一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统

本发明涉及船舶混合动力领域和电力工业领域，具体涉及一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，该系统包括飞轮储能和智能航道感知功能并可根据实时信息适时切换动力模式。

背景技术：

1、近年来，全球经济高速发展，能源枯竭问题愈发严重，新能源产业的高速发展显得越来越迫切，其对支持全球能源需求的增长，推动经济可持续发展起支撑作用。

2、目前，我国内河船舶的能源动力形式多采用以单一电池组、超级电容器或多种新能源混合为主。据研究发现，部分新能源具有间歇性与随机性的特点，若大规模高比例地接入电力系统，将给电力系统的运行带来安全和稳定的问题隐患。

3、为了解决上述存在的问题，如公开号cn201620634680.7的中国专利公开了一种船用飞轮储能与减摇一体化控制系统装置，包括正转飞轮、反转飞轮、正转飞轮控制器、反转飞轮控制器、系统控制器、姿态传感器、超级电容、太阳能控制器、太阳能电池板、双向逆交器、交流电源/负载、双向直流变换器、直流电源/负、船体。该发明采用正反转双飞轮结构，减摇过程中，能量在两个飞轮中流动，所需外部能量极低；当船舶转向时，所产产生的力短相互抵消，因此不会引起纵摇，也不会增加行驶阻力；采用飞轮储能，没有二次污染。该装置具有该装置具有高效率、清洁的优点，但在动能系统上不够智慧和灵活。

4、目前，国内外尚无能灵活、自主、智慧切换动力方式且同时采用飞轮储能装置的内河船舶系统，为此，设计了一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统。本发明可根据由飞轮储能、集成驱动的电动机和发电机、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统来提高内河船舶航行过程中的能量利用率，降低运行损耗，增强吞吐量，延长使用寿命；同时，通过在内河航行过程中捕捉到的实时航道信息进行ai智能计算，合理地选择动力输出模式，提高航行可靠性、简便性、智能智慧性、高效性、环保性，并且该设计符合智能船舶绿色化趋势，将积极推动新能源、智能控制系统在内河航运领域的应用，具有现实意义和良好应用背景。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统。

2、本发明的目的是这样实现的：包括以一定拓扑结构排列的集成传感器、具有智能性的前端视觉系统、能统筹并调配来自视觉系统和控制器反馈信号的中央控制系统、由柴油机和电动机组成的动力源、由柴油发电机和储能系统组成的后备储存动力源、由动力源及后备存储动力源组成的混合动力源、拥有由飞轮储能、集成驱动的电动机和发电机、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统、执行中央控制系统对于调配混合动力源的指令并实时反馈的控制器、螺旋桨、保护轴承、可逆式电动/发电机、真空室、壳体、飞轮转子、轴向磁轴承推力盘、轴向磁轴承电磁线圈、径向磁悬浮轴承、电力电子装置、冷却系统、直流电dc总线。

3、可选地，所述采用星型拓扑结构的传感器，用于捕捉综合信号数据，其中综合信号数据包括航道深度、宽度、泥沙量、暗礁数量，并通过通用输入输出端口gpio 实时反馈到中央控制系统。

4、可选地，所述具有智能性的前端视觉系统用于负责传感器和中央控制系统之间的信号转化。

5、可选地，所述中央控制系统为所述具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统的核心，用于统筹并调配来自前端视觉系统和控制器反馈信号，以中央控制系统为中心，统筹调度整个具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统。

6、本发明还包括这样一些结构特征：

7、流水式机械工作能保证系统的可靠性和时效性。

8、机电一体化保障本发明系统的准确性。

9、各部分互为反馈性结构体，使得系统能准确适时切换动力模式。

10、采用星型拓扑结构的传感器，提升了数据的获取以及传输效率。

11、依托于中央控制器连接的各部分形成的树形拓扑结构，具有扩展性强、节能高效，适用于大规模、多层次的混合动力控制系统。

12、具有响应速度快、安装便捷、寿命长等特点的飞轮储能系统，提高系统的实用性、可靠性和稳定性。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1.依托ai前端可视分析网络系统，使船舶实现人工智能化，能够实时掌握航行条件、航道信息、船体状况、行驶情况，并且本发明系统使用多维度传感器共同运作，以保证水面、水下实时情况可控，具有一定智慧性。

