專利名稱：柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝 置，屬于新型農(nóng)業(yè)機械技術領域。
背景技術：
水稻是高產(chǎn)的糧食作物，全世界有一半以上的人口以稻米為主食。中國水
稻種植面積近3200萬公頃，產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的40%，是種植面積最大、單 產(chǎn)最高、總產(chǎn)量最多的糧食作物。在中國，水稻不僅是華南、華東、華中地區(qū) 的主要糧食作物，近年來，在中國東北地區(qū)、華北地區(qū)的種植面積迅速增加， 食用北方生產(chǎn)的大米已成為南方各城市居民的首選。
不違農(nóng)時，按照農(nóng)時季節(jié)扦插秧苗，是奪取水稻高產(chǎn)、豐收的關鍵所在。 本發(fā)明人曾經(jīng)在水田中從事繁重的挑秧、插秧體力勞動十年，參加過大苗插秧 機、小苗帶土插秧機的研制和推廣工作，并在1989年7月31日在蘇州舉行的 全國農(nóng)機會議上被公選為中國農(nóng)業(yè)機械學會能源動力學會理事。在生產(chǎn)實踐中， 本發(fā)明人對插秧機的能源供應、農(nóng)村能源與生態(tài)環(huán)境之間的關系反復思考，對 搞好水稻生產(chǎn)與糧食安全、政治安定之間的關聯(lián)反復認識，已在2008年9月16 日至2008年11月30日期間申請了 1里離子電池新能源應用在插秧機上的動力 裝置'、'太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應用在插秧機上的動力裝置'、'風力發(fā)電系統(tǒng)應 用在插秧機上的動力裝置'、'太陽能光伏發(fā)電與風電互補應用在插秧機上的動 力裝置'四件發(fā)明專利和四件實用新型專利，并根據(jù)當今世界能源的實際利用形勢，從2009年5月8日開始由本發(fā)明人擔任法定代表人的無錫求新專利技術 應用有限公司為申請人、本人為發(fā)明人開始申請^柴油發(fā)電與鋰離子電池互補 用在插秧機上的混合動力裝置'、 <柴油發(fā)電與風電互補應用在插秧機上的混合 動力裝置'、^柴油發(fā)電與光伏發(fā)電互補應用在插秧機上的混合動力裝置，、 <柴 油發(fā)電與風光發(fā)電互補應用在插秧機上的混合動力裝置'四件發(fā)明專利和四件 實用新型專利，共同組成有中國特色的新能源插秧機專利集群來滿足農(nóng)民、企 業(yè)和社會的'綠色需求'。
2009年4月至6月，成雙成對的布谷鳥唱起'布谷'、'布谷'的歡樂歌聲 從中國南方的水稻產(chǎn)區(qū)飛向中國北方的水稻產(chǎn)區(qū)，布谷鳥從空中看到中國水稻 產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民們已在放水整田，水稻田里既有拖拉機牽引著水田耙在奔跑，也有 水牛在犁田翻地， 一塊塊碧綠的秧苗茁壯成長，等待栽插時'搬家'、擴大生長 的空間；布谷鳥從空中看到某些地區(qū)的農(nóng)村水源已經(jīng)有不同程度的污染，從農(nóng) 業(yè)機械的排氣管中冒出的黑煙污染著農(nóng)村的清潔空氣；布谷鳥從空中看到金融、 糧食、能源、環(huán)保四大難題，已將世界上一些國家和地區(qū)的人民鬧得不能安寧； 布谷鳥從空中看到中國加強了自主創(chuàng)新和知識產(chǎn)權保護，本發(fā)明人已榮獲江蘇 省知識產(chǎn)權局2009年4月29日公布的江蘇省首屆'民間發(fā)明創(chuàng)新獎'二等獎。
2008年，江蘇省無錫市56萬畝水稻種植面積中有百分之九十的面積采用機 械插秧，現(xiàn)有的動力插秧機全部加用柴油，完全依靠化石能源供給內(nèi)燃機產(chǎn)生 動力。在插秧的最佳季節(jié)里，2008年5月許多省、市出現(xiàn)了柴油供應暫時中斷， 嚴重影響了插秧機的柴油供應，無錫市農(nóng)機局在江南晚報上緊急公開了插秧機 用油緊缺的消息，多渠道緊急調(diào)運柴油供應插秧機工作來保證糧食生產(chǎn)。中國 石油和化學工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計顯示，2008年中國的柴油進口量為625萬噸，比上年增長近2倍；中石油有關研究部門預測，2009年中國柴油的消費量約為1.44億 噸。