一种带复合储能的气电混联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复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，包括气体机、发电机、电动机、螺旋桨、天然气存储供给装置。气体机输出端与齿轮箱输入端相连，发电机输入端与齿轮箱输出端相连，齿轮箱输出端与电动机相连，螺旋桨与电动机输出端相连，电力源为超级电容、发电机和蓄电池。本发明专利技术所采用的多种能量形式的布置可以满足船舶在各种环境和工况下的需求，利用超级电容、蓄电池和燃料电池组成复合储能系统，解决船舶电网电能质量不高，蓄电池寿命短的问题。系统负载变化时能量可以迅速的储存或释放，防止能量变化过快对电网的冲击，提高了气体机、发电机及电动机的运行效率，提高了燃料的利用效率减少了排放，改善了船舶的动力响应。

A Gas-Electric Hybrid Ship Hybrid Power System with Compound Energy Storage

The object of the invention is to provide a gas-electric hybrid marine power system with composite energy storage, including a gas engine, a generator, a motor, a propeller and a natural gas storage and supply device. The output end of gas machine is connected with the input end of gear box, the input end of generator is connected with the output end of gear box, the output end of gear box is connected with motor, the output end of propeller is connected with the output end of motor, and the power source is supercapacitor, generator and accumulator. The arrangement of various energy forms adopted by the invention can meet the needs of ships in various environments and working conditions. The composite energy storage system is composed of supercapacitors, storage batteries and fuel cells to solve the problems of low power quality of ship power grid and short battery life. When the load of the system changes, the energy can be stored or released quickly, which can prevent the impact of the energy change on the power grid, improve the operation efficiency of the gas engine, generator and motor, improve the utilization efficiency of fuel, reduce emissions, and improve the dynamic response of the ship.

【技术实现步骤摘要】
一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统
本专利技术涉及的是一种船舶动力系统领域，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。混合储能客服了燃料电池电能质量不高，蓄电池寿命短的缺点，提高了船舶电网电能质量，改善了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复合储能的气电混联式船舶混合动力系统。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、第一发电机、第二发电机、第一电动机、第二电动机、齿轮箱、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一-第六齿轮，第二齿轮分别与第一齿轮和第三齿轮相啮合，第五齿轮分别与第四齿轮和第六齿轮相啮合，第一气体机通过第一离合器连接第一齿轮，第一发电机通过第二离合器连接第二齿轮，第二发电机通过第三离合器连接第五齿轮，第二气体机通过第四离合器连接第六齿轮，第三齿轮通过第五离合器连接第四齿轮，第一电动机通过第六离合器连接第一齿轮，第二电动机通过第七离合器连接第六齿轮，第一螺旋桨连接第一电动机，第二螺旋桨连接第二电动机，LNG储液罐通过LNG气化换热装置分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，超级电容、蓄电池、第一发电机和第二发电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置和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：第一离合器、第四离合器、第六离合器、第七离合器闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一气体机、第二气体机驱动；或者，第一离合器闭合，第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，或者，第四离合器闭合，第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动；气体机辅助发电推进模式：第五离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一气体机带动第一螺旋桨和第一电动机，第二气体机带动第二螺旋桨和第二电动机，第一电动机、第二电动机所发电能汇入船舶电网；或者，第五离合器断开，第二离合器断开，其它离合器闭合，第一电动机电源接通，第一气体机和第一电动机驱动第一螺旋桨，第二气体机驱动第二螺旋桨，第一发电机所发电能汇入船舶电网，或者，第五离合器断开，第三离合器断开，其它离合器闭合，第二电动机电源接通，第二气体机和第二电动机驱动第二螺旋桨，第一气体机驱动第一螺旋桨，第二发电机所发电能汇入船舶电网；或者，第一离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动，第一发电机、第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网，或者，第四离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，第一发电机、第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网；或者，第一离合器断开，第二离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动，第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网，或者，第四离合器断开，第三离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，第一发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网。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、超级电容推进模式、燃料电池推进模式、气体机发电推进模式、混合供电推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由蓄电池通过船舶电网提供；超级电容推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由超级电容通过船舶电网提供；燃料电池推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由燃料电池通过船舶电网提供；气体机发电推进模式：第五离合器闭合，其它离合器断开，第一发电机、第二发电机由第一气体机、第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；或者，第五离合器、第六离合器、第七离合器断开，第一发电机由第一气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，或者，第五离合器、第六离合器、第七离合器断开，第二发电机由第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；或者，第六离合器、第七离合器断开，其它离合器闭合，第一发电机、第二发电机由第一气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，或者，第六离合器、第七离合器断开，其它离合器闭合，第一发电机、第二发电机由第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；混合供电推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由超级电容、蓄电池、燃料电池、第一发电机和第二发电机其中两个或以上组合起来通过船舶电网提供；岸电充电模式：船舶靠岸停泊时，岸电装置外接电源为蓄电池充电和超级电容充电。3、采用混合推进模式，所述混合推进模式包括气体机+电动机推进模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、第一发电机、第二发电机、第一电动机、第二电动机、齿轮箱、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一‑第六齿轮，第二齿轮分别与第一齿轮和第三齿轮相啮合，第五齿轮分别与第四齿轮和第六齿轮相啮合，第一气体机通过第一离合器连接第一齿轮，第一发电机通过第二离合器连接第二齿轮，第二发电机通过第三离合器连接第五齿轮，第二气体机通过第四离合器连接第六齿轮，第三齿轮通过第五离合器连接第四齿轮，第一电动机通过第六离合器连接第一齿轮，第二电动机通过第七离合器连接第六齿轮，第一螺旋桨连接第一电动机，第二螺旋桨连接第二电动机，LNG储液罐通过LNG气化换热装置分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，超级电容、蓄电池、第一发电机和第二发电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置和船舶负载连接船舶电网。

