一种电动拖船及其动力系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机电一体化技术领域，尤其涉及一种电动拖船及其动力系统。
【背景技术】
[0002] 远洋航运对于环境污染随着世界经济的发展越来越严重。世界十大港口有七个在 中国，这十大港口的吞吐量占全球吞吐量的26%。船舶活动频繁会导致严重的空气污染。中 国正为航运所造成的空气污染付出高昂的代价。
[0003] 2014年10月，自然资源保护协会在京发布的《船舶和港口空气污染防治白皮书》 指出，由于远洋船舶使用高硫含量油，其排放废气中所含的柴油颗粒物、氮氧化物和硫氧化 物，严重威胁着人类健康与环境。绝大部分远洋船舶主要使用高污染的燃料油(也称为渣油 或重油）来提供动力、供热和电力。燃料油是炼油的残余产物，具有含硫量高、粘度高的特 点，还含有重金属，如镉、钒和铅等。远洋船舶发动机烟气中的柴油颗粒物毒性较强，已被世 界卫生组织（WHO)的癌症研究所认定为致癌物质。柴油颗粒物的体积非常小，包含了大约 40种有毒污染物，其中15种被确认为致癌物质。
[0004] 世界各国对远洋船舶的环境污染都非常重视，北美、欧洲及亚洲一些国家和地区 的政府也都非常重视，意识到航运的空气污染对健康和环境的影响，分别都已采取了相关 措施来防治船舶和港口的空气污染。
[0005] 我国国务院发布的《国家环境保护"十二五"规划》以及《节能减排"十二五"规划》 中，船舶和港口的废气减排主要通过以下两种途径实现：1、逐步淘汰落后且污染严重的船 舶；2、利用绿色技术提升港口基础设施，包括门式起重机"油改电"技术和为泊岸船舶提供 岸电的设施、港口运输车辆和货物装卸设备升级等。
[0006]目前国际上为了减小远洋船舶污染的通用措施是采用拖船入港方法，一定程度上 减少了远洋货轮的重油废气的污染，但是所有拖船仍是柴油机直接驱动，柴油机的废气污 染程度仍然不小。港口环境污染的问题到目前为止依然是难以解决的重大问题。
[0007] 电动拖船的核心技术是电力推进技术(即电机和电控技术）和动力电池技术：目前 船舶电力推进技术已很成熟，并已经广泛应用在潜艇、起重船、破冰船、挖泥船、消防船、滚 装船、领航船、航标工作、船渡船、豪华游船以及军事舰艇上。我国最新建造的海警船和远洋 科考船都采用了先进的电力推进技术。
[0008] 由于在电池技术中，电池的比能量和重量等不能满足电动拖船的电力推进要求， 因此目前在电动拖船中还尚未采用电池作为电力推进技术的能源。本发明使得用电池做为 电动拖船中电力推进技术的能源成为可能。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术中通过柴油机驱动拖船的方式对环境 有污染，若换成电池电力推进的方式，电池的性能又不能满足要求，通过本发明提供的增程 式技术，解决了柴油有污染，动力电池寿命短、续航里程短的问题。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案： 本发明提供一种动力系统，应用于电动拖船，所述动力系统包括电池模块（100)、推动 模块（200 )和辅助发电模块（300 )，所述电池模块（100 )和辅助发电模块（300 )可为推动模 块（200)提供电能；其中： 所述电池模块（100 )与所述推动模块（200 )连接，电池模块（100 )输出电能至推动模块 (200)，推动模块（200)将所述电能转化为动能驱动所述电动拖船运动； 所述辅助发电模块（300)分别与所述电池模块（100)和所述推动模块（200)连接，当 所述电池模块（100)的电量下降到预设值时辅助发电模块（300)开始工作，所述辅助发电 模块（300)输出电能至电池模块（100)从而给所述电池模块（100)充电，或者辅助发电模块 (300)输出电能至推动模块（200)，推动模块（200)将所述电能转化为动能驱动所述电动拖 船运动。
[0011] 在一些实施例中，所述电池模块（100)包括动力电池（110)和电池管理单元 (120)，所述电池管理单元（120)和动力电池（110)连接，电池管理单元（120)对动力电池 (110)进行监测和管理。
[0012] 在一些实施例中，所述推动模块（200)包括依次连接的主控制器（210)、推动电机 (220 )和推动装置（230 )，所述主控制器（210 )与动力电池（110 )连接，主控制器（210 )接收 动力电池（110)输出的电能并进行变频控制后带动推动电机（220)转动，从而带动推动装 置（230)运转以驱动所述电动拖船运动。
[0013] 在一些实施例中，所述辅助发电模块（300)包括发动机（310)、发电机（320)和发 电控制器（330)，所述发电机（320)分别和所述动力电池（110)、主控制器（210)连接，所述 发电机（320)输出电能给动力电池（110)充电或者输出电能给主控制器（210)，主控制器 (210 )进行变频控制后带动推动电机（220 )转动，从而带动推动装置（230 )运转以驱动所述 电动拖船运动。
