专利名称：柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，属于新型农业机械技术领域。
背景技术：
水稻是高产的粮食作物，全世界有一半以上的人口以稻米为主食。中国水稻种植面积近3200万公顷，产量约占粮食总产量的40%，是种植面积最大、单产最高、总产量最多的粮食作物。在中国，水稻不仅是华南、华东、华中地区的主要粮食作物，近年来，在中国东北地区、华北地区的种植面积迅速增加，食用北方生产的大米已成为南方各城市居民的首选。不违农时，按照农时季节扦插秧苗，是夺取水稻高产、丰收的关键所在。本发明人曾经在水田中从事繁重的挑秧、插秧体力劳动十年，参加过大苗插秧机、小苗带土插秧机的研制和推广工作，并在1989年7月31日在苏州举行的全国农机会议上被公选为中国农业机械学会能源动力学会理事。在生产实践中，本发明人对插秧机的能源供应、农村能源与生态环境之间的关系反复思考，对搞好水稻生产与粮食安全、政治安定之间的关联反复认识， 已在2008年9月16日至2008年11月30日期间申请了 ‘锂离子电池新能源应用在插秧机上的动力装置’、‘太阳能光伏发电系统应用在插秧机上的动力装置’、‘风力发电系统应用在插秧机上的动力装置’、‘太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置’四件发明专利和四件实用新型专利，并根据当今世界能源的实际利用形势，从2009年5月8日开始由本发明人担任法定代表人的无锡求新专利技术应用有限公司为申请人、本人为发明人开始申请‘柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置’、‘柴油发电与风电互补应用在插秧机上的混合动力装置’、‘柴油发电与光伏发电互补应用在插秧机上的混合动力装置’、‘柴油发电与风光发电互补应用在插秧机上的混合动力装置’四件发明专利和四件实用新型专利，共同组成有中国特色的新能源插秧机专利集群来满足农民、企业和社会的‘绿色需求’。2009年4月至6月，成双成对的布谷鸟唱起‘布谷’、‘布谷’的欢乐歌声从中国南方的水稻产区飞向中国北方的水稻产区，布谷鸟从空中看到中国水稻产区的农民们已在放水整田，水稻田里既有拖拉机牵引着水田耙在奔跑，也有水牛在犁田翻地，一块块碧绿的秧苗茁壮成长，等待栽插时‘搬家’、扩大生长的空间；布谷鸟从空中看到某些地区的农村水源已经有不同程度的污染，从农业机械的排气管中冒出的黑烟污染着农村的清洁空气；布谷鸟从空中看到金融、粮食、能源、环保四大难题，已将世界上一些国家和地区的人民闹得不能安宁；布谷鸟从空中看到中国加强了自主创新和知识产权保护，本发明人已荣获江苏省知识产权局2009年4月四日公布的江苏省首届‘民间发明创新奖’ 二等奖。2008年，江苏省无锡市56万亩水稻种植面积中有百分之九十的面积采用机械插秧，现有的动力插秧机全部加用柴油，完全依靠化石能源供给内燃机产生动力。在插秧的最佳季节里，2008年5月许多省、市出现了柴油供应暂时中断，严重影响了插秧机的柴油供应，无锡市农机局在江南晚报上紧急公开了插秧机用油紧缺的消息，多渠道紧急调运柴油供应插秧机工作来保证粮食生产。中国石油和化学工业协会统计显示，2008年中国的柴油进口量为625万吨，比上年增长近2倍；中石油有关研究部门预测，2009年中国柴油的消费量约为1. 44亿吨。从1991年至1998年，全国插秧机的拥有量从20512台发展到38859 台，到2009年，估计中国拥有插秧机10万台以上。外商的两家农机公司在无锡、苏州开设工厂、制造插秧机供应市场，这些插秧机的质量、性能和外观皆好，目前依靠纯柴油内燃机提供插秧机需要的全部动力。机械插秧的水稻病害较轻，虫口密度较低，节省用工成本费用， 提高劳动生产效率，且有增产作用。在农忙季节，成千上万的插秧机使用柴油，排放大量的二氧化碳，使气候变暖，污染农村清洁的空气和美好的自然环境。从保护生态环境、节能减排、服务三农，减少对石油资源的依赖，减轻插秧机的整体重量出发，设计并研制适合传统能源和新能源互补供应的、节能的、轻巧的、实用的、绿色的新型电动插秧机是本发明的主要目的。
