[發明專利]一種帶燃料電池的單軸式船舶混合動力系統

在審

• 申請號: 201810188704.4
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108438190A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 范立云;盧耀文;王鑫;白云;董全
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63H21/20
• 分類號: B63H21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種帶燃料電池的單軸式船舶混合動力系統，包括氣體機、燃料電池、可逆軸帶電機，氣體機的輸出端通過永磁耦合器與可逆軸帶電機的輸入端相連，可逆軸帶電機的輸出端連接螺旋槳，液化天然氣罐與氣體供給裝置相連，氣體供給裝置連通氣體機和燃料電池，燃料電池、蓄電池、船舶負載、逆變器、整流器分別與配電板電連，逆變器通過變頻器與可逆軸帶電機電連，可逆軸帶電機與整流器電連。本發明所采用的多種能量形式的布置可以滿足船舶在各種環境和工況下的需求，進一步提高了氣體機、可逆軸帶電機的運行效率，有效降低了氣體機的燃料消耗和排放，同時改善了船舶的動力響應，而且系統的適用范圍廣泛。

技術領域

本發明涉及的是一種動力系統，具體地說是船舶動力系統。

背景技術

隨著我國能源問題和環境問題日益嚴峻，以及國際油價的快速上漲，這就對船舶的經濟性和排放性提出了更高的要求，也使船舶的節能減排技術成為大家關注和研究的熱點之一。

天然氣作為發動機的燃料是未來船舶發動機發展的必然趨勢，天然氣有著綠色環保、經濟實惠、安全可靠的優點。但受現階段天然氣發動機技術水平不高的限制，天然氣發動機存在動力響應差、功率不足等缺點。

燃料電池作為一種發電效率高、環境污染小、比能量高、噪音低、可靠性高、又易于建設的發電裝置，是未來船舶電力推進的新方向。不過由于現階段技術不成熟，燃料電池還存在著啟動較慢、燃料的存儲和供應難、功率密度低等缺點。

純電動船舶電力推進系統是未來船舶技術研究的前沿，具有良好的經濟性、操縱性、安全性、低噪聲以及低污染等優點。然而，受發電方式、功率密度以及儲能技術的影響，現階段的純電動船舶并不能達到高性能的速度、加速度和自控性，其續航能力也受其電池容量制約。

船舶混合動力技術有助于解決能源問題與技術不成熟之間的矛盾，為船舶從傳統的內燃機推進方式過渡到純電力推進方式提供可行性方案。同時，混合動力船舶兼有內燃機推進船舶和純電力推進船舶的優點：相比于內燃機推進船舶，可根據負荷大小選擇工作模式，保證所有工況下的燃油經濟性，冗余性好；相比于純電力推進船舶，初期投入成本低，且續航能力強。因此，發展混合動力船舶具有非常重大的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供改善船舶動力性、經濟性和排放性的一種帶燃料電池的單軸式船舶混合動力系統。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種帶燃料電池的單軸式船舶混合動力系統，其特征是：包括氣體機、燃料電池、可逆軸帶電機，氣體機的輸出端通過永磁耦合器與可逆軸帶電機的輸入端相連，可逆軸帶電機的輸出端連接螺旋槳，液化天然氣罐與氣體供給裝置相連，氣體供給裝置連通氣體機和燃料電池，燃料電池、蓄電池、船舶負載、逆變器、整流器分別與配電板電連，逆變器通過變頻器與可逆軸帶電機電連，可逆軸帶電機與整流器電連。

本發明還可以包括：

1、氣體機、燃料電池、蓄電池和可逆軸帶電機的工作模式包括機械推進模式：

所述機械推進模式為：氣體機和可逆軸帶電機處于運行狀態，可逆軸帶電機為發電機模式，永磁耦合器閉合，由氣體機帶動螺旋槳運轉的同時帶動可逆軸帶電機發電，經整流器匯入配電板。

2、氣體機、燃料電池、蓄電池和可逆軸帶電機的工作模式包括電力推進模式：

所述電力推進模式包括：燃料電池推進模式、蓄電池推進模式、混合供電推進模式、岸電充電模式；

(1)燃料電池推進模式：可逆軸帶電機處于電動機運行狀態，其所需電力由燃料電池提供，匯入配電板后再經逆變器、變頻器輸入，永磁耦合器斷開，由可逆軸帶電機帶動螺旋槳運轉；