[0014] 在一些实施例中，所述辅助发电模块（300)为辅助电池（340)，所述辅助电池 (340 )分别和所述动力电池（110 )、主控制器（210 )连接，所述辅助电池（340 )输出电能给动 力电池（110)充电或者输出电能给主控制器（210)，主控制器（210)进行变频控制后带动推 动电机（220)转动，从而带动推动装置（230)运转以驱动所述电动拖船运动。
[0015] 在一些实施例中，所述动力电池（110 )为锂离子电池、锂聚合物电池、锂硫电池、镍 氢电池、镉镍电池、铅酸电池或超级电容。
[0016] 在一些实施例中，所述发动机（310)使用的燃料为液化天然气、甲醇、汽油、柴油或 煤油。
[0017] 在一些实施例中，所述辅助电池（340)为燃料电池或者太阳能电池。
[0018] 在一些实施例中，所述推动装置（230)为螺旋桨。
[0019] 本发明的有益效果在于：本发明采用增程式电动模式有效解决了拖船的瞬间功率 和续航里程的问题，并且可大幅度减少动力电池的使用量，从目前锂动力电池的体积重量 和造价方面考虑，采用增程式技术能够大大降低电动拖船的制造成本；此外，本发明相比目 前使用的柴油机拖船有明显的节省能源、减少有害气体排放的作用，从而保证了港口的空 气环境。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明提供的一种电动拖船的动力系统的结构框图； 图2为本发明实施例1提供的一种电动拖船的动力系统的详细结构框图； 图3为本发明实施例2提供的一种电动拖船的动力系统的详细结构框图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0022] 此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未 构成冲突就可以相互组合。
[0023] 本发明实施例提供一种动力系统，应用于电动拖船，该电动拖船可以用于远洋货 轮港口，是一种新式拖船。本发明的动力系统采用电池模块作为主要能源，辅助发电模块作 为补充能源。采用本发明的增程式电动拖船技术后，目前的锂动力电池在比能量、使用寿 命、制造成本方面完全可以满足电动拖船的技术要求。
[0024] 如图1所示，本发明实施例提供的动力系统包括电池模块100、推动模块200和辅 助发电模块300,所述电池模块100和辅助发电模块300可为推动模块200提供电能；其 中： 所述电池模块100与所述推动模块200连接，电池模块100输出电能至推动模块200， 推动t吴块200将所述电能转化为动能驱动所述电动拖船运动； 所述辅助发电模块300分别与所述电池模块100和所述推动模块200连接，当所述电 池模块100的电量下降到预设值时辅助发电模块300开始工作，所述辅助发电模块300输 出电能至电池模块100从而给所述电池模块100充电，或者辅助发电模块300输出电能至 推动模块200,推动模块200将所述电能转化为动能驱动所述电动拖船运动。
[0025] 下面通过多个实施例对该动力系统的详细结构做具体说明： 实施例1: 如图2所示，并同时参考图1，所述电池模块100包括动力电池110和电池管理单元 120,所述电池管理单元120和动力电池110连接，电池管理单元120对动力电池110进行 监测和管理。所述动力电池110可以采用锂离子电池、锂聚合物电池、锂硫电池、镍氢电池、 镉镍电池、铅酸电池等可重复充电的二次电池，也可以使用超级电容等非化学储能装置，本 发明不做限定。
[0026] 所述推动模块200包括依次连接的主控制器210、推动电机220和推动装置230， 所述主控制器210与动力电池110连接，主控制器210接收动力电池110输出的电能并进 行变频控制后带动推动电机220转动，从而带动推动装置230运转以驱动所述电动拖船运 动。所述推动装置230可以是螺旋桨，或者其他推动装置。
[0027] 所述辅助发电模块300包括发动机310、发电机320和发电控制器330,所述发电 机320分别和所述动力电池110、主控制器210连接，所述发电机320输出电能给动力电池 110充电或者输出电能给主控制器210,主控制器210进行变频控制后带动推动电机320转 动，从而带动推动装置230运转以驱动所述电动拖船运动。所述发动机310使用的燃料可 以采用液化天然气、甲醇、汽油、柴油或煤油等燃料。
[0028] 本实施例的工作原理如下： 动力系统的主要能源来自于动力电池110,动力电池110的电能经主控制器210变频 控制使推动电机220转动，带动推动装置230推动船舶。主控制器210接受来自船舶控制 室的指令，控制船舶的方向和速度。电池管理单元120实现对动力电池110的监测和管理， 保证动力电池110的正常工作。发动机310、发电机320、发电控制器330三个部件共同完 成发电功能，称为辅助发电模块。当动力电池110电