一種電動拖船及其動力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電動拖船及其動力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 遠洋航運對于環(huán)境污染隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展越來越嚴重。世界十大港口有七個在 中國，這十大港口的吞吐量占全球吞吐量的26%。船舶活動頻繁會導(dǎo)致嚴重的空氣污染。中 國正為航運所造成的空氣污染付出高昂的代價。
[0003] 2014年10月，自然資源保護協(xié)會在京發(fā)布的《船舶和港口空氣污染防治白皮書》 指出，由于遠洋船舶使用高硫含量油，其排放廢氣中所含的柴油顆粒物、氮氧化物和硫氧化 物，嚴重威脅著人類健康與環(huán)境。絕大部分遠洋船舶主要使用高污染的燃料油(也稱為渣油 或重油）來提供動力、供熱和電力。燃料油是煉油的殘余產(chǎn)物，具有含硫量高、粘度高的特 點，還含有重金屬，如鎘、釩和鉛等。遠洋船舶發(fā)動機煙氣中的柴油顆粒物毒性較強，已被世 界衛(wèi)生組織（WHO)的癌癥研究所認定為致癌物質(zhì)。柴油顆粒物的體積非常小，包含了大約 40種有毒污染物，其中15種被確認為致癌物質(zhì)。
[0004] 世界各國對遠洋船舶的環(huán)境污染都非常重視，北美、歐洲及亞洲一些國家和地區(qū) 的政府也都非常重視，意識到航運的空氣污染對健康和環(huán)境的影響，分別都已采取了相關(guān) 措施來防治船舶和港口的空氣污染。
[0005] 我國國務(wù)院發(fā)布的《國家環(huán)境保護"十二五"規(guī)劃》以及《節(jié)能減排"十二五"規(guī)劃》 中，船舶和港口的廢氣減排主要通過以下兩種途徑實現(xiàn)：1、逐步淘汰落后且污染嚴重的船 舶；2、利用綠色技術(shù)提升港口基礎(chǔ)設(shè)施，包括門式起重機"油改電"技術(shù)和為泊岸船舶提供 岸電的設(shè)施、港口運輸車輛和貨物裝卸設(shè)備升級等。
[0006]目前國際上為了減小遠洋船舶污染的通用措施是采用拖船入港方法，一定程度上 減少了遠洋貨輪的重油廢氣的污染，但是所有拖船仍是柴油機直接驅(qū)動，柴油機的廢氣污 染程度仍然不小。港口環(huán)境污染的問題到目前為止依然是難以解決的重大問題。
[0007] 電動拖船的核心技術(shù)是電力推進技術(shù)(即電機和電控技術(shù)）和動力電池技術(shù)：目前 船舶電力推進技術(shù)已很成熟，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用在潛艇、起重船、破冰船、挖泥船、消防船、滾 裝船、領(lǐng)航船、航標(biāo)工作、船渡船、豪華游船以及軍事艦艇上。我國最新建造的海警船和遠洋 科考船都采用了先進的電力推進技術(shù)。
[0008] 由于在電池技術(shù)中，電池的比能量和重量等不能滿足電動拖船的電力推進要求， 因此目前在電動拖船中還尚未采用電池作為電力推進技術(shù)的能源。本實用新型使得用電池 做為電動拖船中電力推進技術(shù)的能源成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中通過柴油機驅(qū)動拖船的方式對 環(huán)境有污染，若換成電池電力推進的方式，電池的性能又不能滿足要求，通過本實用新型提 供的增程式技術(shù)，解決了柴油有污染，動力電池壽命短、續(xù)航里程短的問題。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供以下技術(shù)方案：
[0011] 本實用新型提供一種動力系統(tǒng)，應(yīng)用于電動拖船，所述動力系統(tǒng)包括電池模塊 (100 )、推動模塊（200 )和輔助發(fā)電模塊（300 )，所述電池模塊（100 )和輔助發(fā)電模塊（300 ) 可為推動申旲塊（200)提供電能；其中：
[0012] 所述電池模塊（100 )與所述推動模塊（200 )連接，電池模塊（100 )輸出電能至推動 模塊（200)，推動模塊（200)將所述電能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動所述電動拖船運動；
[0013] 所述輔助發(fā)電模塊（300 )分別與所述電池模塊（100 )和所述推動模塊（200 )連接， 當(dāng)所述電池模塊（100)的電量下降到預(yù)設(shè)值時輔助發(fā)電模塊（300)開始工作，所述輔助發(fā) 電模塊（300 )輸出電能至電池模塊（100 )從而給所述電池模塊（100 )充電，或者輔助發(fā)電模 塊（300 )輸出電能至推動模塊（200 )，推動模塊（200 )將所述電能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動所述電動 拖船運動。
[0014] 在一些實施例中，所述電池模塊（100)包括動力電池（110)和電池管理單元 (120)，所述電池管理單元（120)和動力電池（110)連接，電池管理單元（120)對動力電池 (110)進行監(jiān)測和管理。
[0015] 在一些實施例中，所述推動模塊（200)包括依次連接的主控制器（210)、推動電機 (220 )和推動裝置（230 )，所述主控制器（210 )與動力電池（110 )連接，主控制器（210 )接收 動力電池（110)輸出的電能并進行變頻控制后帶動推動電機（220)轉(zhuǎn)動，從而帶動推動裝 置（230)運轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述電動拖船運動。
[0016] 在一些實施例中，所述輔助發(fā)電模塊（300)包括發(fā)動機（310)、發(fā)電機（320)和發(fā) 電控制器（330)，所述發(fā)電機（320)分別和所述動力電池（110)、主控制器（210)連接，所述 發(fā)電機（320)輸出電能給動力電池（110)充電或者輸出電能給主控制器（210)，主控制器 (210 )進行變頻控制后帶動推動電機（220 )轉(zhuǎn)動，從而帶動推動裝置（230 )運轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述 電動拖船運動。
