專利名稱：柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶電力推進(jìn)方式具有操縱性能好、節(jié)能環(huán)保的顯著優(yōu)點(diǎn)，可以降低船舶的廢氣排放，減少船舶的燃料能源消耗，同時(shí)可以獲得較好的動(dòng)力特性。中國(guó)專利201010300192. X公開了一種包括柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)組、配電系統(tǒng)、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及推進(jìn)器的電力推進(jìn)系統(tǒng)；中國(guó)專利200810034693. 0公開了一種電力推進(jìn)船舶的控制裝置及其控制方法。上述專利中， 其電力推進(jìn)船舶的主動(dòng)力電源均為常規(guī)的柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)組(簡(jiǎn)稱柴油發(fā)電機(jī)組)。這種柴油發(fā)電機(jī)組供電的電力推進(jìn)系統(tǒng)可以有限降低但不能根本消除船舶的廢氣排放。為了實(shí)現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的廢氣零排放，發(fā)展以清潔能源為主動(dòng)力電源的綠色船舶具有重要意義。中國(guó)專利200710036259. 1公開了一種基于超級(jí)電容混合動(dòng)力的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，其供電系統(tǒng)包括與推進(jìn)控制系統(tǒng)相連的超級(jí)電容組以及電池堆；中國(guó)專利 200820155772. 2公開了一種用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其供電系統(tǒng)包括與推進(jìn)控制系統(tǒng)相連的超級(jí)電容組以及電池堆。上述專利中以蓄電池和超級(jí)電容作為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的主動(dòng)力電源，取消了常規(guī)的柴油發(fā)電機(jī)組，使得船舶自身可實(shí)現(xiàn)廢氣的零排放。但是，作為船舶主電源的超級(jí)電容和蓄電池需經(jīng)岸上充電儲(chǔ)能，在航行中一旦超級(jí)電容和蓄電池的儲(chǔ)能用盡或自身發(fā)生故障，則會(huì)導(dǎo)致船舶失去動(dòng)力，會(huì)造成嚴(yán)重的船舶航行安全事故；其次，船舶正常航行中一般不會(huì)產(chǎn)生可回收的電力推進(jìn)系統(tǒng)的制動(dòng)動(dòng)能，因此超級(jí)電容在系統(tǒng)中的意義并不大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，包括船舶控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、配電板和電力推進(jìn)系統(tǒng)，船舶控制系統(tǒng)中設(shè)置有電源管理控制器和推進(jìn)操縱控制器，電源系統(tǒng)通過配電板與電力推進(jìn)系統(tǒng)連接，電源系統(tǒng)和配電板分別與電源管理控制器連接，電力推進(jìn)系統(tǒng)連接于推進(jìn)操縱控制器。進(jìn)一步，所述電源系統(tǒng)中設(shè)置有岸電接電箱、柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組；電力推進(jìn)系統(tǒng)中設(shè)置有變頻器，變頻器與推進(jìn)電機(jī)連接，推進(jìn)電機(jī)連接于推進(jìn)器；配電板中設(shè)置有匯流排，匯流排上設(shè)置有主開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)，主開關(guān)連接于發(fā)電機(jī)組，負(fù)荷開關(guān)連接于變頻器；動(dòng)力電池組通過充放電控制器分別與主開關(guān)和所述電源管理控制器連接，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置有電機(jī)控制器，電機(jī)控制器連接于電源管理控制器。進(jìn)一步，所述船舶控制系統(tǒng)中還設(shè)置有駕駛臺(tái)操作單元、機(jī)艙操作單元和參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元，駕駛臺(tái)操作單元和機(jī)艙操作單元分別連接有顯示屏和車鐘，參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元連接有顯示器和報(bào)警器，電源管理控制器、推進(jìn)操作控制器、駕駛臺(tái)操作單元、機(jī)艙操作單元、參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接。本發(fā)明的有益效果是，柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池混合供電可由四種不同的工作模式純電池供電模式、純柴電供電模式、混合供電模式、停泊充電模式。在停泊充電模式下， 由岸電對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，儲(chǔ)存電能；在純電池供電模式下，船舶以經(jīng)濟(jì)航速航行；在純柴電供電模式下，船舶可以大功率全速航行，且柴油發(fā)電機(jī)組的剩余功率可為電池充電；在混合供電模式下，可根據(jù)船舶航行狀態(tài)以及電力推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)決定由動(dòng)力電池供電、柴油發(fā)電機(jī)組供電、或由動(dòng)力電池和柴油發(fā)電機(jī)組共同為船舶供電；可實(shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能減排，同時(shí)也將產(chǎn)生較顯著的節(jié)支效果，而柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池混合供電方式，保證了船舶的航行安全，提高了船舶的續(xù)航性能。