【技术特征摘要】
1.一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，其特征是：包括第一气体机、第二气体机、第一发电机、第二发电机、第一电动机、第二电动机、齿轮箱、LNG储液罐，所述齿轮箱包括第一-第六齿轮，第二齿轮分别与第一齿轮和第三齿轮相啮合，第五齿轮分别与第四齿轮和第六齿轮相啮合，第一气体机通过第一离合器连接第一齿轮，第一发电机通过第二离合器连接第二齿轮，第二发电机通过第三离合器连接第五齿轮，第二气体机通过第四离合器连接第六齿轮，第三齿轮通过第五离合器连接第四齿轮，第一电动机通过第六离合器连接第一齿轮，第二电动机通过第七离合器连接第六齿轮，第一螺旋桨连接第一电动机，第二螺旋桨连接第二电动机，LNG储液罐通过LNG气化换热装置分别连接第一气体机、第二气体机、燃料电池，超级电容、蓄电池、第一发电机和第二发电机分别通过各自的变电装置连接船舶电网，岸电装置和船舶负载连接船舶电网。2.根据权利要求1所述的一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，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：第一离合器、第四离合器、第六离合器、第七离合器闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一气体机、第二气体机驱动；或者，第一离合器闭合，第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，或者，第四离合器闭合，第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动；气体机辅助发电推进模式：第五离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一气体机带动第一螺旋桨和第一电动机，第二气体机带动第二螺旋桨和第二电动机，第一电动机、第二电动机所发电能汇入船舶电网；或者，第五离合器断开，第二离合器断开，其它离合器闭合，第一电动机电源接通，第一气体机和第一电动机驱动第一螺旋桨，第二气体机驱动第二螺旋桨，第一发电机所发电能汇入船舶电网，或者，第五离合器断开，第三离合器断开，其它离合器闭合，第二电动机电源接通，第二气体机和第二电动机驱动第二螺旋桨，第一气体机驱动第一螺旋桨，第二发电机所发电能汇入船舶电网；或者，第一离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动，第一发电机、第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网，或者，第四离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，第一发电机、第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网；或者，第一离合器断开，第二离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第二气体机驱动，第二发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网，或者，第四离合器断开，第三离合器断开，其它离合器全部闭合，第一电动机、第二电动机电源断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一气体机驱动，第一发电机处于工作状态，所发电能汇入船舶电网。3.根据权利要求1或2所述的一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，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、超级电容推进模式、燃料电池推进模式、气体机发电推进模式、混合供电推进模式、岸电充电模式；蓄电池推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由蓄电池通过船舶电网提供；超级电容推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由超级电容通过船舶电网提供；燃料电池推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由燃料电池通过船舶电网提供；气体机发电推进模式：第五离合器闭合，其它离合器断开，第一发电机、第二发电机由第一气体机、第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；或者，第五离合器、第六离合器、第七离合器断开，第一发电机由第一气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，或者，第五离合器、第六离合器、第七离合器断开，第二发电机由第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；或者，第六离合器、第七离合器断开，其它离合器闭合，第一发电机、第二发电机由第一气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，或者，第六离合器、第七离合器断开，其它离合器闭合，第一发电机、第二发电机由第二气体机带动发电，所发电能由船舶电网向第一电动机、第二电动机提供，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动；混合供电推进模式：第六离合器、第七离合器断开，第一螺旋桨、第二螺旋桨由第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机所需电能由超级电容、蓄电池、燃料电池、第一发电机和第二发电机其中两个或以上组合起来通过船舶电网提供；岸电充电模式：船舶靠岸停泊时，岸电装置外接电源为蓄电池充电和超级电容充电。4.根据权利要求1或2所述的一种带复合储能的气电混联式船舶混合动力系统，其特征是：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：第一离合器、第四离合器、第六离合器、第七离合器闭合，第一电动机、第二电动机电源接通，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一气体机、第二气体机、第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机电源由船舶电网提供；或者，第一离合器、第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源接通，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第一气体机、第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机电源由船舶电网提供，或者，第四离合器、第五离合器、第六离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源接通，第一螺旋桨、第二螺旋桨分别由第二气体机、第一电动机、第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机电源由船舶电网提供；或者，第一离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源接通，第一螺旋桨由第一气体机和第一电动机驱动，第二螺旋桨由第二电动机驱动，第一电动机、第二电动机电源由船舶电网提供，或者，第四离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机、第二电动机电源接通，第二螺旋桨由第二气体机和第二电动机驱动，第一螺旋桨由第一电动机驱动，第一电动机、第二电动机电源由船舶电网提供；或者，第一离合器、第六离合器闭合，其它离合器断开，第二电动机电源接通，第一螺旋桨由第一气体机驱动，第二螺旋桨由第二电动机驱动，第二电动机电源由船舶电网提供，或者，第四离合器、第七离合器闭合，其它离合器断开，第一电动机电源接通，第二螺旋桨由第二气体机驱动，第一螺旋桨由第一电动机驱动，第一电动机电源由船舶电网提供；或者，第一离合器、第四离合器、第五离合器闭合，第六离合器闭合，第一螺旋桨由第一气...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，肖朝辉，张恒熙，卢耀文，徐超，
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