发明内容本发明的目的在于克服上述不足之处，用锂离子电池充放电和柴油发电机发电来共同向电动插秧机提供充足的电力，既保证插秧机的正常运转，又减轻插秧机排放造成的环境污染。未来供应插秧机的主要能源将是电力，而不是资源越来越少的化石能源。燃煤发电、燃油发电、太阳能光伏发电、风力发电、核电、水电等各种发电手段发出的电力的价格有高、有低，而且在变化之中。将价格较低的电力输入锂离子电池向插秧机供电、有利于降低稻谷的生产成本。20世纪60、70年代发生的石油危机催生出锂离子电池这一替代能源。锂离子电池电压高、比能量高、工作温度宽、比功率大、放电平稳、储存时间长(30天 90天)， 特别是可充放电的锂离子电池十分适合作为插秧机的新能源。锂离子电池中不含有铅、镉等有毒金属，有利于环境保护。电力输入单位质量和单位体积储能密度高、输出功率大、循环性能优良、放电区平稳，可进行快速充放电的锂离子电池，才能基本满足插秧机对新的动力源的需求。这里特别要指出的是锂离子电池是一种绿色电池，推广使用锂离子电池有利于减少污染，保护环境，维护生态平衡。随着正极技术的不断发展，可以采用氧化锰锂为正极，从而可以大大降低锂离子电池的成本。由于电动插秧机在单位时间里的耗电量大于电动自行车，接近电动汽车，所以不能指望用锂离子电池很快取代插秧机上的柴油机，需要有一个过渡时期，先开发柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置。本发明的技术解决方案是这样实现的1、一种柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连结组成向电动插秧机提供电力的混合动力装置；柴油发电系统包括柴油发电机5和导电线4，在柴油内燃机内燃烧柴油，通过柴油内燃机发电机组的运转将化学能转换成电能，电能通过导电线4输入电动机12 ；锂离子电池充放电系统包括锂离子电池8和导电线4，锂离子电池8是最理想的动力电源，具有使用寿命长，100% DOD 充放电可达900次以上；当采用浅深度(30%D0D)充放电时，循环次数已经超过了 5000次； 从常规供电网或其他供电源输入锂离子电池8的电流，可以储存备用，凝胶型聚合物锂离子电池和全固态聚合物锂离子电池的储能作用都相当好；从锂离子电池8输出的电流通过导电线4输入电动机12 ；电动机12运转时将电能转换成机械能，使用一部分机械能可以将行走轮转动轴6发生转动，从而带动水田行走轮7在整平的稻田里向前运动；使用另一部分机械能驱动插秧爪移动轴11发生向左或向右移动和插秧爪10围绕插秧爪移动轴11作圆周运动，从而使固定在插秧爪移动轴11上的插秧爪10可以向左或向右作勻速运动，从整齐放置在秧苗箱板1上的秧苗上自左向右、然后自右向左往返按照顺序抓取适量秧苗，及时插入水田耕作层上部适宜的深度，将水稻秧苗按照不同的水稻品种对插秧的行距、株距、 每穴苗数的不同要求，不误农时及时进行机械插秧，确保粮食丰收。2.所述的柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，所述的插秧爪10与插秧爪10之间的横向距离为6-60厘米(栽插水稻秧苗的行距)，插秧爪10抓住秧苗插入水稻田耕作层上部的适宜深度为2-10厘米(扦插秧苗的深度)，每穴水稻秧苗的株数为1-10株(每穴苗数)，两穴水稻秧苗之间的纵向距离(即穴距)为2-50厘米。3.适合用作电动插秧机动力源的锂离子电池的工作温度范围为5°C-65°c，锂离子电池能快速充放电，输出功率大、体积能量密度高、对环境无污染；在柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置中，锂离子电池8供应的电力可以占电动机12需用的全部电力的2 % -98 %，柴油发电供应的电力也可以占电动机12需用的全部电力的 2% _98%，但两种动力源的电力所占百分比相加之和必须是100%。