[发明专利]一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法

说明书

本发明公开一种船用燃料电池顶推船‑驳船混合动力系统及其控制方法，系统分为顶推船部分和驳船部分，顶推船上的直流母线通过快速插头与驳船上的直流母线连接。顶推船的燃料电池系统产生的电能经过第一DC/DC变换器后接入直流母线；顶推船上的直流母线分别与第一锂电池、第一逆变器和第二逆变器连接；第一逆变器与第一生活负载连接；第二逆变器与电机和推进器连接。驳船上的直流母线分别与第二DC/DC和第三逆变器连接，第三逆变器与第二生活负载连接。本发明系统实现了燃料电池系统与驳船中乘客、货物的分离，能够提升安全性，同时应用多种模式的相互切换，既能实现节能减排，又能提升在紧急情况下的应急能力。

技术领域

本发明涉及清洁可再生能源在船舶动力推进中应用的领域，尤其涉及一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法。

背景技术

传统的船舶主要以柴油机为主，对河流的污染较大，为了保护河流的生态环境，国家对新能源船舶领域提出了更高的要求，开发环保节能及可持续发展的新能源动力技术已提上日程。

单独的锂电池作为船舶动力系统，存在续航里程短，质量重等问题；而单独的燃料电池系统作为船舶动力系统，存在启动较慢、功率输出不稳定、寿命低等问题，因此将锂离子电池和燃料电池组合成的混合动力电池系统可以同时满足环保、节能以及可持续发展的要求，广泛用于新能源船舶领域。

公开号CN110758708A一种舰船燃料电池混合推进系统和能量控制方法，提出了一种舰船燃料电池混合推进系统，如图2所示，其中DC-DC变换器为单向DC-DC变换器，燃料电池的输出端与单向DC-DC变换器的输入端连接，单向DC-DC变换器的输出端与蓄电池组的输出端并联连接在直流母线上，直流母线输出端与所述控制单元输入端连接，控制单元输出端与发动机输入端连接，发动机输出端与螺旋桨连接，推进系统模块反馈输出端和监测单元输出端与处理单元输入端连接，处理单元输出端与燃料电池管理单元输入端和蓄电池组管理单元输入端连接，监测单元输入端与燃料电池和蓄电池组相连，监测单元用于实时对燃料电池和蓄电池组进行监测。上述专利中燃料电池系统与乘客、货物在同一个舰船中，当氢气发生泄漏时，会危机生命财产安全。燃料电池系统也没有考虑生活负载（如照明、空调等）系统的能量来源。

由于氢燃料系统的安全性备受关注，因此将氢燃料动力系统安装在顶推船，与乘客或者货物所在的驳船分开，既能提升安全性，又能提高氢燃料动力系统顶推船的利用率。而且在顶推船、驳船电力系统设计中考虑所有的用电设备能量来源和控制方法，对于节能减排具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法，通过对顶推船与驳船动力系统的设计，实现了燃料电池系统与驳船中乘客、货物的分离，能够提升安全性，同时应用多种模式的相互切换，既能实现节能减排，又能提升在紧急情况下的应急能力。

实现本发明目的技术方案是：

一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，所述混合动力系统包括顶推船部分和驳船部分；

所述顶推船部分包括燃料电池系统、第一DC/DC、第一锂电池、第一逆变器、第一生活负载、第二逆变器、电机、推进器和整船能量管理与控制系统；

顶推船上的燃料电池系统产生的电能经过第一DC/DC电压转变后接入顶推船上的直流母线；

顶推船上的第一锂电池、第一逆变器和第二逆变器分别与顶推船上的直流母线连接；

第一逆变器与第一生活负载连接；

第二逆变器依次连接电机和推进器；

顶推船上的直流母线对第一锂电池充放电；

顶推船上的直流母线通过第一逆变器为第一生活负载供电；

顶推船上的直流母线通过第二逆变器控制电机，进而带动推进器；