一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统

摘要

一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，包括柴油发电机、充放电控制板、充电模块、主控板，柴油发电机通过第一输出电缆连接充放电控制板的充电输入端口，充放电控制板的充电输出端口通过充电电缆连接充电模块的输入端口，充电模块的输出端口通过第二输出电缆连接充放电控制板的电源输入端口，主控板的电源端口连接充放电控制板的放电输出端口。主控板连接充电模块，主控板连接柴油发电机的启停装置，主控板连接通讯天线。本发明一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，适用于内河航道航标船，能在阳光不佳、风速和流速不高的环境中自主续航，延长电源使用寿命。

权利要求

1.一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，包括柴油发电机（1）、充放电控制板（2）、充电模块（3）、主控板（4），其特征在于，柴油发电机（1）通过第一输出电缆（8）连接充放电控制板（2）的充电输入端口，充放电控制板（2）的充电输出端口通过充电电缆（10）连接充电模块（3）的输入端口，充电模块（3）的输出端口通过第二输出电缆（11）连接充放电控制板（2）的电源输入端口，主控板（4）的电源端口连接充放电控制板（2）的放电输出端口；主控板（4）连接充电模块（3），主控板（4）连接柴油发电机（1）的启停装置，主控板（4）连接通讯天线（5）；

所述柴油发电机（1）设有数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器，所述数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器通过第二控制电缆（7）连接主控板（4）上的监测端口，该监测端口与设置在主控板（4）上的发电机状态数据采集模块连接；

主控板（4）检测柴油发电机（1）上的油箱液位，当检测到柴油发电机（1）油箱液位低于设定值时，主控板（4）通过通讯天线（5）向指定用户发出油液不足报警信息，报警信息包括航标船号、柴油机油箱液位数据和加油提示信息；

主控板（4）检测柴油发电机（1）的工作温度，当检测到柴油发电机（1）的工作温度高于设定值时，控制柴油发电机（1）熄火，同时发出柴油发电机（1）工作温度过高报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机温度记录数据包和检修提示信息；

主控板（4）检测柴油发电机（1）的工作转速，当检测到柴油发电机（1）的转速超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机工作转速超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机（1）转速记录数据包和检修提示信息；

主控板（4）检测柴油发电机（1）的输出电压，当检测到柴油发电机（1）的输出电压超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机输出电压超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机（1）输出电压测量记录数据包和检修提示信息；

主控板（4）检测柴油发电机（1）的输出电流，当检测到柴油发电机（1）的输出电流超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机输出电流超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机（1）输出电流测量记录数据包和检修提示信息。

2.根据权利要求1所述一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，其特征在于，所述主控板（4）设有电池容量测量模块、电池容量检测端口，电池容量检测端口通过测量线路（9）连接充电模块（3），主控板（4）功能包括：⑴定时接收发电机状态数据，并判断发电机油液是否不足；⑵定时接收电池容量测试数据，与标准电压下限比较，确定电池电量是否充足⑶电池电量不足时，发出柴油机发电机启动信号，连续接收发电机状态数据，并判断发电机工作状态是否正常；⑷充电一定时间后，发出柴油发电机熄火指令，同时关闭连续接收发电机状态数据的功能；⑸发电机油液不足时，通过通讯模块发送柴油发电机液位不足报警信息；⑹发电机工作状态异常时，通过通讯模块发送发电机工作状态异常报警信息和数据。

说明书

一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统

技术领域

[0001] 本发明一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，涉及灯标船供电领域。

背景技术

[0002] 目前，用于灯标船上的电源主要有一次性电池（组）、太阳能供电装置、风力供电装置、波浪供电装置和海水电池（组）等小型分布式电源系统。现阶段国内灯标船主要使用太阳能给航标灯供电源，也有少量采用风能和波浪能发电等提供电源。近年来太阳能供电装置主要由太阳能电池板、蓄电池（组）和充放电控制器组成，因受到使用环境等因素的制约，多用在全年光照时间较长水域为航标灯供电。风能和波浪能供电装置主要有发电装置、蓄电池（组）和充放电控制器组成，但因受自然条件等方面限制，仅在近海水域的灯标船上有所应用，且多与太阳能供电系统配套使用。海水电池组虽然供电能量高，但需要海水提供能量，因而仅适用航海标志灯。在内河航道，限于内陆自然条件的制约，多采用一次性电池组对航标灯供电，其最大缺点是使用寿命短，通常在2个月左右就需更换，特别在秋冬或梅雨季节，夜长昼短，更换周期将大为缩短。

