CN201484653U - 带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船 - Google Patents

Abstract

一种带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，包括船体、控制台，艉部的电动推进装置，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和电动推进装置相连，蓄电池通过控制台与充电机连接，太阳能板和风力发电机安装在船体的顶部，分别通过控制台与蓄电池连接；热力发电机组或燃料电池与带整流器的配电板连接，配电板与控制台以及蓄电池组相连接。本装置可利用燃油燃气、风光能、岸电多种综合能源，采用充电方式形成以蓄电池为中心的船舶电站，取代机械推进、实现全电力推进，可满足长途运输的需要，具有舒适度高、操作简单精确、管理方便、维护工作量小、环保节能、高续航力、高可靠性和性能价格比，空间布局优化、反应快机动灵活的优点。

Description

带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船

技术领域

本实用新型涉及一种电动船，特别是一种带有蓄电池、采用高能燃料和多种清洁能源相结合的充电型长途全电动船。

背景技术

目前船舶使用的能源单一，除少量采用核动力以外，大多数都采用石油燃料。传统内燃机船舶占据统治地位。内燃机船舶存在烟尘噪声臭味和油水污染，船舶难以象在陆地上一样大幅度回收烟气和冷却水中的热能导致能量效率低，尽管效率较低(小于30％)，但由于燃油比能量高，所以目前除核动力以外，燃油船舶仍然具有最高的续航力。使用高碳燃料难免低效污染，原动机以机械方式直接进行船舶推进，属于粗放或粗糙的工作方式，以低效的内燃机方式获得高续航力的代价过大。

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、太阳能风能等辅助能源，但太阳能、风能等不能稳提供，在无风和雨天难以保证工作的持续性。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。

燃料电池是直接或间接地使用燃料氧化自由能、将低碳能源转变成电能的化学电池，高效无污染，然而、其民用商业化程度和技术成熟度不够，目前价格昂贵，例如熔融碳酸盐燃料电池的成本高达约2500欧元/kw。民用船舶不敢问津，但燃料电池却具有良好的前景，因为低碳能源是发展方向。

在推进方面，目前船舶以原动机直接式的推进、即机械推进为主。机械推进属于粗放或粗糙的工作方式，推进性能差、难以精确控制、无级调速，导致效率低。而电力推进属于精确或精细控制，具有多方面优势，在现代热力发电机技术、电机控制技术和电力电子技术、微处理技术的支持下，能量效率可高于机械式直接推进。然而目前国内电力推进船舶的应用不广泛，蓄电池电动船舶更是少见。

以上船舶能源和工作机械都难以满足当前船舶对于环保节能和大续航力的双重指标的要求。从技术上看，问题在于原动机采用高能能源，却采用落后的机械推进方式；电力推进虽然先进，但采用低能能源配套。从经济上看，价格是重要的制约因素。从方案上看，没有能够将多种能源和能量效率较高的电力推进技术结合起来，形成优势互补。

发明内容

为了弥补以上技术的不足，本实用新型提出一种带有蓄电池、并采用多种高能燃料和清洁能源、兼顾环保和续航力的蓄电池全电动船，即一种以岸电快速充电以及多种清洁能源和热力发电机组相结合的供电方案，以带有蓄电池的全电力方式推进相结合的综合能源长途蓄电池全电动船。

本实用新型的目的是这样实现的：一种带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，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和电动推进装置相连，蓄电池通过控制台与充电机连接，太阳能板和风力发电机安装在船体的顶部，分别通过控制台与蓄电池连接；热力发电机组或燃料电池与带整流器的配电板连接，配电板与控制台以及蓄电池组相连接。

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。蓄电池组中的蓄电池采用阀控密封免维护蓄电池，蓄电池组和超级电容器并联共同组成储能器。控制台上设置有风力发电机和太阳能板充电控制装置以及引用交流岸电通过充电机对于蓄电池进行快速充电的控制装置。

