[发明专利]一种带燃料电池的单轴式船舶混合动力系统

说明书

本发明的目的在于提供一种带燃料电池的单轴式船舶混合动力系统，包括气体机、燃料电池、可逆轴带电机，气体机的输出端通过永磁耦合器与可逆轴带电机的输入端相连，可逆轴带电机的输出端连接螺旋桨，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和燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器分别与配电板电连，逆变器通过变频器与可逆轴带电机电连，可逆轴带电机与整流器电连。本发明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，进一步提高了气体机、可逆轴带电机的运行效率，有效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，而且系统的适用范围广泛。

技术领域

本发明涉及的是一种动力系统，具体地说是船舶动力系统。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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单轴式船舶混合动力系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带燃料电池的单轴式船舶混合动力系统，其特征是：包括气体机、燃料电池、可逆轴带电机，气体机的输出端通过永磁耦合器与可逆轴带电机的输入端相连，可逆轴带电机的输出端连接螺旋桨，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和燃料电池，燃料电池、蓄电池、船舶负载、逆变器、整流器分别与配电板电连，逆变器通过变频器与可逆轴带电机电连，可逆轴带电机与整流器电连。

本发明还可以包括：

1、气体机、燃料电池、蓄电池和可逆轴带电机的工作模式包括机械推进模式：

所述机械推进模式为：气体机和可逆轴带电机处于运行状态，可逆轴带电机为发电机模式，永磁耦合器闭合，由气体机带动螺旋桨运转的同时带动可逆轴带电机发电，经整流器汇入配电板。

2、气体机、燃料电池、蓄电池和可逆轴带电机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：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，汇入配电板后再经逆变器、变频器输入，永磁耦合器断开，由可逆轴带电机带动螺旋桨运转；