混合动力推进系统技术方案

一种用于船舶和其他可变需求推进应用中的推进和能量管理系统，其监视并动态地获取来自各种能量源的能量，从而实施多种操作模式并提供各种推进需求的高效系统操作，响应推进负荷需求、膳宿负荷和辅助能量需求而改变各种能量源的操作和输出。该推进系统中并入有至少两个推进源，包括至少一个主推进发动机和至少一个电动机－发电机单元，它们被布置成驱动公共输出轴，并且能量管理系统动态转换两个源中每个的操作，以满足推进需求。主推进发动机和电动机－发电机单元既能独立地又能同时地驱动公共输出轴，（一个或多个）电动机－发电机单元可作为驱动输出轴的电动机操作或作为为能量分配系统供应能量的发电机操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及混合动力推进系统，所述混合动力推进系统适合用于那些在操作期间 具有可变动力需求的船舶中，并且本专利技术还涉及用于在混合动力推进系统中管理能量流的 系统和方法。
技术介绍
节能治污的成果促使人们不断研发和改进用于船舶和用于其他重负荷可变需求 应用的推进系统，这些推进系统减少了燃料消耗和有害排放。柴电式推进技术用在潜水艇 和水面船舶上已有很多年。一般来说，柴油发动机被耦连到发电机，而发电机向一电动机供 电，该电动机被机械地耦连到推进器。已经实施了各种类型的组合式循环推进系统，这些推进系统利用两个或更多个不 同的动力源(结合使用或独立使用)进行推进。例如，CODOG(柴油或燃气组合式)装置通 过柴油发动机或燃气轮发动机(但不是两者同时)提供推进力。与之相反，CODAG(柴油和 燃气组合式)装置可同时地以及独立地允许两种类型的推进。组合循环装置已经和柴油 式、柴电式、燃气涡轮机式和蒸汽涡轮机式推进技术的各种组合一起使用。新西兰皇家海军 的多功能舰船HMNZS Canterbury具有组合式的柴电和柴油(CODLAD)推进系统。美国专利7207652公开了一种船舶推进系统，其中机械传动轴穿过船体，并且由 位于船内的原动机或者在船外部的外壳中的电动机驱动，机械传动轴穿过该船舶。这种 布置提供了组合式循环操作的优点，但无需在船的有限内部空间内布置电动机。在Ueda， N.禾口 Numaguchi，Hajime 的文章 The First Hybrid CRP-POD Driven Fast ROPAX Ferry inthe World(翻译自 2005 年的 Journal of the JIME Vol. 40,No. 2)中，已将相似类型的 电舱式推进单元和常规柴油机推进系统结合。尽管已在各种船舶应用的组合式推进系统中取得了上述成果，但是这些组合式系 统已经表现出一些令人失望的结果，特别是在整体燃料和性能效率、减少排放、多功能性、 快速高效响应各种推进需求情况的能力等方面。
技术实现思路
在本专利技术的混合动力推进系统中，推进能量可以由以下能量源提供，即直接机械 配置结构中的主发动机(例如柴油发动机或其他类型的原动力发动机)、电动机_发电机 (例如柴电式配置结构中的柴油发电机)、全电式配置结构中的蓄电池、或者这些能量源的 任意组合。船舶膳宿负荷和辅助能量需求(比如绞车和其他操作装备)也通过混合动力能 量源得到满足。能量管理系统在可用的能量选择之间切换，并且响应推进负荷的需求、膳宿 负荷和/或辅助能量的需求改变各种能量源的操作和输出，实现多种操作模式。推进系统 在多种操作模式上进行操作允许优化推进系统对各种情况的响应，从而提高了整个系统以 及独立的各能量源的燃料和性能效率，减少了排放并快速高效地满足了各种能量需求。在 某些实施例中，自动能量管理系统(EMS)实现了基本上连续可变范围的系统操作模式，并5且动态转变各种能量源的操作以满足推进能量需求和其他能量需求。本专利技术的混合动力推进系统是参考船舶推进系统进行描述的，并且合并有船舶推 进设备配置的创新方案。该系统尤其适合在具有高推进负荷能力要求和可变动力需求的船 舶中使用，其中通常会在间歇的时间段上需要较高的动力。该混合动力推进系统是参考与 双传动、双推进器装置中的电动机-发电机单元协作操作的主发动机(例如柴油发动机) 进行描述的，并且特别设计成用于船舶(比如拖船)。但是该混合动力推进系统可以在其他 船舶和可变动力需求应用中使用，并且可以在单发动机、单驱动系和/或单推进器装置中 实施。额外的能量需求可以得到满足并且额外的能量源也可以合并到本专利技术的系统中。