[發明專利]一種海洋能驅動航行器的智能能源分配系統

有效

• 申請號: 202011282799.X
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112455238B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 賈琪;廖煜雷;黃兵;王博;潘愷文;龐碩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B60L8/00
• 分類號: B60L8/00;B60L53/00;H02J7/00;H02J7/14;H02J7/35
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• 代理人: 暫無信息

本發明屬于海洋能驅動航行器技術領域，具體涉及一種海洋能驅動航行器的智能能源分配系統。海洋能驅動航行器是一種充分利用太陽能和風能的新概念長航時海洋運載器，有效的協調和管理內部、外部能源是增加海洋航行器自持力的關鍵。本發明通過智能能源分配器控制整個電氣系統的電路結構，在智能能源分配器中ARM開發板通過蓄電池經由穩壓模塊對其進行供電，ARM開發板通過GPIO發送高低電平信號對風力發電執行器、光伏執行器和負載執行器進行控制，達到能源使用的最優配置。

技術領域

本發明屬于海洋能驅動航行器技術領域，具體涉及一種海洋能驅動航行器的智能能源分配系統。

背景技術

海洋航行器相對常規船舶體積小巧，能承擔海洋監測、海上巡邏等多種任務。但也由于其體積的制約，不能攜帶充足的能源來支持自己航行。然而，海洋中廣泛分布著風能、太陽能等豐富的自然能源。能量捕獲對于要求有長自持力的海洋航行器來說非常重要，不僅要盡可能增加對外界能量的捕獲能力，而且還要合理分配整個航行器電氣系統的輸入和輸出，才能有效的實現在海洋中的監測，勘察等任務。目前在實際工程應用中，不同的海洋航行器利用的海洋環境能源不同，主要集中在太陽能、波浪能、風能和溫差能等方面。俞建成(2018)在《海洋航行器環境能源收集利用技術現狀》中指出海洋表面沒有覆蓋物的遮擋，接受光照的條件較好，平均太陽能功率密度為168。太陽能主要集中在海水表面，海洋運載器在水面或者淺水航行時，可以通過太陽能電池板將光照轉化為電能進行儲存并供給海洋運載器使用。此外，一年四季內風能在海洋上的分布較為廣泛。Zheng(2014)在《Assessmentof the global ocean wind energy》中指出一年中超過80％的時間海上風的平均功率密度超過50，最大為1600。

美國Emergent Space Technologies公司發明的OASIS ASV3無人艇采取傾斜鋪設太陽能板的方法，提高太陽能捕獲能力，來進行能源獲取。美國加州大學圣魯克茲分校制作的太陽能水面航行器SeaSlug通過壓載調節船體的橫傾角，使其保持較好的光照入射角度來保證能源的有效獲取。以上的能源獲取的優化方法都是從靜態結構上進行的，都未從電氣結構上進行考慮。

英國ASV公司的C-Enduro無人艇的太陽能板采用動態光伏陣列來控制光能的捕獲，用以達到光能捕獲的合理配置，但把光伏發電系統當成了整體對蓄電池進行充電，同時忽略了風力發電機對光伏發電的耦合影響，并且未對風力發電系統和負載電路的能源配置進行有效管理。

公開日2018年25月18日，公布號為108054827A，發明名稱為“一種海上多能源集成發電供電檢測平臺”，實現了風光能源的互補收集，但該發明只是對各種海洋能源的簡單疊加整合，沒有對光伏板，風力發電機和負載進行對能源輸入和輸出的合理配置。

公開日2017年01月25日，公布號為106353839A，發明名稱為“一種基于波浪能和光能互補能源的無能耗海上自動氣象站”，其中能源控制只是在負載電路設置了開關，來控制電源的輸出，并未對能源的輸入進行有效控制，并且當蓄電池電壓低于7V時，電池停止放電，這時負載停止工作，在這段時間該設備無法進行觀測任務，不能實現觀測系統的實時性。

以上發明，都是僅僅關注如何使能源獲取得到提高，忽略了負載端的使用分配問題。例如，單純考慮太陽能的有效捕獲，在持續陰天不能進行能源輸入時，合理分配能源的輸出顯得尤為重要。因此，設計一種長航時海洋能驅動航行器的智能能源分配器與算法，可保證海洋航行器在不同天氣情況，提高能源的捕獲能力，合理進行能源的輸出、輸入分配，進而提升海洋航行器各設備的續航力。

發明內容

本發明的目的在于提供可實現對海上風能、太陽能的有效獲取，對航行器電路負載的合理輸出，提高海洋航行器的續航力的一種海洋能驅動航行器的智能能源分配系統。