一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，包括柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池，气体机连接第一可逆轴带电机，第一可逆轴带电机连接齿轮箱，柴油机连接第二可逆轴带电机，第二可逆轴带电机连接齿轮箱，齿轮箱分别连接两个螺旋桨，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置连通气体机以及燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机相连，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机与整流器电连。本发明专利技术可以满足船舶在各种环境和工况下的需求，进一步提高了气体机、柴油机、可逆轴带电机的运行效率，有效降低了发动机的燃料消耗和排放。

A two axle marine hybrid power system with fuel cell

The invention aims to provide a two-shaft marine hybrid power system with fuel cells, including a diesel engine, a gas engine, a fuel cell and a storage battery, a gas engine connected with a first reversible shaft with a motor, a first reversible shaft with a motor connected to a gearbox, a diesel engine connected with a second reversible shaft with a motor, and a second reversible shaft with a motor. The gearbox is connected with two propellers, the liquefied natural gas tank is connected with the gas supply device, the gas supply device is connected with the gas engine and the fuel cell, the fuel cell, the battery, the ship load, the inverter and the rectifier are connected with the distribution board, and the inverter is connected with the first reversible shaft motor through the frequency converter. The first reversible shaft belt motor and the second reversible shaft belt motor are connected with the rectifier. The invention can meet the requirements of ships in various environments and working conditions, further improve the operation efficiency of gas engine, diesel engine and reversible shaft motor, and effectively reduce the fuel consumption and emission of the engine.

【技术实现步骤摘要】
一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统
本专利技术涉及的是一种动力系统，具体地说是船舶动力系统。
技术介绍
随着我国能源问题和环境问题日益严峻，以及国际油价的快速上涨，这就对船舶的经济性和排放性提出了更高的要求，也使船舶的节能减排技术成为大家关注和研究的热点之一。柴油机作为目前世界上船舶用主要发动机，有着技术成熟、热效率高、经济性好、动力响应好等优点。但随着人们对能源问题和环境问题的重视，石油的储量问题以及柴油机的排放问题不容忽视，尤其是船用柴油机常燃用劣质柴油导致排放问题更为严重，此外柴油价格的持续上涨也使运行成本的不断提高。天然气作为发动机的燃料是未来船舶发动机发展的必然趋势，天然气有着绿色环保、经济实惠、安全可靠的优点。但受现阶段天然气发动机技术水平不高的限制，天然气发动机存在动力响应差、功率不足等缺点。燃料电池作为一种发电效率高、环境污染小、比能量高、噪音低、可靠性高、又易于建设的发电装置，是未来船舶电力推进的新方向。不过由于现阶段技术不成熟，燃料电池还存在着启动较慢、燃料的存储和供应难、功率密度低等缺点。纯电动船舶电力推进系统是未来船舶技术研究的前沿，具有良好的经济性、操纵性、安全性、低噪声以及低污染等优点。然而，受发电方式、功率密度以及储能技术的影响，现阶段的纯电动船舶并不能达到高性能的速度、加速度和自控性，其续航能力也受其电池容量制约。船舶混合动力技术有助于解决能源问题与技术不成熟之间的矛盾，为船舶从传统的内燃机推进方式过渡到纯电力推进方式提供可行性方案。同时，混合动力船舶兼有内燃机推进船舶和纯电力推进船舶的优点：相比于内燃机推进船舶，可根据负荷大小选择工作模式，保证所有工况下的燃油经济性，冗余性好；相比于纯电力推进船舶，初期投入成本低，且续航能力强。因此，发展混合动力船舶具有非常重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改善船舶动力性、经济性和排放性的一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，其特征是：包括柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池，气体机通过第一永磁耦合器连接第一可逆轴带电机，第一可逆轴带电机通过第一离合器连接齿轮箱的第一输入端，齿轮箱的第一输出端连接第一螺旋桨，柴油机通过第二永磁耦合器连接第二可逆轴带电机，第二可逆轴带电机通过第二离合器连接齿轮箱的第二输入端，齿轮箱的第二输出端连接第二螺旋桨，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置连通气体机以及燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机相连，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机与整流器电连。本专利技术还可以包括：1、柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池的工作模式包括：机械推进模式；所述机械推进模式包括：单机单发推进模式、单机双发推进模式、双机双发推进模式；(1)单气单发推进模式：气体机和第一可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机为发电机模式，第一永磁耦合器和第一离合器闭合，第二永磁耦合器和第二离合器断开，由气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板；或断开第一永磁耦合器和第一离合器，闭合第二永磁耦合器和第二离合器，将气体机和第一可逆轴带电机切换为柴油机和第二可逆轴带电机运行；(2)单气双发推进模式：气体机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为发电机模式，第一永磁耦合器、第一-第二离合器闭合，第二永磁耦合器断开，由气体机带动第一-第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板；或断开第一永磁耦合器，闭合第二永磁耦合器，将气体机切换为柴油机运行；(3)双气双发推进模式：气体机、柴油机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为发电机模式，第一-第二永磁耦合器、第一-第二离合器均闭合，由气体机和柴油机带动第一-第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板。2、柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池的工作模式包括：电力推进模式；所述电力推进模式包括：燃料电池推进模式、蓄电池推进模式、混合供电推进模式、岸电充电模式；(1)燃料电池推进模式：第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于电动机运行状态，其所需电力由燃料电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭合，由第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)蓄电池推进模式：第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于电动机运行状态，其所需电力由蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭合，由第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(3)混合供电推进模式：第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于电动机运行状态，其所需电力由燃料电池和蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭合，由第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(4)岸电充电模式：当船舶在港口和岸边停靠时，外接电源为蓄电池充电。3、柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池的工作模式包括：混合推进模式；所述混合推进模式包括：单机单电推进模式、单机双电推进模式、双机双电推进模式、双机单电单发推进模式；(1)单机单电推进模式：气体机和第一可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机为电动机模式，其所需电力由燃料电池和蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第一离合器闭合，第二永磁耦合器和第二离合器断开，由气体机和第一可逆轴带电机共同带动第一两个螺旋桨和第二两个螺旋桨运转；或断开第一永磁耦合器和第一离合器，闭合第二永磁耦合器和第二离合器，将气体机和第一可逆轴带电机切换为柴油机和第二可逆轴带电机运行；(2)单机双电推进模式：气体机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为电动机模式，其所需电力由燃料电池和蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器、第一-第二离合器闭合，第二永磁耦合器断开，由气体机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机共同带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；或断开第一永磁耦合器，闭合第二永磁耦合器，将气体机切换为柴油机运行；(3)双机双电推进模式：气体机、柴油机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为电动机模式，其所需电力由燃料电池和蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一-第二永磁耦合器、第一-第二离合器均闭合，由气体机、柴油机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机共同带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(4)双机单电单发推进模式：气体机、柴油机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机为电动机模式，第二可逆轴带电机为发电机模式，第一可逆轴带电机所需电力由第二可逆轴带电机发电提供，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，其特征是：包括柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池，气体机通过第一永磁耦合器连接第一可逆轴带电机，第一可逆轴带电机通过第一离合器连接齿轮箱的第一输入端，齿轮箱的第一输出端连接第一螺旋桨，柴油机通过第二永磁耦合器连接第二可逆轴带电机，第二可逆轴带电机通过第二离合器连接齿轮箱的第二输入端，齿轮箱的第二输出端连接第二螺旋桨，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置连通气体机以及燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机相连，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机与整流器电连。

