CN111332446B - 一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，包括氨燃料发动机、可逆电机、电动机、柴发机组、蓄电池、电容、燃料电池、螺旋桨、液氨存储供给装置、变电装置、船舶电网、船舶负载、整船冷却系统及余热系统。本发明能够实现氨燃料发动机与电机的混合推进与柴发机组与储能单元的协调供电，同时实现储能单元与发动机冷能的多级利用，余热系统能够实现热能的多梯度利用，减少了船舶能耗提高了整船效率，提高了系统的适用范围。

Description

一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统

技术领域

本发明涉及的是一种船舶动力系统，具体地说是船舶混合动力系统。

背景技术

随着国际海事组织制定的排放法规以及能效设计指数愈加严格，解决船舶高耗能、高污染问题已迫在眉睫，在倡导绿色高效、可持续发展的时代背景下，国家积极推进船舶领域加快绿色化船舶建设，实现能源多元化发展，对船舶发展提出了新要求。

电力推进作为未来船舶动力发展的趋势，具有高效、清洁、可靠等优点。但是电池容量的限制，导致制造成本高昂、充电时间长、续航力短、冗余度低，目前仍难于满足现实需要。而且，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，船舶电网能够为电力推进提供持续的能量输出，但是传统的电网柴发机组定速发电效率低，长期处于低负荷工况，燃料浪费严重。

石油资源的减少导致难以满足传统柴油机推进的需要，另一方面柴油机推进有着高排放、高污染的缺点，虽然加装后处理装置与优化燃油喷射等措施能够改善排放问题，但是未来难以满足更加严格的排放限制要求，纯天然气发动机或双燃料发动机推进虽然能大幅度减少硫化物与氮化物的排放，但是仍旧难以解决CO₂排放问题，且天然气发动机存在低工况特性差，扭矩加载不足等缺点，动力性方面存在明显不足。

混合动力船舶兼有传统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，可根据灵活根据负荷调整工作模式，实现了全工况下的最优推进效率，冗余性好，动力性优；相比于纯电力推进船舶，初期投入成本低，且续航能力强。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，新型式的氨-电混合动力船舶能够实现无碳化的优点，电机的引入同时能够改善氨燃料发动机的动态特性，实现多动力源的优势互补，储能装置的引入能够实现电网的削峰填谷，大大提高了柴发机组效率。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实现氨燃料发动机与电机，柴发机组与储能装置混合动力推进的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：包括电容、蓄电池、柴发机组、氨燃料电池、氨燃料发动机、齿轮箱、变桨距螺旋桨、定桨距螺旋桨、余热系统，电容、蓄电池和柴发机组分别连接船舶直流电网，氨燃料发动机输出端经过第二离合器与第一可逆电机连接，第一可逆电机经过第三离合器与齿轮箱连接，氨燃料电池经过逆变装置连接电动机，电动机通过第一离合器连接齿轮箱，齿轮箱输出轴与变桨距螺旋桨连接，第一可逆电机一方面通过第二变压装置、第二变频装置与船舶电网连接，另一方面直接与船舶电网连接，第二可逆电机直接驱动定桨距螺旋桨同时通过第三变频装置、第三变压装置与船舶电网连接；所述余热系统包括冷凝器、储液罐、第四水泵预热器、蒸发过热器、动力涡轮、发电机，储液罐连接第四水泵，第四水泵连接预热器与蒸发过热器，预热器与电机、电池换热，蒸发过热器与燃料电池、发动机废气换热，蒸发过热器与动力涡轮连接，动力涡轮连接发电机后，通过第一变频装置、第一变压装置连接船舶直流电网或直接与船舶电网连接，动力涡轮中蒸汽进入冷凝器中与液氨换热冷却，冷凝器与储液罐连接，液氨罐分别经过截止阀、冷凝器、稳压阀与氨燃料发动机和燃料电池连接。

本发明还可以包括：

1、还包括整船冷却系统，整船冷却系统包括开式海水冷却系统、储能装置冷却系统，开式海水冷却系统通过第一水泵送海水与淡水循环系统换热，闭式淡水冷却系统经过第二水泵分别泵送到润滑油系统、空冷器冷却系统，同时通过第一三通换向阀送到储能装置冷却系统，从储能装置冷却系统出来的冷却水经第二三通换向阀有两种回路，第一是回路与润滑油冷却系统汇流与缸套水系统进行换热冷却，第二回路是直接汇总与海水冷却；空冷器冷却系统泵送出的冷却水流向两处，第一处直接与海水换热冷却，第二处经过第一三通换向阀对储能冷却系统进行预热，缸套水系统经由第三水泵泵送到发动机中进行冷却；