[0003] 近年来，随着航标向信息化和智能化技术的发展，要求使用功能越来越强大，智能型供电设备的需求量越来越大，特别对航道系统所用的自动收放锚索航标船等新型灯标船的出现，更是将灯标船电量需求推上了一个新高度。现阶段正在推出一种新的型灯标船，主要采用太阳能供电，通过加大太阳能电池板的数量和蓄电池（组）的容量来满足电量需求，若遇长时间大雾或阴雨天气等光照不佳情况时，因电源电量不足而致航标灯失效现象仍时有发生。

发明内容

[0004] 本发明提供一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，适用于内河航道航标船，能在阳光不佳、风速和流速不高的环境中自主续航，延长电源使用寿命。

[0005] 本发明所采用的技术方案是：

[0006] 一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，包括柴油发电机、充放电控制板、充电模块、主控板，柴油发电机通过第一输出电缆连接充放电控制板的充电输入端口，充放电控制板的充电输出端口通过充电电缆连接充电模块的输入端口，充电模块的输出端口通过第二输出电缆连接充放电控制板的电源输入端口，主控板的电源端口连接充放电控制板的放电输出端口。主控板连接充电模块，主控板连接柴油发电机的启停装置，主控板连接通讯天线。

[0007] 所述主控板设有电池容量测量模块、电池容量检测端口，该端口通过测量线路连接充电模块。

[0008] 所述主控板设有通讯模块、通讯端口，该端口连接通讯天线。

[0009] 所述主控板设有电源模块、发电机控制端口，该端口通过第一控制电缆连接柴油发电机的启停装置。

[0010] 所述主控板上设有电源转换模块，用于将将24VDC输入电压转换成电池容量测量模块、通讯模块所需的电压。

[0011] 所述柴油发电机设有数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器，所述数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器通过第二控制电缆连接主控板上的监测端口，该监测端口与设置在主控板上的发电机状态数据采集模块连接。

[0012] 所述充放电控制板的电源输入端口与放电输出端口之间设有稳压电路。

[0013] 所述充放电控制板设有稳压器、AC/DC转换模块、限流模块。

[0014] 所述充电模块为蓄电池单元或者蓄电池组。

[0015] 本发明一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，可自主启动柴油发电机对蓄电池充电，从而实现自主续航；通过监测柴油发电机状态，该系统可自主发送油液不足报警信息和故障报警信息，提醒用户对设备进行检修。柴油发电机可充电次数多，续航能力长。无线通讯方式提醒用户对设备进行检修。

[0016] 本发明一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，在工作过程中，能在电池电量不足时自主启动柴油发电机给电池充电；当柴油发电机油箱液位过低时，能自主发送油液不足报警信息，提醒用户给柴油发电机加油；当柴油发电机工作时，能监测柴油发电机的工作状态，发现异常时可自主发送柴油发电机的故障信息，提醒用户对柴油发电机进行检修；从而该分布式电源系统电量充足。柴油发电机油箱容量较大，满箱可支持充电15-20次，正常情况下，续航能力可达一年以上。

附图说明

[0017] 图1为本发明系统连接示意图。

具体实施方式

[0018] 如图1所示，一种灯标船用可自主续航的分布式电源系统，包括柴油发电机1、充放电控制板2、充电模块3、主控板4。柴油发电机1通过第一输出电缆8连接充放电控制板2的充电输入端口，充放电控制板2的充电输出端口通过充电电缆10连接充电模块3的输入端口，充电模块3的输出端口通过第二输出电缆11连接充放电控制板2的电源输入端口，主控板4的电源端口连接充放电控制板2的放电输出端口；