在纯电动插秧机目前不能完全推向市场的情况下，本发明作为过渡产品，混合动力插秧机正是技术开发热点。混合动力插秧机可以大幅度提高燃油的经济性，并且可以降低排放；混合动力插秧机与纯柴油内燃机为动力的插秧机相比，0)2可以降低排放量50%以上，CH、NOx等排放量可以降低 90%，混合动力插秧机的制造成本比纯电动插秧机要低，初步满足了对电动插秧机的环保和节能要求。4. 一种柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，将锂离子电池 8输出的电流和柴油发电机5输出的电流汇集的总电流量的0. 1% -0. 3%供给安装在秧苗箱板1的后面设置的发光二极管13的照明，使传送、供应秧苗到插秧机上的工作人员在田间能及时发现漏插秧苗的事故，及时排除故障，延长了在光线暗淡的情况下机械插秧的工作时间，提高了机械插秧的质量。
图1是为本发明的结构示意图。
具体实施方式
采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连接组成向电动插秧机提供电力的混合动力装置。使用柴油发电机5发出的电力和从锂离子电池8输出的电力同时输入电动插秧机中的电动机12，在电动机12运转时将电能转换成机械能，然后将机械能传送到插秧机的有关部件，通过插秧机各个组成部件的运动来完成插秧机在水田中的行走、运送水稻秧苗、抓取水稻秧苗、栽插水稻秧苗的工序。本发明还在秧苗箱板1的后面设置发光二极管 13照明，及时发现漏插秧苗的事故，及时排除故障，延长了在光线暗淡的情况下机械插秧的工作时间，提高了机械插秧的质量。为了尽可能降低稻谷的生产成本，提高水稻生产的经济效益，兼顾农民收入和环保要求之间的关系，在电动插秧机的混合动力装置中要根据各种来源的电力的市场价格， 来合理调配所占的供电比例，现举出具体实施例如下实施例一在采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连接组成向电动插秧机提供电力的混合动力装置中，使用柴油发电机5发出的电力占供电总量的70%，从锂离子电池中输出的电力占供电总量的30%。实施例二 在采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连接组成向电动插秧机中电动机12提供电力的混合动力装置中，使用柴油发电机5发出的电力占供电总量的 50 %，从锂离子电池8中输出的电力占供电总量的50 %。实施例三在采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连接组成向电动插秧机中的电动机12提供电力的混合动力装置中，使用柴油发电机5发出的电力占供电总量的 30 %，从锂离子电池8中输出的电力占供电总量的70 %。江苏省的水稻栽插时间为4月下旬至7月中旬；5月上旬至5月中旬适期栽插的水稻，活棵快、分蘖多、穗大粒多，米粒饱满，容易获得高产。进入7月中旬，甚至在7月下旬栽插的单季粳稻，每推迟栽插一天，不仅每穗粒数要减少，粒重也会减轻。所以，使用插秧机大面积抢季节及时插秧，对夺取水稻高产十分重要。如果在农忙季节里，发生插秧机的能源供应短缺问题、肯定会造成粮食产量的大幅度减少。由于插秧爪10可以向左或向右调整横向距离，插秧爪10围绕插秧爪移动轴11的转速也可以进行调整，我们可以按照不同的水稻品种的特性来调整水稻的行距和株距，以及每穴苗数，达到粮食高产的目的，举出实施例如下实施例四单季粳稻的宽行窄株移栽。采取宽行窄株(25cmX10cm)方式移栽，合理稀植，保证落田苗数。插秧规格根据水稻品种、土质、秧苗素质、栽插季节等具体情况灵活掌握。插秧时要求做到不插深水秧(栽秧深度2 4cm为宜)、不漂秧、不浮秧、不伤秧、不勾秧，株距、行距顺直，由于单季粳稻的分蘖力一般，每穴需要栽3 5株水稻秧苗。