一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，包括气体机、发电机、电动机、蓄电池、燃料电池、离合器、齿轮箱、螺旋桨、天然气存储供给装置、变电设备、岸电设备、船舶电网、船舶负载。气体机通过离合器与齿轮箱相连，电动机和发电机分别通过离合器与齿轮箱相连，电力源为蓄电池、发电机和燃料电池。本发明专利技术采用多样化的能量布置形式，具有多种工作模式，可以满足船舶在各种环境和工况下的需求，可以使气体机、电动机始终维持在高效率区，降低了气体机的燃料消耗和排放，同时改善了船舶的动力响应，并扩大了船舶的适航区域。

A Two-engine Single-propeller Ship Hybrid Power System with Fuel Cell

The object of the invention is to provide a dual-engine single-propeller marine hybrid power system with fuel cell, including gas engine, generator, motor, storage battery, fuel cell, clutch, gear box, propeller, natural gas storage and supply device, substation equipment, shore power equipment, ship power grid and ship load. The gas engine is connected with the gear box through the clutch, the motor and the generator are connected with the gear box through the clutch respectively, and the power source is the storage battery, the generator and the fuel cell. The invention adopts a variety of energy layout forms and has a variety of working modes, which can meet the needs of ships in various environments and working conditions, can keep gas engines and motors in a high efficiency area, reduce fuel consumption and emissions of gas engines, improve the dynamic response of ships, and expand the seaworthiness area of ships.

【技术实现步骤摘要】
一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统
本专利技术涉及的是一种船舶动力系统，具体地说是船舶混合动力系统。
技术介绍
随着国际油价快速上涨，以及越来越严格的排放法规的实施，这就对船舶的经济性和排放性提出了更高的要求，节能减排已经成为国民经济发展中的重要任务。船舶是高能耗的运输工具，其节能减排技术成为大家关注和研究的热点之一。作为未来的环境战略，我们以减少能源消耗和减少CO2、SOx、NOx及PM排放为目标。有许多方法可以减少船舶的污染和排放，其中最好的方法是利用替代能源。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性差、功率不足等缺点。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。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。船舶的混合动力技术，解决能源问题与技术不成熟之间矛盾，实现了燃料的高效利用，为船舶从传统的机械式推进过渡到纯电力推进提供了可行性方案，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的动力性、经济性和排放性的一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统。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机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、电动机、发电机、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一-第五齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮同轴，第一气体机通过第一离合器连接第二齿轮，发电机通过第二离合器连接第一齿轮，第二气体机通过第三离合器连接第三齿轮，电动机通过第四离合器连接第五齿轮，螺旋桨连接电动机，LNG储液罐通过气化换热器、分流器分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，燃料电池、蓄电池分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。本专利技术还可以包括：1、采用机械推进模式，所述机械推进模式包括气体机推进模式、气体机辅助发电推进模式；气体机推进模式：第二气体机处于运行状态，第一离合器、第四离合器闭合，第二离合器、第三离合器断开，电动机电源断开，由第一气体机带动螺旋桨运转；或者第二气体机处于运行状态，第三离合器、第四离合器闭合，第一离合器、第二离合器断开，电动机电源断开，由第二气体机带动螺旋桨运转；或者，第二离合器断开，其它离合器闭合，电动机电源断开，螺旋桨由第一气体机、第二气体机并车共同驱动；气体机辅助发电推进模式：第一气体机和发电机处于运行状态，第一离合器、第二离合器、第四离合器闭合，第三离合器断开，电动机电源断开，由第一气体机带动螺旋桨运转的同时带动发电机发电，所发出的电经发电机变电装置进入船舶电网；或者第二气体机和发电机处于运行状态，第二离合器、第三离合器、第四离合器闭合，第一离合器断开，电动机电源断开，由第二气体机带动螺旋桨运转的同时带动发电机发电，所发出的电经发电机变电装置进入船舶电网。2、采用电力推进模式，所述电力推进模式包括蓄电池推进模式、燃料电池推进模式、发电机发电推进模式、混合电推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由蓄电池提供，经蓄电池变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨运转；燃料电池推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由燃料电池提供，经燃料电池变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨运转；发电机发电推进模式：第四离合器断开，其它离合器闭合，第一气体机、第二气体机并车共同驱动发电机，电动机处于工作模式，所需电能由发电机通过船舶电网提供，螺旋桨由电动机驱动；或者，第一离合器、第二离合器、第四离合器闭合，发电机由第一气体机带动，所发电能汇入船舶电网，螺旋桨由电动机带动，电动机所需电能由发电机经船舶电网提供；或者，第二离合器、第三离合器、第四离合器闭合，发电机由第二气体机带动，所发电能汇入船舶电网，螺旋桨由电动机带动，电动机所需电能由发电机经船舶电网提供；混合电推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由蓄电池、燃料电池和发电机提供，分别经蓄电池变电装置、燃料电池变电装置和发电机变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨旋转；岸电充电模式：船舶在港口和岸边停靠时，通过岸电充电装置外接电源为蓄电池充电。3、采用混合推进模式，所述混合推进模式包括气体机+电动机推进模式、气体机+电动机辅助发电推进模式；气体机+电动机推进模式：第一气体机，电动机处于工作模式，第一离合器、第四离合器闭合，第二离合器、第三离合器断开，螺旋桨由第一气体机和电动机共同推进，电动机所需电能由蓄电池和燃料电池单独或共同提供；或者第二气体机，电动机处于工作模式，第三轮离合器、第四离合器离合器闭合，第一离合器、第二离合器断开，螺旋桨由第一气体机和电动机共同推进，电动机所需电能由蓄电池和燃料电池单独或共同提供；或者第一气体机、第二气体机，电动机处于工作模式，第一离合器、第三离合器、第四离合器闭合，第二离合器断开，螺旋桨由第一气体机、第二气体机和电动机共同推进，电动机所需电能由蓄电池和燃料电池单独或共同提供；气体机+电动机辅助发电推进模式：第一气体机、电动机、发动机处于工作模式，第一离合器、第二离合器、第四离合器闭合，第三离合器断开，螺旋桨由第一气体机和电动机共同推进，发动机所发出电能经发电机变电装置汇入船舶电网，电动机所需电能由蓄电池、燃料电池和发电机单独或组合提供；或者第二气体机、电动机、发电机处于工作模式，第二离合器、第三离合器、第四离合器闭合，第一离合器断开，螺旋桨由第一气体机和电动机共同推进，发动机所发出电能经发电机变电装置汇入船舶电网，电动机所需电能由蓄电池、燃料电池和发电机单独或组合提供；或者第一气体机、第二气体机、电动机、发电机处于工作模式，所有离合器闭合，螺旋桨由第一气体机、第二气体机和电动机共同推进，发动机所发出电能经发电机变电装置汇入船舶电网，电动机所需电能由蓄电池，燃料电池和发电机单独或组合提供。本专利技术的优势在于：1.本专利技术提出了一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，设置有气体机、电动机，功率覆盖范围广，可以满足船舶在更多工况下的动力需求，并能使气体机和电动机更好的工作在高效率区，从而降低了气体机的燃料消耗，提高了船舶的经济性和排放性。2.采用大小功率不同的气体机，高效工作区范围大，功率范围广，满足船舶在不同工况、不同速度下的长时间巡航，避免船舶低速续航时排放性能差，电力推进时易发生船舶电网电力紧张的情况。3.多种动力源的布置方案提高了船舶的可靠性和适用性，通过离合器的闭合及断开，本专利技术所提供的混合动力系统可以实现多种工作模式，最大限度地提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、电动机、发电机、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一‑第五齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮同轴，第一气体机通过第一离合器连接第二齿轮，发电机通过第二离合器连接第一齿轮，第二气体机通过第三离合器连接第三齿轮，电动机通过第四离合器连接第五齿轮，螺旋桨连接电动机，LNG储液罐通过气化换热器、分流器分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，燃料电池、蓄电池分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。

