[發明專利]一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶結構與控制方法

有效

• 申請號: 201310699615.3
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103708015A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 孫彥琰;褚建新;高迪駒;蘭熙
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: B63H21/17
• 分類號: B63H21/17
• 代理公司: 上海衡方知識產權代理有限公司 31234
• 代理人: 曹琪

技術領域

本發明涉及混合動力船舶技術領域，具體地說，是一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶結構與控制方法。

背景技術

電力推進系統是一種先進的船舶推進方式，這種推進方式能夠提高船舶的技術與經濟性能，具有操縱性能好、降低船舶廢棄排放、減少船舶燃料能源消耗等節能環保的特點，同時可以獲得較好的動力特性。中國專利文獻CN201010300192.X公開了一種柴油發電機組為主動力電源的電力推進船舶，其只能有限降低但不能根本消除船舶的廢氣排放。中國專利文獻CN200820155772.2公布了一種超級電容組以及電池堆作為動力電源的電力推進船舶，其在航行中超級電容組和蓄電池的儲能一旦用盡或自身發生故障，則會導致船舶失去動力，造成嚴重的船舶航行安全事故。

基于以上專利中電力推進船舶的缺點，中國專利文獻CN201110053681.4提出了一種混合動力船舶電力推進系統及其實施方法，其可實現船舶廢氣、廢水零排放，同時產生較顯著的節能、減支效果，并保證船舶的航行安全，提高了船舶續航性能。其一臺柴電機組的配置雖然可以使柴油機運行在最佳工況以減少排放和降低油耗，但是在航行過程中，其對柴油發電機組所發出電能的利用效率不高。同時，為了保證船舶航行安全以及零廢氣，零排放工作方式持續較長時間，一臺柴油發電機組的實施方法限制了其系統配置的進一步優化，造成冗余并增加成本。

發明內容

本發明的第一個目的是針對現有技術中的不足，提供一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶結構。

本發明的另一個目的是提供一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶電力推進系統的控制方法。

為實現上述第一個目的，本發明采取的技術方案是：

一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶結構，包括電力推進系統，所述的電力推進系統包括兩臺柴油發電機組、鋰電池組、電動機、功率控制器和直流排，第一柴油發電機組和第二柴油發電機組分別通過第一AC/DC整流器和第二AC/DC整流器與直流排連接，所述的鋰電池組通過雙向DC/DC變換器與直流排連接，所述的電動機通過DC/AC逆變器與直流排連接，電動機還連接螺旋槳，直流排還通過第三AC/DC整流器連接岸電，所述的功率控制器接收電動機的功率信號與鋰電池組的荷電狀態信號，功率控制器向兩臺柴油發電機組和雙向DC/DC變換器發出功率控制信號。

為實現上述第二個目的，本發明采取的技術方案是：

一種雙柴油發電機組與鋰電池混合動力船舶電力推進系統的控制方法，所述的控制方法包括：

（1）船舶靠岸時，利用岸電給鋰電池組充電；

（2）船舶航行時，分為鋰電池組放電狀態和充電狀態，功率控制器接收電動機的功率信號與鋰電池組的荷電狀態信號，同時向兩臺柴油發電機組和雙向DC/DC變換器發出功率控制信號，

①船舶剛出港時，鋰電池組的荷電狀態信號為100%，鋰電池組處于放電狀態，

當電動機需求功率小于鋰電池組最大輸出功率時，船舶由鋰電池組提供電能，兩臺柴油發電機組關閉；

當電動機需求功率大于鋰電池組最大輸出功率，而小于鋰電池組最大輸出功率與第一柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率之和時，船舶由鋰電池組和第一柴油發電機組提供電能，并使第一柴油發電機組穩定運行在最佳燃油效率點下的工作功率，關閉第二柴油發電機組；

當電動機需求功率大于鋰電池組最大輸出功率與第一柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率之和，而小于船舶航行額定輸出功率時，船舶由鋰電池組和兩臺柴油發電機組提供電能，并使兩臺柴油發電機組穩定運行在最佳燃油效率點下的工作功率；

放電狀態鋰電池組的荷電狀態信號的下限值為30%；

②當鋰電池組的荷電狀態信號小于30%時，鋰電池組處于充電狀態，

當電動機需求功率小于第一柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率時，只開啟第一柴油發電機組，剩余電量為鋰電池組充電；

當電動機需求功率大于第一柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率，而小于兩臺柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率之和時，開啟兩臺柴油發電機組，剩余電量為鋰電池組充電；

當處于緊急狀態，即電動機需求功率大于兩臺柴油發電機組最佳燃油效率點下的工作功率之和時，鋰電池組重新進入放電狀態，船舶由鋰電池組和兩臺柴油發電機組提供電能，并在鋰電池組的荷電狀態信號小于10%時，限制電動機需求功率，防止鋰電池組過放電；

充電狀態鋰電池組的荷電狀態信號的上限值為90%。

本發明優點在于：