【技术特征摘要】
1.一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，其特征是：包括柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池，气体机通过第一永磁耦合器连接第一可逆轴带电机，第一可逆轴带电机通过第一离合器连接齿轮箱的第一输入端，齿轮箱的第一输出端连接第一螺旋桨，柴油机通过第二永磁耦合器连接第二可逆轴带电机，第二可逆轴带电机通过第二离合器连接齿轮箱的第二输入端，齿轮箱的第二输出端连接第二螺旋桨，液化天然气罐与气体供给装置相连，气体供给装置连通气体机以及燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器均与配电板电连，逆变器通过变频器与第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机相连，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机与整流器电连。2.根据权利要求1所述的一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，其特征是：柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池的工作模式包括：机械推进模式；所述机械推进模式包括：单机单发推进模式、单机双发推进模式、双机双发推进模式；(1)单气单发推进模式：气体机和第一可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机为发电机模式，第一永磁耦合器和第一离合器闭合，第二永磁耦合器和第二离合器断开，由气体机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板；或断开第一永磁耦合器和第一离合器，闭合第二永磁耦合器和第二离合器，将气体机和第一可逆轴带电机切换为柴油机和第二可逆轴带电机运行；(2)单气双发推进模式：气体机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为发电机模式，第一永磁耦合器、第一-第二离合器闭合，第二永磁耦合器断开，由气体机带动第一-第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板；或断开第一永磁耦合器，闭合第二永磁耦合器，将气体机切换为柴油机运行；(3)双气双发推进模式：气体机、柴油机、第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于运行状态，第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机为发电机模式，第一-第二永磁耦合器、第一-第二离合器均闭合，由气体机和柴油机带动第一-第二螺旋桨运转的同时带动第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板。3.根据权利要求1所述的一种带燃料电池的双轴式船舶混合动力系统，其特征是：柴油机、气体机、燃料电池、蓄电池的工作模式包括：电力推进模式；所述电力推进模式包括：燃料电池推进模式、蓄电池推进模式、混合供电推进模式、岸电充电模式；(1)燃料电池推进模式：第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于电动机运行状态，其所需电力由燃料电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭合，由第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机带动第一螺旋桨和第二螺旋桨运转；(2)蓄电池推进模式：第一可逆轴带电机和第二可逆轴带电机处于电动机运行状态，其所需电力由蓄电池提供，汇入配电板后经逆变器、变频器输入，第一永磁耦合器和第二永磁耦合器断开，第一离合器和第二离合器闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，卢耀文，宋恩哲，姚崇，马修真，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23