圖1是本發(fā)明提出的柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由電源系統(tǒng) 100、配電板300、電力推進(jìn)系統(tǒng)400和船舶控制系統(tǒng)500組成。電源系統(tǒng)100包括了岸電接電箱101，柴油發(fā)電機(jī)組111和121，動(dòng)力電池組131 和充放電控制器132。岸電接電箱101為船舶接入岸電，通過主開關(guān)301連接到匯流排310上，可在船舶停航靠泊狀態(tài)下為船舶提供電力，向動(dòng)力電池組121充電儲(chǔ)能。柴油發(fā)電機(jī)組111和121通過主開關(guān)311和312連接到匯流排310上，在柴油發(fā)電機(jī)組供電模式或混合供電模式下為電力推進(jìn)系統(tǒng)400提供電力，并可向動(dòng)力電池組131 充電儲(chǔ)能。通過電機(jī)控制器112和122分別對(duì)機(jī)組111和121的起動(dòng)、并車、解列、停車，以及頻率和電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)施控制。動(dòng)力電池組131由充放電控制器132控制其充電或放電，通過主開關(guān)313連接到匯流排310上，在電池供電模式或混合供電模式下，為電力推進(jìn)系統(tǒng)400提供電力。動(dòng)力電池可以是高密度鋰離子電池，也可以是堿性蓄電池或鉛酸蓄電池。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)400，由推進(jìn)器431、推進(jìn)電機(jī)421和變頻器411組成了一套獨(dú)立的電力推進(jìn)系統(tǒng)，通過負(fù)荷開關(guān)321連接到匯流排310上；由推進(jìn)器432、推進(jìn)電機(jī)422和變頻器412組成了另一套獨(dú)立的電力推進(jìn)系統(tǒng)，通過負(fù)荷開關(guān)322連接到匯流排310上。獨(dú)立的電力推進(jìn)系統(tǒng)并不必須是二套，根據(jù)船舶的推進(jìn)要求，可以是一套、二套或二套以上。 推進(jìn)電機(jī)可以是異步電動(dòng)機(jī)，也可以是同步電動(dòng)機(jī)。控制系統(tǒng)500由電源管理控制器501、推進(jìn)操縱控制器502、駕駛臺(tái)操作單元503、 機(jī)艙操作單元504、以及參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元505等組成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)510連接起來(lái)，相互之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。電源管理控制器501，也稱為電源管理系統(tǒng)(PMS，Power ManagementSystem)是集控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)和管理于一體的綜合性監(jiān)控系統(tǒng)，提供穩(wěn)定、安全的電能是PMS的首要任務(wù)。電源管理控制器501連接電機(jī)控制器112和122、充放電控制器132、以及配電板300。 主要功能是柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池組的能量分配控制和管理、柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組的狀態(tài)監(jiān)控管理，輸配電系統(tǒng)的安全保護(hù)及報(bào)警管理、電力推進(jìn)用電負(fù)荷的監(jiān)控管理等。連接電力推進(jìn)系統(tǒng)400的推進(jìn)操縱控制器502，通過現(xiàn)場(chǎng)總線510，接受駕駛臺(tái)操作單元503或機(jī)艙操作單元504的指令直接操控變頻器411和412，實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)電機(jī)421和 422的推進(jìn)控制。推進(jìn)控制可以以二種模式進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制模式或負(fù)荷(轉(zhuǎn)矩)控制模式， 分別應(yīng)用于不同的航行環(huán)境。駕駛臺(tái)操作單元503和機(jī)艙操作單元504，連接車鐘5031和5041，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)操縱控制的指令發(fā)送，也可以連接顯示屏5032和5042，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)與操縱狀態(tài)的顯示。參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元505連接顯示器5051、報(bào)警器5052等外部設(shè)備，通過現(xiàn)場(chǎng)總線510獲取電源管理控制器501、推進(jìn)操縱控制器502、駕駛臺(tái)操作單元503和機(jī)艙操作單元504等的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和修改。柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)可以有四種供電模式運(yùn)行純柴電供電模式、純電池供電模式、混合供電模式和停泊充電模式。(a)純電池供電模式由動(dòng)力電池組131提供全船電力推進(jìn)用電，由電源管理控制器501 (PMS)監(jiān)視動(dòng)力電池組的剩余電量。當(dāng)剩余電量低于設(shè)定的閾值(如30%額定容量)時(shí)，將給出低電量報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)起動(dòng)單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組111或121投入運(yùn)行替代動(dòng)力電池組供電。船舶在經(jīng)濟(jì)航速(航速低于額定航速80%以下)下航行時(shí)，將主要以這種純電池供電模式運(yùn)行。 在這種模式下，船舶達(dá)到了最佳的節(jié)能減排效果。