CN202737555U - 船舶用复合能源装置及设置有复合能源装置的船舶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶用复合能源装置及设置有复合能源装置的船舶。复合能源装置包括：第一发电机组，在该第一发电机组输出端设置有充电器，储能单元，包括超级电容器模组和铅酸/锂电池模组；所述超级电容器模组和铅酸/锂电池模组通过充电器与第一发电机组电连接。或者，所述储能单元输入端还连接有用以向超级电容器模组和铅酸/锂电池模组提供电能的可再生能源***构成的第二发电机组。本实用新型中的储能单元采用超级电容模组替代传统的铅酸电池对船舶上的内燃机启动提供功率支持，减少了铅酸电池的使用，降低了铅和硫酸对环境的污染。另外，采用可再生能源发电***的第二发电机组为船舶供电，可以降低对不可再生能源的利用。

Description

船舶用复合能源装置及设置有复合能源装置的船舶

技术领域：

本实用新型涉及能源储存设备技术领域，尤其是一种用于船舶的复合能源装置及设置有复合能源装置的船舶。

背景技术：

目前出海作业的船舶离不开电能。船舶上的照明需要能源，船舶上的拖网内燃机等动力***的启动等都需要能源。见图1所示，现在船舶上多采用柴油发电机101提供电源。柴油发电机101通过充电器102为两组铅酸电池103、104充电。其中一组铅酸电池对柴油发电机101、拖网内燃机的启动供电。另一组铅酸电池104为船舶上直流用电设备进行供电，包括：常规设备、GPS、操作仪表等。而船舶上的交流用电设备（如日常照明等）由柴油发电机101直接供电。

上述的柴油发电机启动和日常照明用电、仪器仪表用电主要用铅酸电池和柴油发电机进行提供。由于柴油机启动需要很大电流，通常在400A左右，用铅酸电池作为启动电源，由于铅酸电池的放电倍率较少，需要用很大容量的铅酸电池才能启动内燃机。直流仪器仪表的用电也通过铅酸电池提供。铅酸电池中的主要成分铅是重金属，对环境有严重危害，电解液是硫酸的水溶液，硫酸不但对环境有危害，还有很强的腐蚀作用，对周边设备和装置造成破坏。普通的铅酸蓄电池在使用要经常加水，维护频繁，使用寿命短，需要经常更换，使铅酸蓄电池对环境的污染和使用成本更大。电池出海后铅酸电池的充电和照明用电需要用柴油发电机进行发电，柴油为不可再生能源，同时排放的气体会对环境造成污染。

随着社会经济的发展，能源的需求越来越大，不可再生能源会越来越少，使用是不可持续的。人们对于绿色能源和生态环境越来越关注；对产品的安全性和可靠性的要求也越来越高，急需一种新的、绿色、安全能源储存装置，满足越来越大的能源需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种船舶用复合能源装置，该复合能源装置安全性能高，且可有效降低对环境的污染。

本实用新型所要解决的第二个技术问题就在于提供一种设置有复合能源装置的船舶，通过该复合能源供应装置减少船舶对不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率。

为解决上述第一个技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：该复合能源装置包括：第一发电机组，在该第一发电机组输出端设置有充电器，储能单元，包括超级电容器模组和铅酸/锂电池模组；所述超级电容器模组和铅酸/锂电池模组的输入端通过充电器与第一发电机组电连接。

进一步而言，上述技术方案中，所述超级电容器模组和铅酸/锂电池模组的输入端还连接有用以向超级电容器模组和铅酸/锂电池模组提供电能的第二发电机组，在所述超级电容器模组、铅酸/锂电池模组和第二发电机组之间的电路上设置有用以对第二发电机组的电气性能参数进行调节的电气控制装置。

进一步而言，上述技术方案中，所述第一发电机组为柴油发电机。

进一步而言，上述技术方案中，所述第二发电机组为以下任意一种发电机组或者其组合：风力发电机组、太阳能发电机组、波浪或潮汐发电机组和生物质能发电机组。

进一步而言，上述技术方案中，所述电气控制装置包括：用以调节电压频率和/或功率的控制器以及用以使直流电转换为交流电的逆变器，所述第二发电机组的电能在经电气控制装置调节后对储能单元充电。

为解决上述第二个技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：该设置有复合能源装置的船舶，包括用电负载和采用上述技术方案中的复合能源装置，所述用电负载与复合能源装置的储能单元相连。

进一步而言，该技术方案中，所述用电负载包括：内燃机负载、直流用电负载和交流用电负载，所述内燃机负载与储能单元的超级电容器模组的输出端相连，直流用电负载与储能单元的铅酸/锂电池模组的输出端相连，所述交流用电负载与第一发电机组或/和第二发电机组的输出端相连。