江苏省采用这种模式栽秧的粳稻，水肥管理好，及时防治病虫，每市亩的稻谷产量一般可以达到 500公斤以上。实施例五超级杂交水稻的宽行稀植，每穴定量控苗。超级杂交水稻的高产栽培密度为19-20丛/m2，行距在^cm左右，由于杂交水稻的分蘖力强，一般每穴插单株，如单株带蘖少可插双株，这样有利于提高成穗率，减少水稻纹枯病的发病率。江苏省采用这种模式栽插的杂交水稻，水肥管理好，及时防治病虫，每市亩的稻谷产量一般可以达到700公斤以上。中国用不足世界1/10的耕地，养活占世界1/5的人口，其中水稻荣立大功。本发明既应对石油危机，适应由传统能源向新能源的逐步过渡时期，有利于节能减排、保护环境， 更能抓住季节、保障及时大面积插秧，有利于稻谷持续增产，这样做对稳定粮食和食品的供应价格是有益的。成千上万用柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置为动力源的电动插秧机将穿梭往返在中国广阔的水稻田里，为中国的强大贡献更多的粮食。
权利要求1.一种柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，其特征是，采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连结组成向电动插秧机提供电力的混合动力装置；柴油发电系统包括柴油发电机(5)和导电线G)，在柴油内燃机内燃烧柴油，通过柴油内燃机发电机组的运转将化学能转换成电能，电能通过导电线(4)输入电动机(1 ；锂离子电池充放电系统包括锂离子电池(8)和导电线G)，从锂离子电池(8)输出的电流通过导电线 (4)输入电动机(12)。
2.根据权利要求1所述的柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置， 其特征是，所述的插秧爪(10)与插秧爪(10)之间的横向距离为6-60厘米，插秧爪(10)抓住秧苗插入水稻田耕作层上部的适宜深度为2-10厘米，每穴水稻秧苗的株数为1-10株，两穴水稻秧苗之间的纵向距离为2-50厘米。
3.根据权利要求1所述的柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置， 其特征是，适合用作电动插秧机动力源的锂离子电池的工作温度范围为5°C _65°C，锂离子电池能快速充放电，输出功率大、体积能量密度高、对环境无污染；锂离子电池(8)供应的电力可以占电动机(12)需用的全部电力的2% -98%，柴油发电供应的电力也可以占电动机(12)需用的全部电力的2%-98%，但两种动力源的电力所占百分比相加之和必须是 100%。
4.根据权利要求1所述的柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置， 其特征是，将锂离子电池⑶输出的电流和柴油发电机(5)输出的电流汇集的总电流量的 0. 1% -0. 3%供给安装在秧苗箱板(1)的后面设置的发光二极管(13)的照明。
专利摘要本实用新型涉及一种柴油发电与锂离子电池互补用在插秧机上的混合动力装置，属于新型农业机械技术领域。其主要采用柴油发电系统和锂离子电池充放电系统连接组成向电动插秧机提供电力的混合动力装置。使用柴油内燃机发电机组发出的电力和从锂离子电池输出的电力同时输入电动插秧机中的电动机，在电动机运转时将电能转换成机械能，然后通过传动带，将机械能传送到插秧机的有关部件，通过插秧机各个组成部件的运动来完成插秧机在水田中的行走、运送水稻秧苗、抓取水稻秧苗、栽插水稻秧苗的工序。本实用新型还在秧苗箱板的后面设置发光二极管照明，及时发现漏插秧苗的事故，及时排除故障，延长了在光线暗淡的情况下机械插秧的工作时间，提高了机械插秧的质量。
文档编号A01C11/02GK201976427SQ20092004518
公开日2011年9月21日 申请日期2009年5月9日 优先权日2009年5月9日
发明者缪同春 申请人:无锡求新专利技术应用有限公司