一种船舶光伏电力推进系统及其推进方法

摘要

本发明提出了一种船舶光伏电力推进系统，包括：太阳能电池板组件，用于将太阳光能转变成电能；锂电池组件，用于储存所述太阳能电池板组件产生的富余电能；电输出组件，用于将光伏电池板和锂电池组的电能转换成机械能控制；能量管理控制组件，用于对上述组件进行能量管理控制使系统正常工作；传输组件，用于满足电能在上述各组件之间的传递。其推进方法包括以下步骤：太阳能电池板组件吸收太阳光能，输出不稳定的直流电能；单向DC‑DC变换器将不稳定的直流电能升高并稳定在推进系统所需的电源电压；推进系统通电后根据工作需求驱动船舶作出不同的航行动作；能量管理控制组件根据系统的具体情况控制系统内电能的走向。

说明书

技术领域

本发明属于船舶动力技术领域，具体涉及一种船舶光伏电力推进系统及其推进方法。

背景技术

目前，船舶动力来源主要为柴油机、燃气轮机等，在其提供动力的同时还会排放大量的硫氧化物、二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，对环境和大气造成严重的污染。

太阳能以其清洁，无污染，且不会枯竭,资源分布广泛,受地域限制而受到越来越多的关注和应用。

船舶光伏电力推进是利用光伏电池组将太阳能直接转变为电能的装置同时经过船舶上的直流母排配电板向船舶上的推进系统进行供电。

相对于常规的光伏系统即发即送的做法，无法将光伏所产生的电源进行储存，并在没有阳光(如阴天、夜晚及下雨天)时向船上设备供电。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本申请提出一种船舶光伏电力推进系统，包括：

太阳能电池板组件，用于将太阳光能转变成电能；

锂电池组件，用于储存所述太阳能电池板组件产生的富余电能；

电输出组件，用于将光伏电池板和锂电池组的电能转换成机械能控制；

能量管理控制组件，用于对上述组件进行能量管理控制使系统正常工作；

传输组件，用于满足电能在上述各组件之间的传递。

进一步的，所述电输出组件包括：

直流母排配电板，用于将电源分配给推进器和船上的各设备；

推进系统，用于为船舶提供动力。

进一步的，所述推进系统包括：

变频器，通过改变工作电流的频率实现对推进器的控制；

推进器，根据工作电流实现船舶的前进、后退、停止和加速。

进一步的，所述能量管理控制组件包括：

第一测量装置，用于测量某一周期内太阳能电池板组件输出电能的相关数据；

第二测量装置，用于测量同一周期内电输出组件当前工作需求电能的相关数据；

单片机，用于接收第一测量装置和第二测量装置收集到的数据并将其进行比较，同时根据比较结果输出相应的控制指令；

控制电路，用于接收控制指令，根据控制指令控制传输组件内电能的走向。

进一步的，所述第一测量装置包括电流表、电压表以及相关的测量电路，所述第二测量装置包括存储芯片以及相关的测量电路，电能的相关数据包括电路的电流、电路的电压以及输出组件的功率。

进一步的，所述传输组件包括：

单向DC-DC变换器，用于将光伏电池板产生的不稳定的直流电源提升电压至满足船舶电源使用要求；

双向DC-DC变换器，用于提供向所述锂电池组件进行充放电的功能。

一种上述的船舶光伏电力推进系统的推进方法，包括以下步骤：

太阳能电池板组件吸收太阳光能，输出不稳定的直流电能；

单向DC-DC变换器将不稳定的直流电能升高并稳定在推进系统所需的电源电压；

推进系统通电后根据工作需求驱动船舶作出不同的航行动作；

能量管理控制组件根据系统的具体情况控制系统内电能的走向。

进一步的，所述工作需求是指太阳能电池板组件输出的电能与电输出组件当前工作需求的电能是否匹配。

进一步的，能量管理控制组件根据系统的具体情况控制系统内电能的走向具体包括：

当太阳能电板组件输出的电能大于电输处组件当前工作需求的电能，太阳能电池板组件输出的电能同时向锂电池组和推进系统放电；

当太阳能电板组件输出的电能等于电输处组件当前工作需求的电能，太阳能电池板组件输出的电能只向推进系统放电；

当太阳能电板组件输出的电能小于电输处组件当前工作需求的电能，太阳能电池板组件和锂电池组同时向推进系统放电。

本发明提出的船舶光伏电力推进系统及推进方法，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明能够克服相对于常规的光伏系统即发即送的做法，可以将光伏所产生的电源进行储存，并能够在没有阳光(如阴天、夜晚及下雨天)时向船上设备供电。

