用电负载均为直流负载，所述新能源发电单元发的电经充电单元储存于电能存储单元内，该电能存储单元与所述电力推进装置和用电负载相连接，直接将直流电输送到所述电力推进装置和用电负载，为其提供工作电源。

新能源发电单元为太阳能发电单元、风力发电单元、潮汐能发电单元、燃料电池发电单元中的一种或几种的组合。

太阳能发电单元包括普通太阳能发电装置、薄膜太阳能发电装置、聚光太阳能发电装置中的一种或者几种的组合。

风力发电单元包括直流永磁风力发电机和开关磁阻风力发电机中的一种或其组合。

电能存储单元为锂电池电能存储单元和超级电容电能存储单元中的一种或其组合。

充电单元包括新能源充电单元和岸上充电单元，其中，新能源充电单元分别与太阳能发电单元、风力发电单元、电能存储单元及主控单元连接，岸上充电单元与电能存储单元相连接。

电力推进装置包括电机驱动单元、传动单元及船桨单元，所述用电负载包括照明装置和家用电器。

主控单元包括控制模块及与之相连的人机交互模块和信号采集模块，所述信号采集模块还分别与新能源发电单元、电能存储单元、充电单元、电力推进装置及用电负载相连接。

本发明的贡献在于，其有效解决了现有电动船舶所存在的电力传输及用电效率低，能量损耗高，续航里程短等问题。本发明将电能的供给端直接与船舶的电力推进装置及用电负载相连，去掉了中间的DC/AC转换装置，因而有效提高了电力传输及用电的效率，减少了能源消耗，从而增加了电动船的续航能力。此外，由于采用直流电，其功率因素为1，不存在交流电中的功率因素和谐波的问题，因此无需因功率因素低而增加功率因数校正器。还由于本发明的电力设备中没有DC/AC转换装置，并且直流传输的电动船的推进电机的容量也可比交流传输的电动船的推进电机低，因此可有效节约成本。本发明的新能源电动船不仅能节能和提高能源效率，且环保无污染，噪音低。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的实施例1结构框图。

图3是本发明的实施例2结构框图

图4是本发明的实施例3结构框图。

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明的新能源电动船包括新能源发电单元10、电能存储单元20、充电单元30、电力推进装置40及主控单元50。所述新能源发电单元10为太阳能发电单元、风力发电单元、潮汐能发电单元、燃料电池发电单元中的一种或几种的组合。所述电能存储单元20为锂电池电能存储单元和超级电容电能存储单元中的一种或其组合。电能存储单元可通过相应的电能存储管理装置管理，管理装置依据电能存储单元的不同进行相应的配置，其可以是公知的电池管理系统(BMS）、超级电容管理系统(CMS），或者电池超级电容混合管理系统(EMS)。所述充电单元30包括新能源充电单元31和岸上充电单元32。所述电力推进

装置40包括电机驱动单元、传动单元及船桨单元。所述主控单元50包括控制模块及与之相连的人机交互模块和信号采集模块。

实施例1

如图2所示，本实施例中，所述新能源发电单元10为太阳能发电单元11和风力发电单元12的组合，它们共同为新能源电动船提供电能，其中，太阳能发电单元11可以是普通太阳能发电装置、薄膜太阳能发电装置、聚光太阳能发电装置中的一种或者几种的组合，本实施例中，太阳能发电单元11采用普通晶体硅太阳能发电装置。所述风力发电单元12为直流永磁风力发电机和开关磁阻风力发电机中的一种或其组合，本实施例中，该风力发电单元12采用直流永磁风力发电机。由于风能和太阳能具有间歇性及不可持续性的特点，将两

者结合可实现优势互补。如图2，所述太阳能发电单元11和风力发电单元12分别与、充电单元30及主控单元50相连接。

如图2所示，本实施例中，电能存储单元20为锂电池，其可选用市售产品。锂电池具有能量密度比高、有效充放电次数多等突出优点，在减轻储能单元重量的同时，也增加了电池使用寿命。当风能和太阳能不足时，存储在电能存储单元20里的电能就可为电动船提供能源。如图2，电能存储单元20分别与充电单元30、电力推进装置40及用电负载、主控单元50相连接。所述新能源发电单元10发的电经充电单元30储存于电能存储单元20

内，并直接将直流电输送到所述电力推进装置40和用电负载，为其提供工作电源。电能存

储单元20的直流输电可采用公知的直流输电技术。该电能存储单元20设有电能存储管理装置，本实施例中，该电能存储管理装置为锂电池管理装置21，锂电池管理装置21采用通用的电池管理装置(BMS)。