本实用新型采用上述技术方案后，复合能源装置中储能单元包括超级电容模组、铅酸电池或锂电池模组，发电单元包括第二发电机组和第一发电机组，其中第二发电机组可为太阳能，风力，波浪、潮汐或生物质能发电机组，第一发电机组为柴油发电机或汽油发电机；而超级电容模组作为启动电源，为内燃机启动或其它用电负载提供动力；铅酸电池或锂电池组为容量型，为常规设备、GPS、照明或操作仪表提供能源；第二发电机组为超级电容模组、铅酸电池模组或锂电池模组进行充电，对照明设备等进行供电。第一发电机组在第二发电机组提供电力供应不足的情况下，作为能源补充进行发电，这样减少铅酸电池的使用和柴油等不可再生能源的利用，减少环境的污染，节约资源。

所述超级电容模组的电压与内燃机启动电压相匹配，可以与内燃机直接连接启动内燃机。超级电容器模组由若干个超级电容单体串联或串并联组成，用坚固的外壳对串并联后的单体进行封装，超级电容模组正负极输出柱引出外壳与内燃机连接，提供能源。

所述的第二发电机组中的可再生能源***可以为：太阳能发电机组，风力发电机组，波浪或潮汐发电机组，生物质能发电机组；这些发电机组可以单独使用，也可以组合使用，发电后经过控制器对有关电力参数进行处理，达到超级电容模组和铅酸电池模组需要的电压和功率。同时，第二发电机组可以同时为超级电容模组、铅酸/锂电池模组充电，还可以通过逆变器后为船舶上的日常照明供电。

所述的超级电容器模组，既可以接受来自第二发电机组的电力，还可以用铅酸电池或锂电池对其充电。所述的超级电容器模组，其与铅酸电池或锂电池具有相近的充电电压范围。

本实用新型采用上述技术方案后，其有益效果如下:

1)由于本实用新型中的能源储能单元采用超级电容模组替代传统的铅酸电池对船舶上的内燃机启动提供功率支持，减少了铅酸电池的使用，降低了铅和硫酸对环境的污染。

2)由于本实用新型作为船舶复合能源供应装置，其主要是用太阳能，风力，波浪、潮汐或生物质能等可再生能源发电***为船舶供电，可以降低对不可再生能源的利用，如柴油、汽油等。海上具有丰富的风力资源，太阳能资源，及波浪、潮汐等资源，可以为发电***提供保障。

附图说明：

图1是现有船舶用能源供应装置的原理图；

图2是本实用新型设置有复合能源装置的船舶第一实施例的原理图；

图3是本实用新型设置有复合能源装置的船舶第二实施例的原理图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

如图2所示，本实用新型的船舶第一实施例，本实用新型的船舶包括：复合能源装置以及与复合能源装置连接的船舶用电负载；其中，所述复合能源装置包括：第一发电机组2以及储能单元，在该第一发电机组2输出端设置有充电器9，该充电器用以把交流电转化为直流电；所述储能单元包括超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4；所述第一发电机组2通过充电器9与超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4电连接。

上述第一发电机组2优选柴油发电机组，工作时，所述柴油发电机组把所产生的电能通过充电器9向超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4输送、储存。

为增加本实用新型船舶的安全性能，且避免其对环境产生更大的污染，本实用新型的复合能源装置设置有第二发电机组1，该第二发电机组1亦与所述超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4的输入端相连。

上述第二发电机组1优选为风力发电机组11、太阳能发电机组12、波浪或潮汐发电机组13和生物质能发电机组14的一种，当然也可以是其任意组合。

为了在工作时对第二发电机组1的电能的电压、电流等参数进行调节，在所述超级电容器模组3、铅酸/锂电池模组4和第二发电机组1之间的电路上设置有电气控制装置8，该电气控制装置8可以对第二发电机组1的电气性能参数进行调节；该电气控制装置8包括用以调节电压频率和/或功率的控制器81以及用以使直流电转换为交流电的逆变器80。

工作时，第二发电机组1在风力、太阳等的作用下产生电能，该电能的电压、电流值在经过电气控制装置8调节成为所需要的参数值，然后通过超级电容器模组3和铅酸/锂电模组4的输入端对超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4进行充电。

将上述的复合能源装置用于船舶上时，使船舶的用电负载与复合能源装置的超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4分别进行连接；用电负载在超级电容器模组3和铅酸/锂电池模组4的作用下进行工作。

本实用新型的船舶用电负载包括：内燃机负载5、直流用电负载6和交流用电负载7；由于超级电容器有输出功率大等优点，而内燃机负载5在启动时，需要的功率较大，故，本实用新型使内燃机负载5与储能单元的超级电容器模组3的输出端相连。这样，在启动时，由超级电容器模组3向内燃机负载提供电能，避免了传统内燃机负载在启动，因其瞬时所需功率较大，造成铅酸/锂电池模组寿命缩短的缺陷，进而提高了船舶复合能源装置的使用寿命。同时，根据各用电负载的特点，使本实用新型的直流用电负载6与储能单元的铅酸/锂电池模组4的输出端相连，这样，亦可利用铅酸/锂电池模组4容量较大的优点；对于本实用新型的交流用电负载7，其既可以与第一发电机组2相连，亦可与第二发电机组1的输出端相连。