本实用新型提供的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，具有以下特点：

一、广泛利用综合能源，尤其是清洁能源，有利于提高船舶性能和缓解节能减排的压力。目前能源紧张、污染严重，燃油宝贵，以低效污染的方式利用燃油代价沉重。广辟能源、节能减排是时代的要求。江河海洋风光能丰富，大有潜力，船舶是流动的建筑，不单是运输的工具，也是开发新能源、搜集水域能量的工具，船舶具有大量的安放风光能量搜集装置的地方和空间。

二、采用多种能源有利于提高船舶电站的性能。多种能源相结合，可方便地以充电的方式与蓄电池联系，并可采用并联方式形成复合电源、系统简单控制方便，电源之间可相互补充、有利于减轻各自的压力、且保证了能源充足、提高了电源可靠性和使用寿命，更加有利于进行电力推进，电力推进的关键不在于是否采用电动机推进，而在于电能如何供应，多种电源的采用可提高电源和推进质量，解决了电能保障的关键问题。

以清洁能源与高能燃油互补，有利于适应当前的实际应用的需求，兼有蓄电池电动船舶和传统内燃机船舶的优势、在一定程度上兼顾了环保节能和续航力的双重指标。在有岸电地方，可充分利用清洁能源，可在一定时间和一定程度上降低烟尘噪声臭味和油水污染、改善船舶工作环境。

以快速充电的方式利用岸电，可适应工作快节奏、且有利于促进能源结构的调整优化。大型船舶类似于陆地上的小型发电站，应该在关闭之列，而当船舶能够大量利用岸电时，则相当于关闭低效电站。同时，大量采用清洁能源、利用低碳能源，可减小高碳能源的比例、有利于能源结构调整，节约宝贵的石油资源。

将机械推进的原动机的主机运行模式改变为电力推进的辅机模式工作，省去了原动机的频繁变向变速的操作，而以恒定速度工作，有利于提高稳定性和降低加速动能消耗。发电机配备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、采用蓄电池和超级电容器可大大改进供电质量和推进性能，并与多种能源相结合形成优良的船舶电站。在能量供应上，多种能源可提供充足能量、并具有选择性和可靠性，而因为蓄电池具有储能作用、所以相当于增加一个供电电源、也增加了利用风光能的机会。风光电气提供清洁廉价能源、油和气可成为主要的储能器，与单一蓄电池电动船舶不同，对于长途航行而言、蓄电池不是主要储能器，而是在供电中处于中心地位，相当于蓄水池、或电站功率稳定器、而有利于稳定电参数，并在使发电机得以休息的前提下加快响应速度。蓄电池可解决传统机械推进和发电机电力推进的能量供应与使用的同时性问题，因此可采用闲时充电、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、提高稳定性和可靠性。蓄电池的作为储能工具，为利用岸电提供了可能，又在很大程度上减小空载和怠速状态消耗，并且与超级电容器结合可轻易回收系统动能，由于蓄电池和电动机的效率较高、以及具有多种节能降耗措施，所以整体效率高。蓄电池与岸电风光油气能结合，可以极大提高船舶性能指标和节能水平，例如风光能可减少辅机工作时间、风光油气因素都可以增加续航力、蓄电池和风光能都具有节能效果，总体上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。

蓄电池和超级电容器安装于船舶底部，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。

四、与传统柴油机船舶的全机械式推进、以及传统常规潜艇和电动汽车的原动机的机械推进与电力推进两结合的方式不同，以全电力推进的方式完全取代了机械式推进，以精确控制的电力推进方式取代了粗放的机械推进方式，可获得优良的控制性能和节能效果。例如实现无级调速、软启动、矢量控制等。

五、可由驾驶室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，具有良好的操作性能和较快的反应速度。与机械推进相比，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。

六、热力机发电机组与蓄电池、以及风光电气能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。

七、与传统柴油机船舶相比，能够以简单方法利用多种综合能源与电力推进形成最佳配套，具有舒适度高、操作简单精确、管理方便、维护工作量小、环保节能、高续航力、高可靠性和性能价格比，空间布局优化、反应快机动灵活的优点。

