CN108557050A - 船用混合动力系统 - Google Patents

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徐国昌
陈勇军
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Abstract

本发明提供了一种船用混合动力系统，包括柴油发动机、离合器、电机、齿轮箱和螺旋桨，柴油发动机的输出端连接离合器的一端，离合器的另一端通过第一联轴器连接电机的输入端，电机的输出端通过第二联轴器连接齿轮箱的输入端，齿轮箱的输出端连接螺旋桨，柴油发动机、离合器、电机、齿轮箱和螺旋桨依次同轴排列放置；柴油发动机、离合器、电机分别与相应的发动机控制器、离合器控制器、电机控制器一一对应连接，电机控制器与电池管理系统相连接，发动机控制器、离合器控制器、电机控制器和电池管理系统均与整船控制系统相连接，所述齿轮箱与整船控制系统通过信号相连接。本发明结构简单紧凑，具有两种工作模式，具有节能与环保的优点。

Description

船用混合动力系统
技术领域
本发明涉及一种动力系统，特别涉及一种船用混合动力系统。
背景技术
目前船市场常见动力是柴油发动机单一动力源提供驱动，柴油发动机的污染影响到河流港口的环境；还有一种并联式柴电混合动力系统，即柴油发动机和发电机—电机组分别提供驱动功率，再通过齿轮箱并联后驱动螺旋桨，其特点是：低工况下可采用小功率发电机发电带动电机、齿轮箱以驱动螺旋桨；较高工况下可采用较大功率柴油发动机驱动齿轮箱、螺旋桨；但这种并联式柴电混合动力系统存在如下缺点：(1)此种混合动力系统控制复杂，电机转速与较大功率柴油发动机转速不一致，在柴油发动机和发电机—电机组两个系统并车(即两个系统并联使用在船上)匹配时，不能实现功率输出的最优配置；(2)此种混合动力系统不能充分发挥柴油发动机的作用，柴油发动机的效率较低；(3)两个系统并车时齿轮箱占有的横截体积大，而船只动力舱的空间尺寸有限，因此该种动力系统对于小船与双动力系统船的适用性较差。
发明内容
本发明旨在提供一种结构简单、紧凑且具有两种工作模式、环保节能的船用混合动力系统。
本发明通过以下方案实现：
一种船用混合动力系统，包括柴油发动机、齿轮箱和船载螺旋桨，还包括离合器和电机，所述电机为双轴伸电机，所述柴油发动机的输出端连接离合器的一端，所述离合器的另一端通过第一联轴器连接电机的输入端，所述电机的输出端通过第二联轴器连接齿轮箱的输入端，所述齿轮箱的输出端连接螺旋桨，所述柴油发动机、离合器、电机、齿轮箱和螺旋桨依次同轴排列放置；所述柴油发动机、离合器、电机分别与相应的发动机控制器、离合器控制器、电机控制器一一对应连接，所述电机控制器与电池管理系统相连接，所述发动机控制器、离合器控制器、电机控制器和电池管理系统均与整船控制系统相连接，所述齿轮箱与整船控制系统通过信号相连接
柴油发动机，用于提供燃油动力，作为混合动力系统里燃油部分的动力源。
电机，采用双轴伸电机，与传统船用电机相比增加双向输出特性，即可作为柴油发动机的动力传输轴，又可作为混合动力系统的动力源。对于电机的规格，可根据具体需要进行相应选择，以满足船只要求即可。考虑到电机需要作为动力源，一般会选择输出扭矩较大的双轴伸电机。
离合器，作为柴油发动机与电机之间的连接部件，可以实现柴油发动机与电机的联动与脱离。
第一联轴器及第二联轴器，分别用于连接离合器与电机及电机与齿轮箱，可以有效避免电机受到冲击。
齿轮箱，可以进行速比转换。可根据需要选择齿轮箱的传动比，一般多选择4:1～1:1，即齿轮箱将接收到的扭矩以4～1倍的比例输出至螺旋桨。
发动机控制器控制柴油发动机的起动、加油及停止；电机控制器控制电机的起动、停止及电机转速；离合器控制器控制离合器的断开和闭合；电池管理系统用于控制管理电机控制器的电源提供；整船控制系统MCU控制整个船用混合动力系统的运行及各控制器的控制指令等，整船控制系统还控制齿轮箱的吸合、断开以及正转、反转。
一步地，所述离合器采用液压离合器，其控制效果更优。
进一步地，所述第一联轴器、第二联轴器均为高弹联轴器。
一种船用混合动力系统，具有电推工作模式和油动工作模式，所述电推工作模式为离合器断开且电机工作作为动力源的模式，所述油动工作模式为离合器闭合且柴油发动机工作作为动力源、电机作为动力传输轴的模式。一般情况下，所述电推工作模式可在船只动力要求较小时使用，例如：在船只顺流行驶、进港或出港时使用，所述油动工作模式可在船只动力要求较大时使用，例如船只逆流行驶时使用。
本发明的船用混合动力系统，具有以下优点：
1、结构简单、紧凑，采用双轴伸电机，在电机与柴油发动机之间设置离合器，在离合器断开时，船用混合动力系统为电推工作模式，此时电机工作，可实现静音无排放功能，减少环境污染，特别是在船只进港、出港时使用无污染的电推工作模式行驶，可以极大的保证附近人员的环境质量；
2、在离合器闭合时，船用混合动力系统为油动工作模式，此时柴油发动机工作，电机作为动力传输轴，同时在该工作模式下，可通过调整利用柴油发动机的最佳效率区间进行能量回收；
3、双轴伸电机的增加，可以保证柴油发动机—电机—船载螺旋桨在同一中心水平线上，船载螺旋桨在水中推进时有效减少能量损失及连接部件的损耗；
4、齿轮箱置于电机之后，最大程度上保持传统的操作驾驶习惯提升了系统性能，同时电机轴在水流大推力作用下可以得到更好的保护，减少易损频率。
附图说明
图1为实施例1中船用混合动力系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种船用混合动力系统，如图1所示，包括柴油发动机1、液压离合器2、双轴伸电机3、齿轮箱4和螺旋桨5，本实施例中，柴油发动机的功率为110kW、转速为1500r/min，液压离合器的传动比为1:1即液压离合器将接收到的扭矩等值输出至双轴伸电机，双轴伸电机的转速为1500r/min、持续输出扭矩为800N.m，齿轮箱的传动比为3:1即齿轮箱将接收到的扭矩以3倍的比例输出至螺旋桨，柴油发动机1的输出端连接液压离合器2的一端，液压离合器2的另一端通过第一高弹联轴器6连接双轴伸电机3的输入端，双轴伸电机3的输出端通过第二高弹联轴器7连接齿轮箱4的输入端，齿轮箱4的输出端连接螺旋桨5，柴油发动机1、液压离合器2、双轴伸电机3、齿轮箱4和螺旋桨依次同轴排列放置；柴油发动机1、液压离合器2、双轴伸电机3分别与相应的发动机控制器8、离合器控制器9、电机控制器10一一对应连接，电机控制器10与电池管理系统11相连接，发动机控制器8、离合器控制器9、电机控制器10和电池管理系统11均与整船控制系统MCU 12相连接，整船控制系统MCU 12通过信号控制齿轮箱4的。
本实施例的船用混合动力系统，具有电推工作模式和油动工作模式，电推工作模式为离合器断开且电机工作作为动力源的模式，油动工作模式为离合器闭合且柴油发动机工作作为动力源、电机作为动力传输轴的模式。
具体使用时，在船只顺流行驶、进港或出港时使用电推工作模式，此时离合器控制器控制离合器断开、发动机控制器控制柴油发动机停止、电机控制器控制双轴伸电机起动并达到相应转速，双轴伸电机输出动力至齿轮箱，整船控制系统控制齿轮箱运行使得齿轮箱接收的动力按传动比传输至螺旋桨，以保证船只正常运行；在船只逆流行驶时使用油动工作模式，此时离合器控制器控制离合器闭合、发动机控制器控制柴油发动机起动及加油、电机控制器控制双轴伸电机停止，双轴伸电机作为动力传输轴传输柴油发动机的动力至齿轮箱，整船控制系统控制齿轮箱运行使得齿轮箱接收的动力按传动比传输至螺旋桨，以保证船只正常运行。