(b)純柴電供電模式由柴油發(fā)電機(jī)組111、121提供全船電力推進(jìn)用電，由電源管理控制器501 (PMS)根據(jù)電力推進(jìn)用電負(fù)荷的需要，來(lái)決定投入電網(wǎng)(配電板300)的發(fā)電機(jī)組數(shù)量。船舶大功率全速航行，或船舶輔助用電量大大增加，或動(dòng)力電池剩余電量不夠?yàn)殡娏ν七M(jìn)系統(tǒng)供電時(shí)， 將以這種純柴電供電模式運(yùn)行。在純柴電供電模式下，柴油發(fā)電機(jī)組111、121的剩余功率可為動(dòng)力電池組131充電，因此柴油發(fā)電機(jī)組111、121始終運(yùn)行在高(滿)負(fù)荷狀態(tài)下，節(jié)能效果明顯。(c)混合供電模式由柴油發(fā)電機(jī)組111和121、動(dòng)力電池組131共同提供全船電力推進(jìn)用電，由電源管理控制器501根據(jù)電力推進(jìn)用電負(fù)荷的需要，決定電源混合供電的電量分配及優(yōu)先次序。①在經(jīng)濟(jì)航速下，自動(dòng)停止柴油發(fā)電機(jī)組111、121運(yùn)行，僅由動(dòng)力電池組131供電；② 動(dòng)力電池組131的剩余容量不夠時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組111、121投入運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)組111、121的剩余功率可為動(dòng)力電池組131充電；③大功率全速航行以及船舶輔助用電量大大增加時(shí)、或在緊急情況下，由動(dòng)力電池組131和柴油發(fā)電機(jī)組111、121共同供電，以滿足船舶用電需要。這種全自動(dòng)的混合供電模式，包含了以上純柴電供電模式和純電池供電模式。(d)停泊充電模式船舶靠泊停航狀態(tài)下，利用碼頭岸電，通過岸電接電箱101為船舶接入岸電，通過主開關(guān)301連接到匯流排310上，向動(dòng)力電池組121充電儲(chǔ)能。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，包括船舶控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、配電板和電力推進(jìn)系統(tǒng)，船舶控制系統(tǒng)中設(shè)置有電源管理控制器和推進(jìn)操縱控制器，電源系統(tǒng)通過配電板與電力推進(jìn)系統(tǒng)連接，電源系統(tǒng)和配電板分別與電源管理控制器連接，電力推進(jìn)系統(tǒng)連接于推進(jìn)操縱控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)中設(shè)置有岸電接電箱、柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組；電力推進(jìn)系統(tǒng)中設(shè)置有變頻器，變頻器與推進(jìn)電機(jī)連接，推進(jìn)電機(jī)連接于推進(jìn)器；配電板中設(shè)置有匯流排，匯流排上設(shè)置有主開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)，主開關(guān)連接于發(fā)電機(jī)組，負(fù)荷開關(guān)連接于變頻器；動(dòng)力電池組通過充放電控制器分別與主開關(guān)和所述電源管理控制器連接，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置有電機(jī)控制器，電機(jī)控制器連接于電源管理控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于，所述船舶控制系統(tǒng)中還設(shè)置有駕駛臺(tái)操作單元、機(jī)艙操作單元和參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元，駕駛臺(tái)操作單元和機(jī)艙操作單元分別連接有顯示屏和車鐘，參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元連接有顯示器和報(bào)警器，電源管理控制器、推進(jìn)操作控制器、駕駛臺(tái)操作單元、機(jī)艙操作單元、參數(shù)設(shè)定與故障報(bào)警單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接。
全文摘要
柴油發(fā)電機(jī)組與動(dòng)力電池混合供電的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，包括船舶控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、配電板和電力推進(jìn)系統(tǒng)，船舶控制系統(tǒng)中設(shè)置有電源管理控制器和推進(jìn)操縱控制器，電源系統(tǒng)通過配電板與電力推進(jìn)系統(tǒng)連接，電源系統(tǒng)和配電板分別與電源管理控制器連接，電力推進(jìn)系統(tǒng)連接于推進(jìn)操縱控制器。所述電源系統(tǒng)中設(shè)置有岸電接電箱、柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池組；電力推進(jìn)系統(tǒng)中設(shè)置有變頻器，變頻器與推進(jìn)電機(jī)連接，推進(jìn)電機(jī)連接于推進(jìn)器；配電板中設(shè)置有匯流排，匯流排上設(shè)置有主開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)，主開關(guān)連接于發(fā)電機(jī)組，負(fù)荷開關(guān)連接于變頻器。采用柴油發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力電池混合供電方式，保證了船舶的航行安全，提高了船舶的續(xù)航性能。
文檔編號(hào)B63H21/20GK102211657SQ20111012110
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者劉昭, 周賢文, 康偉, 沈愛弟, 顧偉 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)