这一混合动力推进系统提供了高效地产生、存储和利用能量的能力，并且在配置 结构方面提供了相当大的灵活性。本文描述的混合动力推进和能量管理系统使多个主驱 动发动机的非必要操作减至最少，仅在其高效范围内操作主驱动发动机，并且允许用单发 动机或较小德尔发动机来为大量负载提供动力，从而减少燃料消耗和有害排放。该设计利 用电能存储和高级动力转化技术提供了灵活的配置结构，该配置结构通常合并有直接柴油 式、柴电式和全电式推进。该系统可适应各种替代性能量源的使用，可在船上获得和可从辅 助源(比如岸基源)中获得这样的能量源时。这种系统的灵活性允许其可被配置成满足宽 广范围的船工作负载循环和动力要求。推进动力源的新颖布置和控制技术可由能量管理系统(EMS)操作，很少需要或不 需要操作员控制输入。根据某些实施例，EMS能够配置发电设备(包括多个推进动力源)，以 便通过采用智能负荷共享、能量分配和扭矩优化技术在宽广范围的推进需求和其他能量需 求上来实现较高效率。以这种方式，在宽广范围的所需轴输出速度上高效利用船舶的(一 个或多个)主推进发动机(例如柴油发动机)和其他能量源。通常，(一个或多个)主发 动机、(一个或多个)电动机_发电机、(一个或多个)辅助发电机和(一个或多个)蓄电 池为推进需求和辅助需求比如“膳宿”负荷(灯光、空调、家庭水泵等等)，需要动力的辅助 设备比如绞盘等等提供动力。主推进发动机(例如柴油发动机)通过例如离合器装置机械地耦连到驱动系，并 且也连接到在公共驱动系上布置的电动机-发电机。来自主推进发动机的输出可驱动推进 输出轴(例如推进器)或其他电动机-发电机、或者这两者，这取决于负荷需求以及选择或 实施的操作模式。(一个或多个)电动机-发电机一般可用于作为给电分配系统(例如总 线)供应能量的发电机操作，或作为驱动输出轴的电动机操作，这取决于船的推进需求或 负荷以及实施的操作模式。遍布在系统中的电能分配被供应给公共总线(一般为直流总线)或从公共总线获 得供应，并且直流(DC)总线和推进电动机-发电机之间的能量流优选是双向的。双向流允 许电动机-发电机在它们具有多余的发电容量时，将多余的能量供应给总线，同时也允许 在可获得多余能量时，让电动机_发电机从总线获取能量作为推进发动机操作。主能量分 配总线也一般提供双向能量流给一个或更多能量存储系统(例如电池组)，允许在获得多 余能量时给能量存储系统充电，并且在需要时从能量存储系统中获取能量。也可以将得自 其他船载或辅助系统比如辅助发电机、岸电、风涡轮机、水涡轮机、太阳能和/或光电电池 等等的能量供应给主能量分配总线。辅助能量需求，比如膳宿负荷、绞盘和其他操作设备等 等也可以从主能量分配总线得到满足。在低需求或负荷期间，推进需求可以通过电池和/或辅助发电机动力得到满足并且经由主能量分配DC总线和(一个或多个)相应转换器供 应。在推进需求需要少于产生的动力的100%时，多余的动力可用于给能量存储系统充电和 /或满足其他能量需求。混合动力系统一般包括至少两个提供推进能量的源，其包括至少一个(优选是两 个)与主推进发动机同轴布置的电动机/发电机。电动机/发电机单元优选通过离合器连 接到至少一个推进输出构件，比如(一个或多个)推进器和/或Z型驱动器，或具有类似功 能的装置，从而允许在(一个或多个)主发动机不操作时隔离主发动机并且允许推进驱动 系和推进输出构件的操作。使用离合器还允许关联的电动机/发电机作为独立于推进驱动 系的发电机操作。(一个或多个)主推进发动机可用于驱动配备在公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推进系统，包括：提供推进能量的至少两个源；以及能量管理系统，该能量管理系统控制所述至少两个源中每个的操作，其中所述至少两个源包括至少一个主推进发动机和至少一个电动机－发电机单元，它们被布置成驱动公共输出轴并被连接到公共推进输出构件，并且所述能量管理系统动态转换所述至少两个源中每个的操作，以满足推进需求。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J巴雷特，E博伊德雷诺，T斯图尔特，R麦肯纳，J阿斯平，J埃尔德里奇，P贾默，J斯特拉顿，C赖特，
申请(专利权)人：福斯海运公司，阿斯平肯普事务所，施乐波因特能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]