[0017] 在一些實施例中，所述輔助發(fā)電模塊（300)為輔助電池（340)，所述輔助電池 (340 )分別和所述動力電池（110 )、主控制器（210 )連接，所述輔助電池（340 )輸出電能給動 力電池（110)充電或者輸出電能給主控制器（210)，主控制器（210)進行變頻控制后帶動推 動電機（220)轉(zhuǎn)動，從而帶動推動裝置（230)運轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述電動拖船運動。
[0018] 在一些實施例中，所述動力電池（110 )為鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰硫電池、鎳 氫電池、鎘鎳電池、鉛酸電池或超級電容。
[0019] 在一些實施例中，所述發(fā)動機（310)使用的燃料為液化天然氣、甲醇、汽油、柴油或 煤油。
[0020] 在一些實施例中，所述輔助電池（340)為燃料電池或者太陽能電池。
[0021] 在一些實施例中，所述推動裝置（230)為螺旋槳。
[0022] 本實用新型的有益效果在于：本實用新型采用增程式電動模式有效解決了拖船的 瞬間功率和續(xù)航里程的問題，并且可大幅度減少動力電池的使用量，從目前鋰動力電池的 體積重量和造價方面考慮，采用增程式技術(shù)能夠大大降低電動拖船的制造成本；此外，本實 用新型相比目前使用的柴油機拖船有明顯的節(jié)省能源、減少有害氣體排放的作用，從而保 證了港口的空氣環(huán)境。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型提供的一種電動拖船的動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2為本實用新型實施例1提供的一種電動拖船的動力系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)框圖；
[0025] 圖3為本實用新型實施例2提供的一種電動拖船的動力系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本 實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0027] 此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之 間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0028] 本實用新型實施例提供一種動力系統(tǒng)，應(yīng)用于電動拖船，該電動拖船可以用于遠 洋貨輪港口，是一種新式拖船。本實用新型的動力系統(tǒng)采用電池模塊作為主要能源，輔助發(fā) 電模塊作為補充能源。采用本實用新型的增程式電動拖船技術(shù)后，目前的鋰動力電池在比 能量、使用壽命、制造成本方面完全可以滿足電動拖船的技術(shù)要求。
[0029] 如圖1所示，本實用新型實施例提供的動力系統(tǒng)包括電池模塊100、推動模塊200 和輔助發(fā)電模塊300,所述電池模塊100和輔助發(fā)電模塊300可為推動模塊200提供電能； 其中：
[0030] 所述電池模塊100與所述推動模塊200連接，電池模塊100輸出電能至推動模塊 200,推動模塊200將所述電能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動所述電動拖船運動；
[0031] 所述輔助發(fā)電模塊300分別與所述電池模塊100和所述推動模塊200連接，當(dāng)所 述電池模塊100的電量下降到預(yù)設(shè)值時輔助發(fā)電模塊300開始工作，所述輔助發(fā)電模塊300 輸出電能至電池模塊100從而給所述電池模塊100充電，或者輔助發(fā)電模塊300輸出電能 至推動模塊200,推動模塊200將所述電能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動所述電動拖船運動。
[0032] 下面通過多個實施例對該動力系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)做具體說明：
[0033] 實施例1:
[0034] 如圖2所示，并同時參考圖1，所述電池模塊100包括動力電池110和電池管理單 元120,所述電池管理單元120和動力電池110連接，電池管理單元120對動力電池110進行 監(jiān)測和管理。所述動力電池110可以采用鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰硫電池、鎳氫電池、 鎘鎳電池、鉛酸電池等可重復(fù)充電的二次電池，也可以使用超級電容等非化學(xué)儲能裝置，本 實用新型不做限定。
[0035] 所述推動模塊200包括依次連接的主控制器210、推動電機220和推動裝置230， 所述主控制器210與動力電池110連接，主控制器210接收動力電池110輸出的電能并進 行變頻控制后帶動推動電機220轉(zhuǎn)動，從而帶動推動裝置230運轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述電動拖船運 動。所述推動裝置230可以是螺旋槳，或者其他推動裝置。
[0036] 所述輔助發(fā)電模塊300包括發(fā)動機310、發(fā)電機320和發(fā)電控制器330,所述發(fā)電 機320分別和所述動力電池110、主控制器210連接，所述發(fā)電機320輸出電能給動力電池 110充電或者輸出電能給主控制器210,主控制器210進行變頻控制后帶動推動電機320轉(zhuǎn) 動，從而帶動推動裝置230運轉(zhuǎn)以驅(qū)動所述電動拖船運動。所述發(fā)動機310使用的燃料可 以采用液化天然氣、甲醇、汽油、柴油或煤油等燃料。
[0037] 本實施例的工作原理如下：
[0038] 動力系統(tǒng)的主要能源來自于動力電池110，動力電池110的電能經(jīng)主控制器210變 頻控制使推動電機220轉(zhuǎn)動，帶動推動裝置230推動船舶。主控制器210接受來自船舶控 制室的指令，控制船舶的方向和速度。電池管理單元120實現(xiàn)對動力電池110的監(jiān)測和管 理，保證動力電池110的正常工作。發(fā)動機310、發(fā)電機320、發(fā)電控制器330三個部件共同 完成發(fā)電功能，稱為輔助發(fā)電模塊。當(dāng)動力電池110電量用完或達到某個預(yù)先