從1991年至1998年，全國插秧機的擁有量從20512臺發(fā)展到38859臺， 到2009年，估計中國擁有插秧機10萬臺以上。外商的兩家農(nóng)機公司在無錫、 蘇州開設工廠、制造插秧機供應市場，這些插秧機的質(zhì)量、性能和外觀皆好， 目前依靠純柴油內(nèi)燃機提供插秧機需要的全部動力。機械插秧的水稻病害較輕， 蟲口密度較低，節(jié)省用工成本費用，提高勞動生產(chǎn)效率，且有增產(chǎn)作用。在農(nóng) 忙季節(jié)，成千上萬的插秧機使用柴油，排放大量的二氧化碳，使氣候變暖，污 染農(nóng)村清潔的空氣和美好的自然環(huán)境。從保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)能減排、服務三農(nóng)， 減少對石油資源的依賴，減輕插秧機的整體重量出發(fā)，設計并研制適合傳統(tǒng)能 源和新能源互補供應的、節(jié)能的、輕巧的、實用的、綠色的新型電動插秧機是 本發(fā)明的主要目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，用鋰離子電池充放電和柴油發(fā)電機 發(fā)電來共同向電動插秧機提供充足的電力，既保證插秧機的正常運轉(zhuǎn)，又減輕 插秧機排放造成的環(huán)境污染。
未來供應插秧機的主要能源將是電力，而不是資源越來越少的化石能源。 燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電、核電、水電等各種發(fā)電手 段發(fā)出的電力的價格有高、有低，而且在變化之中。將價格較低的電力輸入鋰 離子電池向插秧機供電、有利于降低稻谷的生產(chǎn)成本。20世紀60、 70年代發(fā)生 的石油危機催生出鋰離子電池這一替代能源。鋰離子電池電壓高、比能量高、 工作溫度寬、比功率大、放電平穩(wěn)、儲存時間長(30天 90天)，特別是可充放電的鋰離子電池十分適合作為插秧機的新能源。鋰離子電池中不含有鉛、鎘 等有毒金屬，有利于環(huán)境保護。電力輸入單位質(zhì)量和單位體積儲能密度高、輸 出功率大、循環(huán)性能優(yōu)良、放電區(qū)平穩(wěn)，可進行快速充放電的鋰離子電池，才 能基本滿足插秧機對新的動力源的需求。這里特別要指出的是鋰離子電池是 一種綠色電池，推廣使用鋰離子電池有利于減少污染，保護環(huán)境，維護生態(tài)平 衡。隨著正極技術的不斷發(fā)展，可以采用氧化錳鋰為正極，從而可以大大降低 鋰離子電池的成本。由于電動插秧機在單位時間里的耗電量大于電動自行車， 接近電動汽車，所以不能指望用鋰離子電池很快取代插秧機上的柴油機，需要 有一個過渡時期，先開發(fā)柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力 裝置。
本發(fā)明的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的
1、 一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置，采用柴 油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連結(jié)組成向電動插秧機提供電力的混合動 力裝置；柴油發(fā)電系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機5和導電線4，在柴油內(nèi)燃機內(nèi)燃燒柴油， 通過柴油內(nèi)燃機發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)將化學能轉(zhuǎn)換成電能，電能通過導電線4輸入 電動機12;鋰離子電池充放電系統(tǒng)包括鋰離子電池8和導電線4，鋰離子電池8 是最理想的動力電源，具有使用壽命長，100XD0D充放電可達900次以上；當 采用淺深度(30%D0D)充放電時，循環(huán)次數(shù)已經(jīng)超過了 5000次；從常規(guī)供電 網(wǎng)或其他供電源輸入鋰離子電池8的電流，可以儲存?zhèn)溆?