八、采用综合电源，可提高船舶的性能指标和船舶可靠性。例如采用风光能，可全天候随时补充能量，可利用廉价能源降低运行成本、有利于呵护蓄电池而延长使用寿命，增加续航力减少对于岸电的依赖。总体上有利于提高竞争力、有利于普及推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型主甲板俯视图。

图3是本实用新型主电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括船体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3和电动推进装置4相连，蓄电池3通过控制台2与充电机5连接，太阳能板6和风力发电机7安装在船体1的顶部，分别通过控制台2与蓄电池3连接；热力发电机组8或燃料电池10与带整流器的配电板9连接，配电板9与控制台2以及蓄电池组3相连接。

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。

控制台2采用无级调速或有档调速装置。

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8和带整流器的配电板9可以安装在船舶不同的角落，以并联方式运行的柴油发电机中每一台机组都可以像备用发电机一样实现应急自启动，也可以由控制台2进行直接和间接(利用车种发令控制)控制其启动和停止。热力发电机组8通过带整流器的配电板9向蓄电池组3充电和向负载供电，控制台2可通过控制热力发电机组8和直接控制带整流器的配电板9控制发电机组8向蓄电池组3充电，控制方式可以是手动和自动两种，手动方式为间接控制方式；自动方式可以根据负载情况自行控制启用和停止发电机工作数量、以及自动调节输出功率大小。

蓄电池组3中的蓄电池采用阀控密封免维护蓄电池，蓄电池组3和超级电容器11并联共同组成储能器。

本实用新型的工作过程如下：船舶在电能方面的使用分为充电和用电两方面，在充电方面，优先利用太阳能板6和风力发电机7对蓄电池组3进行充电，充分利用充电机5引用岸电对蓄电池进行充电，在上述能源不足时，利用船舶发电机8和燃料电池10进行充电。在蓄电池组3存电不足时，则以船舶发电机8或燃料电池10为主、以太阳能板6和风力发电机7为辅，直接进行电力推进。太阳能板6和风力发电机7由控制台2进行全自动控制。充电机5可实现无人值班自动均衡充电。控制台2可以与各个电源控制器共同控制充电、以及对于蓄电池组3进行分配均衡充电。

在使用船舶发电机充电和供电时，可利用控制台2通知发电机舱室，采用手动方式通过配电板9启动发电机组8进行充电和供电。在一般情况下，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，以自动方式投入和停止工作。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，此时发电机一边对蓄电池组3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。例如船舶短时停靠，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，即完全取消了发电机的空载状态，此时，蓄电池作为主值班电源，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。本发明仅仅针对推进电动机，由综合电源形成以蓄电池为中心的船舶电站，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，推进装置4由变频器12、推进电动机13、齿轮箱14和螺旋浆15构成，电能经过变频器12后使推进电机13工作，通过齿轮箱14变速后使螺旋浆15转动，从而推动船体1运动。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)

1.一种带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，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(3)和电动推进装置(4)相连，蓄电池(3)通过控制台(2)与充电机(5)连接，太阳能板(6)和风力发电机(7)安装在船体(1)的顶部，分别通过控制台(2)与蓄电池(3)连接；热力发电机组(8)或燃料电池(10)与带整流器的配电板(9)连接，配电板(9)与控制台(2)以及蓄电池组(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，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所述的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，其特征在于：控制台(2)采用无级调速或有档调速装置。

4.根据权利要求1所述的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，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所述的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，其特征在于：蓄电池组(3)和超级电容器(11)并联共同组成储能器。

6.根据权利要求1或3所述的带有蓄电池的综合能源充电型长途全电动船，其特征在于：控制台(2)上设置有风力发电机(7)和太阳能板(6)充电控制装置以及引用交流岸电通过充电机(5)对于蓄电池(3)进行快速充电的控制装置。

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