基於微網儲能的純電動船舶的無線充電裝置和方法與流程
2023-09-11 04:34:55 2
本發明涉及純電動船舶充電設備技術領域，具體涉及一種基於微網儲能的純電動船舶的無線充電裝置和方法。
背景技術：
隨著我國經濟實力的不斷提高，能源結構及環境汙染問題日益呈現。為努力維護經濟和社會的可持續發展，解決好能源供應、生態環境保護的雙重問題，我國政府相繼出臺了多項關於節能環保的政策，並積極推進我國能源結構的優化。目前，國家關於節能環保及優化能源結構的號召已深入人心。
純電動船舶的充電方式一般採用有線充電樁的充電方式，這種方式需要連接很長的電纜，需要很長的電纜連接時間，從而導致單位時間充電的船隻數量受限，缺乏經濟性，直接影響純電動船舶的推廣。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於微網儲能的純電動船舶的無線充電裝置和方法，該裝置和方法將微網儲能與純電動船舶的無線充電有效的結合起來。既發揮了微網儲能具有的靈活性、多樣性、可控性、交互性、獨立性等特點，又發揮了無線充電具有無汙染，省去連接電纜及連接時間等優點，使純電動船舶的無線充電變得更加節能環保，大大降低無線充電的成本，提高整個充電環節的效率。
為解決上述技術問題，本發明公開的一種基於微網儲能的純電動船舶的無線充電裝置，其特徵在於：它包括微網系統、岸基電能轉換及發射系統、船基電能接收系統，其中，岸基電能轉換及發射系統包括斬波功率振蕩器、電磁場發射線圈模塊和斬波功率振蕩控制器，所述船基電能接收系統包括整流濾波斬波器、電能存儲裝置以及與電磁場發射線圈模塊匹配的電磁場接收線圈模塊，其中，微網系統的直流電輸出端連接斬波功率振蕩器的直流電輸入端，斬波功率振蕩器的交流電輸出端連接電磁場發射線圈模塊的信號輸入端，斬波功率振蕩控制器的信號輸入端連接斬波功率振蕩器的信號輸出端，斬波功率振蕩控制器的控制信號輸出端連接斬波功率振蕩器的控制端，電磁場接收線圈模塊的信號輸出端連接整流濾波斬波器的信號輸入端，整流濾波斬波器的信號輸出端連接電能存儲裝置的信號輸入端，電能存儲裝置的充電端用於給純電動船舶充電。
所述微網系統包括太陽能發電裝置、二次電池組和風能發電裝置，其中，太陽能發電裝置的電能輸出端連接二次電池組的第一電能存儲接口，風能發電裝置的電能輸出端連接二次電池組的第二電能存儲接口，二次電池組的電能輸出端連接斬波功率振蕩器的信號輸入端。
一種利用上述無線充電裝置的充電方法，其特徵在於，它包括如下步驟：
步驟1：微網系統向斬波功率振蕩器輸送直流電；
步驟2：斬波功率振蕩器將微網系統直流電轉換為適應純電動船舶負載功率要求的交變電流，斬波功率振蕩控制器用來控制斬波功率振蕩器的輸出電壓值，從而根據斬波功率振蕩器輸出功率實時控制斬波功率振蕩器輸入電壓的大小，實現控制斬波功率振蕩器輸入功率和輸出功率的平衡；
步驟3：電磁場發射線圈模塊將斬波功率振蕩器產生的交變電流轉換成交變電磁場進行發射，電磁場接收線圈模塊接收電磁場發射線圈發射出的交變磁場，並將接收的交變磁場轉換成交流電傳輸給整流濾波斬波器；
步驟4：整流濾波斬波器將電磁場接收線圈接收到的交流電轉換為電壓值恆定的船舶充電用直流電，整流濾波斬波器將電壓值恆定的船舶充電用直流電輸送給電能存儲裝置，電能存儲裝置存儲電能，並為純電動船舶提供驅動功率。
本發明將微網儲能與純電動船舶的無線充電有效的結合起來。既發揮了微網儲能具有的靈活性、多樣性、可控性、交互性、獨立性等特點，又發揮了無線充電具有無汙染，省去連接電纜及連接時間等優點，使純電動船舶的無線充電變得更加節能環保，大大降低無線充電的成本，提高整個充電環節的效率。符合我國可持續發展的政策方針。
附圖說明
圖1為本發明的結構框圖；
其中，1—微網系統、1.1—太陽能發電裝置、1.2—二次電池組、1.3—風能發電裝置、2—岸基電能轉換及發射系統、2.1—斬波功率振蕩器、2.2—電磁場發射線圈模塊、2.3—斬波功率振蕩控制器、3—船基電能接收系統、3.1—電磁場接收線圈模塊、3.2—整流濾波斬波器、3.3—電能存儲裝置。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：