，凝膠型聚合物鋰離 子電池和全固態(tài)聚合物鋰離子電池的儲能作用都相當好；從鋰離子電池8輸出 的電流通過導電線4輸入電動機12;電動機12運轉(zhuǎn)時將電能轉(zhuǎn)換成機械能，使 用一部分機械能可以將行走輪轉(zhuǎn)動軸6發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而帶動水田行走輪7在整平的稻田里向前運動；使用另一部分機械能驅(qū)動插秧爪移動軸11發(fā)生向左或向 右移動和插秧爪10圍繞插秧爪移動軸11作圓周運動，從而使固定在插秧爪移 動軸11上的插秧爪10可以向左或向右作勻速運動，從整齊放置在秧苗箱板1 上的秧苗上自左向右、然后自右向左往返按照順序抓取適量秧苗，及時插入水 田耕作層上部適宜的深度，將水稻秧苗按照不同的水稻品種對插秧的行距、株 距、每穴苗數(shù)的不同要求，不誤農(nóng)時及時進行機械插秧，確保糧食豐收。
2. 根據(jù)權利要求1所述的柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合 動力裝置，所述的插秧爪10與插秧爪10之間的橫向距離為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層上部的適宜深度為2 _10厘米(扦插秧苗的深度)，每穴水稻秧苗的株數(shù)為1一10株(每穴苗數(shù))， 兩穴水稻秧苗之間的縱向距離(即穴距)為2—50厘米。
3. 適合用作電動插秧機動力源的鋰離子電池的工作溫度范圍為5°C—65°C， 鋰離子電池能快速充放電，輸出功率大、體積能量密度高、對環(huán)境無污染；在 柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置中，鋰離子電池8供 應的電力可以占電動機12需用的全部電力的2%—98%，柴油發(fā)電供應的電力 也可以占電動機12需用的全部電力的2%—98%,但兩種動力源的電力所占百 分比相加之和必須是100%。在純電動插秧機目前不能完全推向市場的情況下， 本發(fā)明作為過渡產(chǎn)品，混合動力插秧機正是技術開發(fā)熱點?；旌蟿恿Σ逖頇C可 以大幅度提高燃油的經(jīng)濟性，并且可以降低排放；混合動力插秧機與純柴油內(nèi) 燃機為動力的插秧機相比，C02可以降低排放量50X以上，CH、 N0x等排放量可 以降低90%,混合動力插秧機的制造成本比純電動插秧機要低，初步滿足了對 電動插秧機的環(huán)保和節(jié)能要求。4. 一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置，將鋰離 子電池8輸出的電流和柴油發(fā)電機5輸出的電流匯集的總電流量的0. 1%—0. 3 °/。供給安裝在秧苗箱板1的后面設置的發(fā)光二極管13的照明，使傳送、供應秧 苗到插秧機上的工作人員在田間能及時發(fā)現(xiàn)漏插秧苗的事故，及時排除故障， 延長了在光線暗淡的情況下機械插秧的工作時間，提高了機械插秧的質(zhì)量。


圖l是為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連接組成向電動插秧機提供電 力的混合動力裝置。使用柴油發(fā)電機5發(fā)出的電力和從鋰離子電池8輸出的電 力同時輸入電動插秧機中的電動機12，在電動機12運轉(zhuǎn)時將電能轉(zhuǎn)換成機械能， 然后將機械能傳送到插秧機的有關部件，通過插秧機各個組成部件的運動來完 成插秧機在水田中的行走、運送水稻秧苗、抓取水稻秧苗、栽插水稻秧苗的工 序。本發(fā)明還在秧苗箱板1的后面設置發(fā)光二極管13照明，及時發(fā)現(xiàn)漏插秧苗 的事故，及時排除故障，延長了在光線暗淡的情況下機械插秧的工作時間，提 高了機械插秧的質(zhì)量。
為了盡可能降低稻谷的生產(chǎn)成本，提高水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，兼顧農(nóng)民收 入和環(huán)保要求之間的關系，在電動插秧機的混合動力裝置中要根據(jù)各種來源的 電力的市場價格，來合理調(diào)配所占的供電比例，現(xiàn)舉出具體實施例如下
實施例一在采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連接組成向電動插秧機提供電力的混合動力裝置中，使用柴油發(fā)電機5發(fā)出的電力占供電總量 的70%，從鋰離子電池中輸出的電力占供電總量的30Q^。
