摘 要

随着社会的快速发展和社会的进步，航运行业也迅速发展起来，为保证船舶的安全性和稳定性，对船舶航行的要求也越来越高。1999年，在航行安全分委会第45次会议上，国际海事组织（IMO）确定了对SOLAS公约的修改，规定300总吨及以上的国际航行船舶，500总吨及以上的国际航行沿海船舶，所有客船（如有免除的除外）应配备A级AIS系统。并于2008年前完成船舶AIS的安装工作。中华人民共和国海事局在2010年4月出台的关于印发《国内航行船舶船载电子海图系统和自动识别系统设备管理规定》的通知（海船舶{2010}156号）中规定：珠海，长江干线，京杭运河及黄普京的100-1000总吨所有船舶不迟于2011年7月1日之后的第一次年度检验前安装船舶设备。内河渡船，小型渔船，小型运输船等小型内河船员，对复杂的AIS不会操作而不使用船舶AIS，对船舶的安全航行失去了保障。小型内河船舶应使用简易版AIS，本论文对简易AIS供电进行研究及探讨，通过比较各种可行方式。考虑电源设计稳定性，方便性，节能环保等因素，设计一种合理的供电方式，保证船舶安全航行。

本论文通过对小型内河船舶的调研，设计简易版的AIS，通过实验测试得出AIS供电电池的功率及容量要求，确定合适的供电方式以及电池型号。太阳能是可再生能源，随着相关技术的不断发展和完善，在我国能源结构中所占比重逐年增加。太阳能在小型电子设备上的应用效果很好，太阳能电池板在船舶上可给蓄电池充电，简单方便。太阳能电池板的功率会受外界环境影响，通过实验测试找出太阳能电池板的最大功率时间段，可有效减少充电时间，提高供电系统充电效率，保证该电路稳定高效供电^[6]。

关键词：船舶AIS 光伏发电 锂电池 MPPT控制器

Abstract

With the rapid development of society and the progress of society, mankind's demand for energy is getting higher and higher so that humans face the depletion of fossil fuels and have a huge impact on the environment. Solar energy, wind energy, and heat energy have been valued by many countries. China has a huge population and can not rely on fossil fuels alone, so we attach particular importance to solar energy, which is an inexhaustible source of energy. Therefore, the use of solar photovoltaic power generation is a very ideal method, which not only reduces environmental pollution but also can solve the current demand in China. With the rapid development of the ship industry, the safety and stability of ship navigation can not be separated from the role of ship AIS. Nowadays, the number of ships is large, and the power supply to the ship AIS will also consume a lot of energy. There are many ways to supply the ship AIS. We must choose a reasonable way to ensure the full use of energy, and the solar panels are inexhaustible. Therefore, the use of photovoltaic power generation on the ship simple AIS is a best choice, energy-efficient and safe.
Composition of AIS Charging and Discharge System: Solar panel MPPT controller lithium battery AIS equipment. In the following contents of the paper, we began to introduce their own working principles. This system uses solar panel photovoltaic power generation system to charge lithium batteries through solar panels, and then power the AIS system through lithium batteries. This can make full use of solar energy. And only the sun can be charged, convenient environmental protection. This paper will also analyze and compare the power supply methods of other ways, and get some points of this method and the reasons for its selection. However, due to the unstable utilization rate of solar photovoltaic power generation, it is not possible to find the best charging time. Finding the best power of solar panels and the rational design of circuits is the key to improving the efficiency of this system. Therefore, this paper will also test the influencing factors of solar panels to obtain the efficiency of solar panels at various times.
In this paper, the working efficiency of solar panels is simulated, and the effects of light intensity, angle and weather on the efficiency of solar panels are verified, and the optimal charging time is determined. The MPPT optimized charging and discharging controller improves the charging efficiency of lithium batteries and the service life of lithium batteries, and maintains the system to provide efficient and lasting power supply.
Key words: AIS photovoltaics lithium battery MPPT controller ship AIS circuit charge and discharge

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 船舶简易AIS及国内外供电方法现状分析 1

1.2.1 船舶简易AIS国内外的研究 1

1.2.2 AIS供电方式研究现状分析 3

1.3 论文主要内容 4

第2章 船舶简易AIS系统供电方法分析 5

2.1 小型内河船舶调研 5

2.1.2 设备安装位置 5

2.1.3 船舶AIS使用情况 6

2.1.4 调研结果 6

2.2 简易AIS的选用及特征 6

2.1.1 简易AIS选用 6

2.1.2 简易AIS的优势及特点 8

2.3 船舶AIS供电方式比较 8

2.3.1 船舶轴带发电机供电 8

2.3.2 铅蓄电池供电 9

2.3.3 太阳能电池供电 9

2.3.4 锂电池供电 10

2.3.5 太阳能电池板供电的引入 13

2.4 太阳能控制器选型 16

2.5 供电系统设计流程 17

第3章 最大功率跟踪器及锂电池充放电研究 18

3.1 最大功率跟踪器 18

3.2 最大功率跟踪算法 18

3.2.1 恒定电压法 18

3.2.2 扰动观察法 18

3.2.3 电导增量法 19

3.2.4 其它最大功率点跟踪法 20

3.3 最大功率时间段分析 20

3.3 系统电路设计 21

第4章 实验测试结果分析及展望 23

4.1 测试结果及分析 23

4.2 总结与展望 27

参考文献 28

致谢语 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着科技的发展，船舶行业变高速化，密集化，如今小型内河船舶随之变多，面对的航行情况复杂性，对船舶航行的周围环境的状况要有清楚了解，做到事前预防。船舶AIS应用于船与岸，船与船之间的船舶和通信的重要系统和技术设备，再近些年来AIS更是得到了迅速的发展，在我国沿海地区，最先开展AIS应用，在海事监督、应急指挥、船岸信息交互船舶助航导航、航行搜救、避碰、调查海事事故、通航规律分析、AIS信号覆盖分析等许多领域起到了重要的作用。