[0019] 主控板4连接充电模块3，主控板4连接柴油发电机1的启停装置。柴油机的启动一般有手动启动和电启动两种形式，电启动方式主要通过启停装置实现。启停装置一般包括小型电动机、离合器、油路开关阀、控制电路、控制板和小型电池组，控制面板上一般包括启动和停止按钮。按下启动键后，控制电路控制小型电机启动和离合器启动柴油机，启动柴油机后离合器自动脱开并熄灭小型电机；按下停止按钮后，控制电路控制油路开关阀（串接在柴油机的进油路上）关闭柴油机进油，柴油机自动熄火。本发明的启停装置的组成与上文相同，但“启动”和“停止”信号可通过主控板4获取。

[0020] 主控板4连接通讯天线5。

[0021] 所述主控板4设有电池容量测量模块、电池容量检测端口，该端口通过测量线路9连接充电模块3。

[0022] 所述主控板4设有通讯模块、通讯端口，该端口连接通讯天线5。

[0023] 所述主控板4设有电源模块、发电机控制端口，该端口通过第一控制电缆6连接柴油发电机1的启停装置。

[0024] 所述柴油发电机1设有数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器，所述数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器、电流传感器通过第二控制电缆7连接主控板4上的监测端口，该监测端口与发电机状态数据采集模块连接。

[0025] 所述充放电控制板2的电源输入端口与放电输出端口之间设有稳压电路。

[0026] 所述充电模块3为蓄电池单元或者蓄电池组。

[0027] 其中，柴油发电机1采用电启动风冷式微型发电机，额定输出电压220VAC，自带数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器和电流传感器等。充放电控制板2主要包括稳压器、AC/DC转换模块和限流模块等。

[0028] 由于发电机的输出电压不是很稳定，稳压器的作用是对输入电压进行稳压处理，控制AC/DC转换模块的交流输入电压区间和直流输出电压区间，保护电池组的安全。限流模块的作用有二，一是限制充电电流上限，避免因发电机异常引起的充电电流过大，损毁电池组；二是限制放电电流，避免电池组的放电电流过大，造成电池组电压瞬间降低、或过度发热损毁电池组。可通过柴油发电机1的220VAC输出对充电模块3充电后由其对外供电，亦可由充放电控制板2直接通过充电模块3对外提供电压恒定的直流电。

[0029] 主控板4由发电机状态数据采集模块、电池容量测量模块、通讯模块、电源模块和中心控制单元等组成。

[0030] 发电机状态数据采集模块包括：电路板，AD采集电路采用芯片型号TCL2543。发电机状态数据包括油箱液位数据、温度、转速、输出电压和电流，发电机状态数据采集模块就是通过总线自动的采集安装在发电机上的数字式传感器获得的。

[0031] 电池容量测量模块：电池剩余容量（或称电池电量）测量主要通过测量电池电压来确定电池电量是否充足的，通过测量电压与标准电压下限比较，确定电池电量是否充足，电池容量测量模块的作用就是测量电池两端的电压。

[0032] 通讯模块：通讯模块采用的是GSM通讯模块，通过短消息的方式完成信息传输（型号JB35GB，通讯接口RS232，指令和数据双向传送），与GSM网络下的手机通讯一样。

[0033] 电源模块：包括电路板，功用是电压转换、稳压和限流，为电路板元器件提供优质的电源供给。

[0034] 中心控制单元：自制电路板，是核心，主要功能包括：⑴定时接收发电机状态数据，并判断发电机油液是否不足；⑵定时接收电池容量测试数据，与标准电压下限比较，确定电池电量是否充足⑶电池电量不足时，发出柴油机发电机启动信号，连续接收发电机状态数据，并判断发电机工作状态是否正常；⑷充电一定时间后，发出柴油发电机熄火指令，同时关闭连续接收发电机状态数据的功能；⑸发电机油液不足时，通过通讯模块发送柴油发电机液位不足报警信息；⑹发电机工作状态异常时，通过通讯模块发送发电机工作状态异常报警信息和数据。