實施例二在采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連接組成向電動插 秧機中電動機12提供電力的混合動力裝置中，使用柴油發(fā)電機5發(fā)出的電力占 供電總量的50%，從鋰離子電池8中輸出的電力占供電總量的50%。
實施例三在采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連接組成向電動 插秧機中的電動機12提供電力的混合動力裝置中，使用柴油發(fā)電機5發(fā)出的電 力占供電總量的30%，從鋰離子電池8中輸出的電力占供電總量的70%。
江蘇省的水稻栽插時間為4月下旬至7月中旬；5月上旬至5月中旬適期栽 插的水稻，活棵快、分蘗多、穗大粒多，米粒飽滿，容易獲得高產(chǎn)。進入7月 中旬，甚至在7月下旬栽插的單季粳稻，每推遲栽插一天，不僅每穗粒數(shù)要減 少，粒重也會減輕。所以，使用插秧機大面積搶季節(jié)及時插秧，對奪取水稻高 產(chǎn)十分重要。如果在農(nóng)忙季節(jié)里，發(fā)生插秧機的能源供應短缺問題、肯定會造 成糧食產(chǎn)量的大幅度減少。
由于插秧爪10可以向左或向右調(diào)整橫向距離，插秧爪10圍繞插秧爪移動軸 11的轉(zhuǎn)速也可以進行調(diào)整，我們可以按照不同的水稻品種的特性來調(diào)整水稻的 行距和株距，以及每穴苗數(shù)，達到糧食高產(chǎn)的目的，舉出實施例如下
實施例四單季粳稻的寬行窄株移栽。采取寬行窄株(25cmxiocm)方式
移栽，合理稀植，保證落田苗數(shù)。插秧規(guī)格根據(jù)水稻品種、土質(zhì)、秧苗素質(zhì)、
栽插季節(jié)等具體情況靈活掌握。插秧時要求做到不插深水秧(栽秧深度2 4cm
為宜)、不漂秧、不浮秧、不傷秧、不勾秧，株距、行距順直，由于單季粳稻的
分蘗力一般，每穴需要栽3 5株水稻秧苗。江蘇省采用這種模式栽秧的粳稻，水肥管理好，及時防治病蟲，每市畝的稻谷產(chǎn)量一般可以達到500公斤以上。
實施例五超級雜交水稻的寬行稀植，每穴定量控苗。超級雜交水稻的高
產(chǎn)栽培密度為19-20叢/ltf，行距在28cm左右，由于雜交水稻的分蘗力強，一 般每穴插單株，如單株帶蘗少可插雙株，這樣有利于提高成穗率，減少水稻紋 枯病的發(fā)病率。江蘇省采用這種模式栽插的雜交水稻，水肥管理好，及時防治 病蟲，每市畝的稻谷產(chǎn)量一般可以達到700公斤以上。
中國用不足世界1/10的耕地，養(yǎng)活占世界l/5的人口，其中水稻榮立大功。 本發(fā)明既應對石油危機，適應由傳統(tǒng)能源向新能源的逐步過渡時期，有利于節(jié) 能減排、保護環(huán)境，更能抓住季節(jié)、保障及時大面積插秧，有利于稻谷持續(xù)增 產(chǎn)，這樣做對穩(wěn)定糧食和食品的供應價格是有益的。成千上萬用柴油發(fā)電與鋰 離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置為動力源的電動插秧機將穿梭往返 在中國廣闊的水稻田里，為中國的強大貢獻更多的糧食。
權利要求
1、一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置，其特征是，采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連結(jié)組成向電動插秧機提供電力的混合動力裝置；柴油發(fā)電系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(5)和導電線(4)，在柴油內(nèi)燃機內(nèi)燃燒柴油，通過柴油內(nèi)燃機發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)將化學能轉(zhuǎn)換成電能，電能通過導電線(4)輸入電動機(12)；鋰離子電池充放電系統(tǒng)包括鋰離子電池(8)和導電線(4)，鋰離子電池(8)是最理想的動力電源，具有使用壽命長，100％DOD充放電可達900次以上；當采用淺深度(30％DOD)充放電時，循環(huán)次數(shù)已經(jīng)超過了5000次；從常規(guī)供電網(wǎng)或其他供電源輸入鋰離子電池(8)的電流，可以儲存?zhèn)溆?