如图2，本实施例中，新能源充电单元31为太阳能发电和风力发电组合的充电单

元，其可采用适用的通用充电器，其上设有充电及输出接口，新能源充电单元31分别与太阳能发电单元11、风力发电单元12、电能存储单元20及主控单元50连接，用于将太阳能发电单元11、风力发电单元12发的电存储到电能存储单元20中。所述岸上充电单元32通过电动船的外部充电接口与电能存储单元20相连接，以备电能存储单元的锂电池能量不足时，提供岸上充电补给。

图2中，电力推进装置40包括电机驱动单元、传动单元及船桨单元，其中的电机驱动单元的电机为直流电机，传动单元和船桨单元为通用的电动船传动机构及船桨机构。所述用电负载包括照明装置和空调、电冰箱、电视等家用电器，它们均是由电能存储单元20

提供直流工作电源的直流负载，其有效改变了将电能存储单元20的直流电逆变为交流电，再提供给交流负载的传统方式，因而可有效节约电能和降低成本。

图2中,所述主控单元50包括控制模块及与之相连的人机交互模块和信号采集模块，所述控制模块、人机交互模块和信号采集模块可以是任何公知的电动船用模块。所述信号采集模块还分别与新能源发电单元10、电能存储单元20、充电单元30、电力推进装置40及用电负载相连接，用于采集各单元的数据。

该主控单元50可实现对电动船各个重要单元的监视和控制功能，保证电动船各个单元正常工作，并完成各种故障检测和故障报警等功能。

实施例2

本发明的新能源电动船的基本结构同实施例1，所不同的是，如图3所示，所述电能存储单元20是由电池储能装置和超级电容储能装置构成的组合式电能存储单元。电动船推进用电机功率一般较大，从电机的特性考虑，启动电流一般是额定电流的几倍，尤其是经常起停的场合，对电池的寿命影响巨大。超级电容具有抗大电流冲击能量强、使用寿命长等突出优点。在电能存储单元中设置超级电容储能装置，可使得在启动时的大电流更多的从超级电容中获取，超级电容的能量不足时，可以通过电池为其充电，延长电池的使用寿命，减少了维护成本的同时，也增加了电动船的驱动性能。本实施例中，该电能存储单元20设有电池与超级电容混合管理装置22，其可采用通用的电池与超级电容混合管理装置(EMS)。

实施例3

本发明的新能源电动船的基本结构同实施例1，所不同的是，如图4所示，所述电能存储单元20为超级电容储能装置，其用于续航里程短，岸上充电补给方便的场合。由于超级电容允许大充电电流，所以充电迅速，这样简化了系统结构的同时，也减少了系统维护成本。本实施例中，该电能存储单元20设有超级电容管理装置23，其可采用通用的超级电容管理装置(CMS)。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种新能源电动船，包括新能源发电单元(10)，与新能源发电单元连接的电能存储单元(20)，与电能存储单元连接的充电单元(30)、电力推进装置(40)及用电负载，与新能源发电单元(10)、电能存储单元(20)、充电单元(30)及电力推进装置(40)连接的主控单元(50)，其特征在于，所述电力推进装置(40)和用电负载均为直流负载，所述新能源发电单元(10)发的电经充电单元(30)储存于电能存储单元(20)内，该电能存储单元(20)与所述电力推进装置(40)和用电负载相连接，直接将直流电输送到所述电力推进装置(40)和用电负载，为其提供工作电源。

2.如权利要求1所述的新能源电动船，其特征在于，所述新能源发电单元(10)为太阳能发电单元、风力发电单元、潮汐能发电单元、燃料电池发电单元中的一种或几种的组合。

3.如权利要求2所述的新能源电动船，其特征在于，所述太阳能发电单元包括普通太阳能发电装置、薄膜太阳能发电装置、聚光太阳能发电装置中的一种或者几种的组合。

4.如权利要求2所述的新能源电动船，其特征在于，所述风力发电单元为直流永磁风力发电机和开关磁阻风力发电机中的一种或其组合。

5.如权利要求1所述的新能源电动船，其特征在于，所述电能存储单元(20)为锂电池电能存储单元和超级电容电能存储单元中的一种或其组合。

6.如权利要求1所述的新能源电动船，其特征在于，所述充电单元(30)包括新能源充电单元(31)和岸上充电单元(32)，其中，新能源充电单元(31)分别与太阳能发电单元、风力发电单元、电能存储单元(20)及主控单元(50)连接，岸上充电单元(32)与电能存储单元(20)相连接。

7.如权利要求1所述的新能源电动船，其特征在于，所述电力推进装置(40)包括电机驱动单元、传动单元及船桨单元，所述用电负载包括照明装置和家用电器。

8.如权利要求1所述的新能源电动船，其特征在于，所述主控单元(50)包括控制模块及与之相连的人机交互模块和信号采集模块，所述信号采集模块还分别与新能源发电单元(10)、电能存储单元(20)、充电单元(30)、电力推进装置(40)及用电负载相连接。

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