本發明的一種基於微網儲能的純電動船舶的無線充電裝置，如圖1所示，它包括微網系統1、岸基電能轉換及發射系統2、船基電能接收系統3，其中，岸基電能轉換及發射系統2包括斬波功率振蕩器2.1、電磁場發射線圈模塊2.2和斬波功率振蕩控制器2.3，所述船基電能接收系統3包括整流濾波斬波器3.2、電能存儲裝置3.3以及與電磁場發射線圈模塊2.2匹配的電磁場接收線圈模塊3.1，其中，微網系統1的直流電輸出端連接斬波功率振蕩器2.1的直流電輸入端，斬波功率振蕩器2.1的交流電輸出端連接電磁場發射線圈模塊2.2的信號輸入端，斬波功率振蕩控制器2.3的信號輸入端連接斬波功率振蕩器2.1的信號輸出端，斬波功率振蕩控制器2.3的控制信號輸出端連接斬波功率振蕩器2.1的控制端，電磁場接收線圈模塊3.1的信號輸出端連接整流濾波斬波器3.2的信號輸入端，整流濾波斬波器3.2的信號輸出端連接電能存儲裝置3.3的信號輸入端，電能存儲裝置3.3的充電端用於給純電動船舶充電。
上述技術方案中，所述微網系統1包括太陽能發電裝置1.1、二次電池組1.2和風能發電裝置1.3，其中，太陽能發電裝置1.1的電能輸出端連接二次電池組1.2的第一電能存儲接口，風能發電裝置1.3的電能輸出端連接二次電池組1.2的第二電能存儲接口，二次電池組1.2的電能輸出端連接斬波功率振蕩器2.1的信號輸入端。微網儲能具有靈活性、多樣性、可控性、交互性、獨立性等特點。
上述技術方案中，所述斬波功率振蕩器2.1在斬波功率振蕩控制器2.3的控制下將微網系統1直流電轉換為適應線圈無線能量傳輸要求的交變電流，並可控制交流電壓。
上述技術方案中，所述斬波功率振蕩控制器2.3用來控制斬波功率振蕩器2.1的輸出電壓值，從而根據斬波功率振蕩器2.1輸出功率實時控制斬波功率振蕩器2.1輸入電壓的大小，實現控制斬波功率振蕩器2.1輸入功率和輸出功率的平衡。
上述技術方案中，所述電磁場發射線圈模塊2.2用於將斬波功率振蕩器2.1產生的交變電流轉換成交變電磁場進行發射，所述電磁場接收線圈模塊3.1用於接收電磁場發射線圈發射出的交變磁場，並將接收的交變磁場轉換成交流電傳輸給整流濾波斬波器3.2。整流濾波斬波器3.2用於將電磁場接收線圈接收到的交流電轉換為直流電，通過濾波器過濾直流電中的諧波分量，再經斬波器生成電壓值恆定的船舶充電用直流電。電磁場發射線圈模塊2.2和電磁場接收線圈模塊3.1，採用非接觸諧振式工作模式，實現了存電動船舶的無線電能傳輸，節約了拉線的成本，省去電纜連接時間，縮短了船舶停靠充電時間，增加單位時間充電船隻數量，提高了充電效率。
上述技術方案中，所述整流濾波斬波器3.2用於將電磁場接收線圈接收到的交流電轉換為電壓值恆定的船舶充電用直流電。
上述技術方案中，所述電能存儲裝置3.3用於存儲電能，為純電動船舶提供驅動功率。所述電能存儲裝置3.3為超級電容組和磷酸鐵鋰電池。
一種利用上述無線充電裝置的充電方法，它包括如下步驟：
步驟1：微網系統1向斬波功率振蕩器2.1輸送直流電；
步驟2：斬波功率振蕩器2.1將微網系統1直流電轉換為適應純電動船舶負載功率要求的交變電流，斬波功率振蕩控制器2.3用來控制斬波功率振蕩器2.1的輸出電壓值，從而根據斬波功率振蕩器2.1輸出功率實時控制斬波功率振蕩器2.1輸入電壓的大小，實現控制斬波功率振蕩器2.1輸入功率和輸出功率的平衡；
步驟3：電磁場發射線圈模塊2.2將斬波功率振蕩器2.1產生的交變電流轉換成交變電磁場進行發射，電磁場接收線圈模塊3.1接收電磁場發射線圈發射出的交變磁場，並將接收的交變磁場轉換成交流電傳輸給整流濾波斬波器3.2；
步驟4：整流濾波斬波器3.2將電磁場接收線圈接收到的交流電轉換為電壓值恆定的船舶充電用直流電，整流濾波斬波器3.2將電壓值恆定的船舶充電用直流電輸送給電能存儲裝置3.3，電能存儲裝置3.3存儲電能，並為純電動船舶提供驅動功率。
上述技術方案中，所述太陽能發電裝置1.1用於將太陽能轉化為電能；風能發電裝置1.3利用岸邊以及港口的風力轉化為電能，二次電池組1.2將太陽能發電裝置1.1和風能發電裝置1.3互補發電產生的電能進行存儲，同時二次電池組1.2本身也進行充電(二次電池組本身也能進行充電，主要在用電低峰期時進行充電儲能)，從而為岸基電能轉換及發射系統2提供輸入功率。二次電池組1.2主要是由廢舊蓄電池組成，主要來源於電動汽車、電動自行車上更換下來的蓄電池，這不僅解決了這些廢舊電池的放置問題，還能使其充分發揮作用，還具有較好的經濟性。
採用該微網儲能方式給純電動船舶無線充電，充分發揮了微網儲能具有的靈活性、多樣性、可控性、交互性、獨立性的特點，以及無線充電具有的無汙染的特點，省去連接電纜的過程。微網儲能系統可以極大提高二次電池的利用率，充分利用風能與太陽能。微網儲能與無線充電的有效結合，使純電動船舶的無線充電變得更加節能環保，大大降低無線充電的成本，提高整個充電環節的效率。
本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。