，凝膠型聚合物鋰離子電池和全固態(tài)聚合物鋰離子電池的儲能作用都相當好；從鋰離子電池(8)輸出的電流通過導電線(4)輸入電動機(12)；電動機(12)運轉(zhuǎn)時將電能轉(zhuǎn)換成機械能，使用一部分機械能可以將行走輪轉(zhuǎn)動軸(6)發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而帶動水田行走輪(7)在整平的稻田里向前運動；使用另一部分機械能驅(qū)動插秧爪移動軸(11)發(fā)生向左或向右移動和插秧爪(10)圍繞插秧爪移動軸(11)作圓周運動，從而使固定在插秧爪移動軸(11)上的插秧爪(10)可以向左或向右作勻速運動，從整齊放置在秧苗箱板(1)上的秧苗上自左向右、然后自右向左往返按照順序抓取適量秧苗，及時插入水田耕作層上部適宜的深度，將水稻秧苗按照不同的水稻品種對插秧的行距、株距、每穴苗數(shù)的不同要求，不誤農(nóng)時及時進行機械插秧，確保糧食豐收。
2. 根據(jù)權利要求1所述的柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合 動力裝置，其特征是，所述的插秧爪(10)與插秧爪(10)之間的橫向距離為 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層上部的適宜深度為2—10厘米(扦插秧苗的深度)，每穴水稻秧苗的株數(shù)為l一 10株(每穴苗數(shù))，兩穴水稻秧苗之間的縱向距離(即穴距)為2—50厘米。
3.適合用作電動插秧機動力源的鋰離子電池的工作溫度范圍為5°C—65°C， 鋰離子電池能快速充放電，輸出功率大、體積能量密度高、對環(huán)境無污染；在 柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置中，鋰離子電池(8) 供應的電力可以占電動機(12)需用的全部電力的2%—98%，柴油發(fā)電供應的 電力也可以占電動機(12)需用的全部電力的2%—98%，但兩種動力源的電力 所占百分比相加之和必須是100%;在純電動插秧機目前不能完全推向市場的情 況下，本發(fā)明作為過渡產(chǎn)品，混合動力插秧機正是技術開發(fā)熱點?；旌蟿恿Σ?秧機可以大幅度提高燃油的經(jīng)濟性，并且可以降低排放；混合動力插秧機與純 柴油內(nèi)燃機為動力的插秧機相比，C02可以降低排放量50%以上，CH、 NOx等排 放量可以降低90%，混合動力插秧機的制造成本比純電動插秧機要低，初步滿 足了對電動插秧機的環(huán)保和節(jié)能要求。
4. 一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置，其特征 是，將鋰離子電池(8)輸出的電流和柴油發(fā)電機(5)輸出的電流匯集的總電 流量的O. 1%—0.3%供給安裝在秧苗箱板(1)的后面設置的發(fā)光二極管(13) 的照明，使傳送、供應秧苗到插秧機上的工作人員在田間能及時發(fā)現(xiàn)漏插秧苗 的事故，及時排除故障，延長了在光線暗淡的情況下機械插秧的工作時間，提 高了機械插秧的質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)電與鋰離子電池互補用在插秧機上的混合動力裝置，屬于新型農(nóng)業(yè)機械技術領域。其主要采用柴油發(fā)電系統(tǒng)和鋰離子電池充放電系統(tǒng)連接組成向電動插秧機提供電力的混合動力裝置。使用柴油內(nèi)燃機發(fā)電機組發(fā)出的電力和從鋰離子電池輸出的電力同時輸入電動插秧機中的電動機，在電動機運轉(zhuǎn)時將電能轉(zhuǎn)換成機械能，然后通過傳動帶，將機械能傳送到插秧機的有關部件，通過插秧機各個組成部件的運動來完成插秧機在水田中的行走、運送水稻秧苗、抓取水稻秧苗、栽插水稻秧苗的工序。本發(fā)明還在秧苗箱板的后面設置發(fā)光二極管照明，及時發(fā)現(xiàn)漏插秧苗的事故，及時排除故障，延長了在光線暗淡的情況下機械插秧的工作時間，提高了機械插秧的質(zhì)量。
文檔編號F21Y101/02GK101548607SQ20091002750
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月9日 優(yōu)先權日2009年5月9日
發(fā)明者繆同春 申請人:無錫求新專利技術應用有限公司