15、依托混合动力系统，在需要快速加速、临时悬停、临时过载或应急情况下，搭载的控制器可迅速分析实时状况，判断是否释放能量以及向中央控制系统反馈并记录数据，这一结构使得能量利用效率大大提升并有效降低船舶碳排放和空气污染物排放，有助于保护沿途生态环境。

16、依托ai前端可视分析网络系统和混合动力系统的有机结合，实现了电力推进的自动化操作，有效降低人为故障发生的概率，且保留了柴油动力推进的传统优势，具有可靠性。

17、依托由飞轮储能、集成驱动的电动机和发电机、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统，通过控制永磁电机速度，实现整个飞轮储能系统的充放电，起到削峰填谷的作用，为动力模式的切换做保障。

技术特征：

1.一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：包括以一定拓扑结构排列的集成传感器（8）、具有智能性的前端视觉系统（1）、能统筹并调配来自视觉系统和控制器反馈信号的中央控制系统（3）、由柴油机（5）和电动机（6）组成的动力源、由柴油发电机（4）和储能系统组成的后备储存动力源、由动力源及后备存储动力源组成的混合动力源、拥有由飞轮储能、集成驱动的电动机和发电机、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统（7）、执行中央控制系统对于调配混合动力源的指令并实时反馈的控制器（2）、螺旋桨（9）、保护轴承（10）、可逆式电动/发电机（11）、真空室（12）、壳体（13） 、飞轮转子（14）、轴向磁轴承推力盘（15）、轴向磁轴承电磁线圈（16）、径向磁悬浮轴承（17）、电力电子装置（18）、冷却系统（19）、直流电dc总线（20）。

2.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述采用星型拓扑结构的传感器（8），用于捕捉综合信号数据，其中综合信号数据包括航道深度、宽度、泥沙量、暗礁数量，并通过通用输入输出端口gpio实时反馈到中央控制系统（3）。

3.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述具有智能性的前端视觉系统（1）用于负责传感器（8）和中央控制系统（3）之间的信号转化。

4.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述中央控制系统（3）为所述具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统的核心，用于统筹并调配来自前端视觉系统（1）和控制器（2）反馈信号，以中央控制系统（3）为中心，统筹调度整个具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统。

5.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述由柴油机（5）和电动机（6）组成的动力源构成了驱动内河船舶航行的动力源。

6.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述由柴油发电机（4）和飞轮储能系统（7）组成的后备储存动力源构成了保障船舶动力源的后备能源。

7.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述切换混合动力模式是将柴油机（5）、电动机（6）、发电机（4）、飞轮储能系统（7）组成，通过控制器（2）进行选择调配。

8.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述拥有由飞轮储能系统（7）、集成驱动的电动机（6）和柴油发电机（4）、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统可以将过剩的能源储存下来，供动力模式的实时切换。

9.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述执行中央控制系统（3）对于调配混合动力源的指令并实时反馈的控制器（2）可以根据功率需要，实时更换动力模式，将柴油机（5）单独作用、柴电混合运行、释放飞轮储能这三种动力模式灵活切换。

10.根据权利要求1所述的一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，其特征在于：所述螺旋桨（9）模型通过执行控制器（2）的指令来调整转速，从而改变航速。

技术总结本发明提供一种具有飞轮储能的前端可视性新型内河船舶混动系统，涉及船舶混合动力领域和电力工业领域，包括以拓扑结构排列的集成传感器、智能前端视觉系统、能统筹调配来自视觉系统和控制器反馈信号的中央控制系统、由柴油机和电动机组成的动力源、拥有由飞轮储能、集成驱动的电动机和发电机、磁悬浮支撑系统组成的飞轮储能系统、执行中央控制系统对于调配混合动力源的指令并实时反馈的控制器、螺旋桨模型。本发明在内河航行过程中捕捉到的实时航道信息进行AI智能计算，通过控制永磁电机速度，实现整个飞轮储能系统的充放电，起到削峰填谷的作用，为动力模式的切换做保障。技术研发人员：吕修颐,鞠臻诚,杨浩然,刘永欢,杨丛超受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5