由于本实用新型第二发电机组1的风力发电机组11产生的是交流电，太阳能发电机组12产生的是直流电，两者发出的电需要通过控制器81进行处理，得到稳定的直流电，该直流电压控制在29V内,经过控制开关82后直接给超级电容模组3和铅酸/锂电池模组4充电。

上述第一发电机组2可直接对交流用电负载7进行供电。

超级电容器模组3为内燃机负载5提供启动电源；该内燃机负载5包括：作为第一发电机组2的柴油发电机21以及船舶拖网内燃机。

本实施例工作时，当需要内燃机负载5（包括柴油发电机21和拖网内燃机）启动时，将超级电容模组3的电源线与内燃机负载5正确连接，启动内燃机负载5。当内燃机负载5启动后，将其与超级电容模组3断开。此时，利用第二发电机组1中的风力发电机组11和和太阳能发电机组12为超级电容模组3充电，以为下次的内燃机负载5的启动做准备。

交流用电负载7为日常照明设备，其用电通常为交流220V。风力发电机组11和太阳能发电机组12产生的电流，首先经过控制器转化为直流电，然后再经过逆变器80后，将直流电转换为交流电，并将电压控制在照明设备需要的电压范围内，供交流用电设备使用。

当风力不稳和太阳能较弱时，第二发电机组1不能满足用电要求的情况下，启动第一发电机组2中的柴油发电机21进行发电，并为储能单元和用电负载提供电能。

见图3所示，这是本实用新型的第二实施例，本实施例二与上述实施例一所不同的是，本实施例二所述的第二发电机组1不仅可以是风力发电机组11和太阳能发电机组12，其还可以是波浪潮汐发电机组13、生物质能发电机组14。这些发电机组可相互组合，也可单独使用。

与上述实施例一相同，本实施例二中，太阳能发电机组11和风力发电机组12所产生的电需要通过控制单元8中的控制器81进行处理，输出为符合超级电容模组3和铅酸/锂电池模组的充电电压、电流。波浪、潮汐及生物质能发电机组13、14，通过控制单元8中相应的控制器81对电能进行处理，输出为复合超级电容模组3和铅酸/锂电池模组的充电电压、电流。在第二发电机组1电量充足的情况下，其可以直接对用电负载供电，同时可对超级电容模组3和铅酸/锂电池模组4充电，为内燃机负载5的启动和直流用电负载6提供能量。另外，可通过逆变器80转换后为交流用电负载7供电。

Claims (7)

1.一种船舶用复合能源装置，其特征在于，该复合能源装置包括：

第一发电机组（2），在该第一发电机组（2）输出端设置有充电器（9），

储能单元，包括，超级电容器模组（3）和铅酸/锂电池模组（4）；

所述超级电容器模组（3）和铅酸/锂电池模组（4）的输入端通过充电器（9）与第一发电机组（2）电连接。

2.如权利要求1所述的船舶用复合能源装置，其特征在于，所述超级电容器模组（3）和铅酸/锂电池模组（4）的输入端还连接有用以向超级电容器模组（3）和铅酸/锂电池模组（4）提供电能的第二发电机组（1），在所述超级电容器模组（3）、铅酸/锂电池模组（4）和第二发电机组（1）之间的电路上设置有用以对第二发电机组（1）的电气性能参数进行调节的电气控制装置（8）。

3.如权利要求1或2所述的船舶用复合能源装置，其特征在于，所述第一发电机组（2）为柴油发电机（21）。

4.如权利要求2所述的船舶用复合能源装置，其特征在于，所述第二发电机组（1）为以下任意一种发电机组或者其组合：风力发电机组（11）、太阳能发电机组（12）、波浪或潮汐发电机组（13）和生物质能发电机组（14）。

5.如权利要求2或4所述的船舶用复合能源装置，其特征在于，所述电气控制装置（8）包括：用以调节电压频率和/或功率的控制器（81）以及用以使直流电转换为交流电的逆变器（80），所述第二发电机组（1）的电能在经电气控制装置（8）调节后对储能单元充电。

6.一种设置有复合能源装置的船舶，包括用电负载，其特征在于，其还包括复合能源装置，该复合能源装置为如权利要求2或4所述的复合能源装置，所述用电负载与复合能源装置的储能单元相连。

7.如权利要求6所述的设置有复合能源装置的船舶，其特征在于，所述用电负载包括：内燃机负载（5）、直流用电负载（6）和交流用电负载（7），所述内燃机负载（5）与储能单元的超级电容器模组（3）的输出端相连，直流用电负载（6）与储能单元的铅酸/锂电池模组（4）的输出端相连，所述交流用电负载（7）与第一发电机组（2）或/和第二发电机组（1）的输出端相连。

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