附图说明

图1为本发明的逻辑连接示意图，

图2为本发明电池电路的等效电路，

图3为本发明某一具体实施例的逻辑连接示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

参照图1，本发明提出的船舶光伏发电推进系统，包括：太阳能电池板组件、锂电池组件、电输出组件、能量管理控制组件和传输组件。

太阳能电池板组件，用于将太阳光能转变成电能；

锂电池组件，用于储存所述太阳能电池板组件产生的富余电能；

电输出组件，用于将光伏电池板和锂电池组的电能转换成机械能控制；具体包括直流母排配电板(用于将电源分配给推进器和船上的各设备)以及推进系统(用于为船舶提供动力)；具体的，推进系统包括变频器(通过改变工作电流的频率实现对推进器的控制)和推进器(根据工作电流实现船舶的前进、后退、停止和加速)；

能量管理控制组件，用于对上述组件进行能量管理控制使系统正常工作；具体包括第一测量装置、第二测量装置、单片机以及控制电路；

第一测量装置具体包括电流表、电压表以及相关的测量电路，测量太阳能电池板输出端的开路电压U，以及测量太阳能电池板输出端的短路电流I，利用Q＝UI算出太阳能电池板输出端的电功率；

第二测量装置具体包括存储芯片以及相关的测量电路，存储芯片内存储有各输出组件的功率，通过相关的测量电路找出周期内正处于工作状态的输出组件的功率；

单片机将电池板输出端的电功率与工作状态输出组件的功率之和进行比较，并根据比较结果输出对应的控制指令；

控制电路接收控制指令，并根据控制指令控制传输组件内电能的走向。

传输组件，包括单向DC-DC变换器(用于将光伏电池板产生的不稳定的直流电源提升电压至满足船舶电源使用要求)和双向DC-DC变换器(用于提供向所述锂电池组件进行充放电的功能)。

本发明提出的船舶光伏发电推进方法，具体为：

光伏电池板a吸收光能转变为不稳定的直流电能，需通过单向DC-DC变换器c将输出电压稳定在推进系统所需的电源电压；能量管理控制b根据船舶的供电情况对光伏电池板a和锂电池组e进行控制管理，以保证船舶工作正常，其主要包括两种情况：

光伏电池板a发电量充裕时，光伏电池板a同时向锂电池组e和推进系统g放电；

当整船处于较大工况而光伏电池板a发电的功率不足时，锂电池组e释放存储的电能以维持船舶航行。

如图2所示，为本发明电池电路的等效电路：

Iph为光伏电池受到太阳光辐照产生的光生电流值，考虑到光伏电池的电极表面层存在横向电流，因此需要在等效电路中串联一个电阻RS。Rsh是分路电阻，用来代替因PN结缺陷产生的漏电流Ish。Id为PN节正向电流，UPv为光伏电池的输出电压，IPV为光伏电池的输出电流。

图3为本申请应用的其中一实施例：

某型渡船，该船船长13m，采用双体船设计，乘载量为36人；船上配备6组锂电池，每组容量为48V/90Ah，总蓄电量为26kWh；推进系统，配置2台20kW交流马达，总动力约38kW，最高航速可达9kn，若以3kn航速运行则至少可行驶9h。

其中高压盒是用于将6组锂电池的电压进行叠加，控制柜是对电池组进行回路控制并将控制的状态发送到能量管理系统，能量管理系统是保证锂电池安全的另一个重要组成部分，主要负责电池的监测保护和能量均衡功能。该系统由SOC估测、动态监测和电池均衡这三个模块组成。是锂电池作为电源必不可少的监控设备，一般根据需要确定选择一个能量管理系统几个或几十个单体锂电池，主要功能是对单体电池进行实时监控，包括电池状态监测、电池状态分析、控制功能、能量管理、电池安全保护及对外传输电池运行状态和监测报警、降功率和停机信号。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。