Claims (4)

1.一种船用混合动力系统，包括柴油发动机、齿轮箱和螺旋桨，其特征在于：还包括离合器和电机，所述电机为双轴伸电机，所述柴油发动机的输出端连接离合器的一端，所述离合器的另一端通过第一联轴器连接电机的输入端，所述电机的输出端通过第二联轴器连接齿轮箱的输入端，所述齿轮箱的输出端连接螺旋桨，所述柴油发动机、离合器、电机、齿轮箱和螺旋桨依次同轴排列放置；所述柴油发动机、离合器、电机分别与相应的发动机控制器、离合器控制器、电机控制器一一对应连接，所述电机控制器与电池管理系统相连接，所述发动机控制器、离合器控制器、电机控制器和电池管理系统均与整船控制系统相连接，所述齿轮箱与整船控制系统通过信号相连接。
2.如权利要求1所述的船用混合动力系统，其特征在于：所述离合器为液压离合器。
3.如权利要求1所述的船用混合动力系统，其特征在于：所述第一联轴器、第二联轴器均为高弹联轴器。
4.如权利要求1～3任一所述的船用混合动力系统，其特征在于：具有电推工作模式和油动工作模式，所述电推工作模式为离合器断开且电机工作作为动力源的模式，所述油动工作模式为离合器闭合且柴油发动机工作作为动力源、电机作为动力传输轴的模式。
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