[0035] 主控板4可定时测量充电模块3容量，当电量不足，可通过中心控制单元发出指令，启动柴油发电机1给充电模块3充电一定时长并则停机；主控板4可定时测量柴油机油箱液位，油量不足时，通过通讯天线5向指定对象发送油液不足报警信息；柴油发电机1启动后，主控板4可通过第二控制电缆7采集发电机转速、输出电压、输出电流和温度等数据，判断柴油发电机1的工作状态，若发现柴油发电机1工作状态异常，立即对柴油发电机1进行关机，并通过通讯天线5向指定对象发送柴油机故障报警信息。

[0036] 柴油发电机1正常工作时，输出电压220VAC，通过发电机第一输出电缆8输出到充放电控制板2的充电输入端口，即可对蓄电池（组）进行充电；在充电工程中，充放电控制板2将充电输入端口的交流电转换成直流电（AC/DC），经稳压后充电输出端口输出电压24VDC，通过充电电缆10连接到蓄电池（组）的输入端口，对蓄电池（组）进行充电。蓄电池（组）的输出端口通过第二输出电缆11连接充放电控制板2的电源输入端口，由于蓄电池（组）输出电压随电池组剩余电量的变化会发生一定量的变化，充放电控制板2的电源输入端口和放电输出端口之间设计了稳压电路，通过放电输出端口对外提供恒定电压，供电电压24VDC。

[0037] 主控板4的电源端口通过直接连接充放电控制板2的放电输出端口，其目的是结构紧凑，降低外界环境的干扰及能量消耗。

[0038] 主控板4上设计有电源转换模块，电源转换模块为24V转5V型，用于将输入电压24VDC转换成测量和通讯设备所需的电压；为保证能适时检测蓄电池（组）的容电量，在主控板4上设有电池容量检测端口，通过测量线路9直接连接到蓄电池（组）内部，即可测量蓄电池（组）贮存的电压值，以便判断蓄电池（组）内贮存的剩余电量是否达到使用下限。

[0039] 将主控板4上的发电机控制端口直接与柴油发电机1的启停装置相连，当蓄电池（组）的电压达到设定值的下限时，主控板4启动控制柴油发电机1向蓄电池（组）充电，充电时间达到设定时间后，主控板4停止向控制柴油发电机1熄火，从而实现分布式电源的自主续航。

[0040] 主控板4中的发电机监测端口通过第二控制电缆7与柴油发电机1上的数字式油箱液位传感器、数字式温度传感器、数字式转速传感器、数字式交流电电压传感器和电流传感器等设备连接，同时通讯天线5与主控板4的通讯端口连接。

[0041] 主控板4可检测柴油发电机1上的油箱液位，当检测到柴油发电机1油箱液位低于设定值时，主控板4通过通讯天线5向指定用户发出油液不足报警信息。报警信息包括航标船号、柴油机油箱液位数据和加油提示信息。

[0042] 主控板4亦可检测柴油发电机1的工作温度，当检测到柴油发电机1的工作温度高于设定值时，控制柴油发电机1熄火，同时发出柴油发电机1工作温度过高报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机温度记录数据包和检修提示信息。

[0043] 主控板4可检测柴油发电机1的工作转速，当检测到柴油发电机1的转速超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机工作转速超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机1转速记录数据包和检修提示信息。

[0044] 主控板4可检测柴油发电机1的输出电压，当检测到柴油发电机1的输出电压超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机输出电压超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机1输出电压测量记录数据包和检修提示信息。

[0045] 主控板4可检测柴油发电机1的输出电流，当检测到柴油发电机1的输出电压超出设定范围时，控制柴油发电机熄火，同时发出柴油发电机输出电流超限报警，报警信息包括航标船号、柴油发电机1输出电流测量记录数据包和检修提示信息。

[0046] 通过监测柴油发电机1的设备状态，可及时提醒用户检修设备和补充给养，确保柴油发电机1等设备技术状态良好，确保自主续航顺利实施。