如今，我国沿海水运管理中心、各级海事管理机构，以及部分国家机构和大型交通运输企业均能获取海航数据。海航在沿海地区取得了成功，预计将在内陆水域进一步发挥作用，确保内河航道的安全和畅通，从而促进内河航运的发展。内河小型船员自身素质有限，船舶AIS操作复杂，船内设备简陋，船舶自供电系统不足，导致船舶AIS不能正常运行被闲用，船舶简易版AIS的供电系统成为了研究对象。

在电路系统的稳定性，安全性，方便性，得到可行的供电方式，在做进一步具体研究。如今太阳能能源很好地运用到电子设备中，太阳能电池板节能环保，体积小，可安放在小型内河船舶上。太阳能电池板利用在船舶AIS供电上，既简单又方便，随时可以充电，太阳能能源取之不尽用之不竭，可有效减少其他能源的使用，减少环境污染。而本论文研究目的也是为了在小型内河船舶上的各种可行的供电方式上，引入太阳能电池板，进行各自优缺点比较，分析选出最佳的供电方式，以供小型内河船舶航行时其简易AIS的供电系统利用^[1]。

1.2 船舶简易AIS及国内外供电方法现状分析

1.2.1 船舶简易AIS国内外的研究

随着航运事业的发展，船舶数量增加船舶高速化，大型化，航行环境越来越复杂，这就导致了海上交通事故的频繁发生，雷达，ARPA有智能识别功能，其所实现的功能有限，不能够船舶信息，船名等，不能够很好处理好船舶与海洋环境之间的关系为提高船舶导航技术水平，我国交通运输部海事局全力推动船载自动识别系统（简称AIS）设备在国内航行船舶的普及和应用，为船舶航行提供安全保障。

目前国际海事组织针对不同水域、不同种类的船舶提出不同等级的AIS等级，有些船舶由于缺少完备的的通讯和监控支持，未配备AIS设备的船舶极易存在安全隐患。如1983—1992年德国海事对船舶碰撞事故进行调查指出，雷达由于能见度有限，船上雷达设备提供不完全，不适当，模棱两可的数据不能准确获得船舶附近的准确动态信息，2013年1月12日，自卸砂船“粤广州货1166”航行至西江下游海心沙附近水域时，因避让不当与九江渡口渡船“粤佛山渡驳3069”发生碰撞。事故造成砂船输送带损坏，无人员伤亡；2014年8月1日晚，西江东升河段沥沁渡口附近发生“8·1”渡船倾覆事故。事故中“粤中山渡0463”渡船上16人落水，其中10人获救，6人死亡。事后海事部门的调查结果显示，事故主要原因是渡船遭遇突发性强雷雨大风袭击。2012年6月，为进一步提升对客渡船的安全监管能力，武汉海事局启动渡船AIS系统免费安装工作，6艘汽渡拖轮进行了AIS设备安装；2012年11月，衡阳首批189艘客渡船AIS自动识别系统安装完成，并投入使用；2014年12月，湛江海事局为切实提高渡船信息化监管水平，保障渡船航行安全，免费为38艘渡船安装了AIS设备。

AIS可更准确提供船舶信息，增强了船舶的全局意识，进入了数字时代，可随时随地观察周围动态环境以及周围船舶信息，会立即显示出该区域的船舶的数据,确定其相关信息，为船舶安全航行有效避险提供了精确的数据，改善沿海及港口水域通航秩序，提高海上搜救成功率，保护海洋环境，AIS也应用于海事管理，VTS中为航运行业的安全航行和运营增加了安全的信息保障（如图表1.1以下为对近些年来AIS的安装要求）^[1]。

表1.1 AIS安装要求

AIS把船舶带领到了智能航行的时代，为船舶安全航行的提供安全保障。

1.2.2 AIS供电方式研究现状分析

AIS供电方式很多，小型内河船舶船舶AIS操作复杂，无常规供电能力，内河船员经常闲置船舶AIS。如利用小型内河船舶上轴带发电机产生的电能直接通过转换器给蓄电池供电，存在不稳定，供电不足现象，会受发电机的功率影响。有些内河小型船舶使用铅蓄电池，船用铅蓄电池体积大，充电麻烦以至船舶AIS经常被闲置。考虑稳定性，方便性，体积小，便于携带等因素锂电池逐渐成为船舶AIS的供电电源。

当今太阳能在小型电子设备上的应用效果很好，可用于船舶AIS供电，我国对太阳能的利用十分重视，针对它计划性的发展，其国外也是例如美国的“百万屋顶计划”，日本进行的阳光计划，德国开展的10万屋顶发电计划，等等可看出太阳能利用的重要性。如今许多小型内河船舶也开始利用太阳能能源，不仅节能环保，而且简单方便，船上即可自行充电。（以下为2001年-2008年太阳能发展状况表1.2）

表1.2 太阳能发展状况

我国光伏发电累计和新增机容量如图1.1

图1.1 光伏累计和新增机容量

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