【技术特征摘要】
1.一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、齿轮箱、电动机、发电机、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一-第五齿轮，第二齿轮分别于第一齿轮和第三齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮同轴，第一气体机通过第一离合器连接第二齿轮，发电机通过第二离合器连接第一齿轮，第二气体机通过第三离合器连接第三齿轮，电动机通过第四离合器连接第五齿轮，螺旋桨连接电动机，LNG储液罐通过气化换热器、分流器分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，燃料电池、蓄电池分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置、船舶负载连接船舶电网。2.根据权利要求1所述的一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：采用机械推进模式，所述机械推进模式包括气体机推进模式、气体机辅助发电推进模式；气体机推进模式：第二气体机处于运行状态，第一离合器、第四离合器闭合，第二离合器、第三离合器断开，电动机电源断开，由第一气体机带动螺旋桨运转；或者第二气体机处于运行状态，第三离合器、第四离合器闭合，第一离合器、第二离合器断开，电动机电源断开，由第二气体机带动螺旋桨运转；或者，第二离合器断开，其它离合器闭合，电动机电源断开，螺旋桨由第一气体机、第二气体机并车共同驱动；气体机辅助发电推进模式：第一气体机和发电机处于运行状态，第一离合器、第二离合器、第四离合器闭合，第三离合器断开，电动机电源断开，由第一气体机带动螺旋桨运转的同时带动发电机发电，所发出的电经发电机变电装置进入船舶电网；或者第二气体机和发电机处于运行状态，第二离合器、第三离合器、第四离合器闭合，第一离合器断开，电动机电源断开，由第二气体机带动螺旋桨运转的同时带动发电机发电，所发出的电经发电机变电装置进入船舶电网。3.根据权利要求1或2所述的一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：采用电力推进模式，所述电力推进模式包括蓄电池推进模式、燃料电池推进模式、发电机发电推进模式、混合电推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由蓄电池提供，经蓄电池变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨运转；燃料电池推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由燃料电池提供，经燃料电池变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨运转；发电机发电推进模式：第四离合器断开，其它离合器闭合，第一气体机、第二气体机并车共同驱动发电机，电动机处于工作模式，所需电能由发电机通过船舶电网提供，螺旋桨由电动机驱动；或者，第一离合器、第二离合器、第四离合器闭合，发电机由第一气体机带动，所发电能汇入船舶电网，螺旋桨由电动机带动，电动机所需电能由发电机经船舶电网提供；或者，第二离合器、第三离合器、第四离合器闭合，发电机由第二气体机带动，所发电能汇入船舶电网，螺旋桨由电动机带动，电动机所需电能由发电机经船舶电网提供；混合电推进模式：电动机处于运行状态，其所需电力由蓄电池、燃料电池和发电机提供，分别经蓄电池变电装置、燃料电池变电装置和发电机变电装置汇入船舶电网，第四离合器闭合，其余离合器断开，由电动机带动螺旋桨旋转；岸电充电模式：船舶在港口和岸边停靠时，通过岸电充电装置外接电源为蓄电池充电。4.根据权利要求1或2所述的一种带燃料电池的双机单桨式船舶混合动力动力系统，其特征是：采用混合推进模式，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，鲁仲阳，张恒熙，肖朝辉，鲁宏伟，顾远琪，
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