所述润滑油冷却系统为柴发机组、氨燃料发动机各润滑油分冷却系统的总和，所述空冷器冷却系统为柴发机组、氨燃料发动机各空冷器分冷却系统的总和，所述缸套水系统为柴发机组、氨燃料发动机各缸套水分系统的总和，所述发动机为柴发机组、氨燃料发动机的总和。

2、储能装置冷却系统包括电芯、左端板、右端板、极耳液冷板、下液冷板，电芯之间的正、负极极耳通过软连接排连接，左端板和右端板之间夹持全部电芯形成电池模组，左端板与其相邻的电芯之间设置左隔热垫，右端板与其相邻的电芯之间设置右隔热垫，电芯上方设置隔离框，隔离框包括上槽道、下槽道，上槽道和下槽道里填充导热模块，导热模块上铺设石墨烯均热膜，极耳液冷板设置在石墨烯均热膜上方，下液冷板设置在电芯下方，极耳液冷板包括极耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二，耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、下液冷板进液口连通第一三通阀，极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二、下液冷板出液口连通第二三通阀。

3、启动模式为船舶备车工况时第一可逆电机倒拖氨燃料发动机进行启动，第一可逆电机的电力来源由储能装置直接提供或由船舶电网经过第二变压装置、第二逆变装置提供；侧推模式为当船舶靠岸时第三可逆电机由船舶电网经过第三变压装置、第三变频装置提供电力驱动定桨距螺旋桨。

4、机械模式下，第二离合器、第三离合器结合，此时第一可逆电机不工作，氨燃料发动机经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；电力推进模式包括三种模式：一是第三离合器断开第一离合器结合，电动机由燃料电池提供电力经由齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；二是第二离合器断开，第三离合器闭合，第一可逆电机由船舶电网经过第二变压装置、第二变频装置提供电力再经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；三是第一离合器、第三离合器闭合第二离合器断开，电动机、第一可逆电机联合通过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨。

5、混合推进模式下包括单电机+发动机推进模式、双电机+发动机推进模式，单电机+发动机推进模式具有两种模式，一是第二离合器、第三离合器结合，第一可逆电机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨，该模式下第一可逆电机由船舶电网经由第二变压装置、第二变频装置供电；二是第一-第三离合器闭合，电动机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨，该模式下第一可逆电机不工作，电动机由船氨燃料电池供电；双电机+发动机推进模式为第一-第三离合器结合，第一可逆电机与电动机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨。

6、发电模式为单电机+发动机发电模式，单电机+发动机发电模式为离合器结合，氨燃料发动机一部分功率带动第一可逆电机发电，另一部分功率经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨，当第一可逆电机转速为额定转速发出50HZ频率电力时，直接向船舶电网馈电；当第一可逆电机转速小于额定转速时，通过第二变压装置、第二变频装置向船舶电网馈电。

7、船舶电网的工作模式包括应急模式、电网削峰填谷模式，应急模式为当柴发机组出现故障时，电容、蓄电池组成的直流微网继续工作为推进系统提供电力，削峰填谷模式为柴发机组一部分电力向电容、蓄电池充电，另一部分电力提供给日用负载及推进系统或柴发机组、电容、蓄电池联合供电。

8、储能装置冷却系统包括预热模式和冷却模式，预热模式为当蓄电池在恶劣天气下出现极寒工作状态时，空冷器冷却系统通过出口的冷却水通过第一三通换向阀进入下液冷板进行预热；冷却模式为当蓄电池正常工作时，从开式海水冷却系统出来的冷却水通过第一三通换向阀进入蓄电池对其冷却。

9、余热系统循环过程为储液罐由第四水泵泵送水至预热器与蓄电池、电容、第一可逆电机、第二可逆电机、电动机进行换热，进一步预热后的水经过蒸发过热器依次与燃料电池、氨燃料发动机废气换热蒸发过热，过热蒸汽进入动力涡轮做功，动力涡轮出口蒸汽进入冷凝器与液氨进行冷却，最终回到储液罐；动力涡轮带动发电机发电包括两条回路，一是经过第一变频装置、第一变压装置向船舶电网馈能，二是在额定转速下发出50HZ电力直接向船舶电网馈能。

本发明的优势在于：

1.本发明提出一种带余热利用的双轴双电机船舶氨-电混合动力系统，设置有氨燃料发动机、可逆电机，功率覆盖范围广，可以满足船舶在各种工况下的动力需求，减少了污染物及二氧化碳的排放，具有明显技术效果如下：首先，氨燃料发动机和电机能够相互配合，优势互补，两者更好的工作在高效率区；其次，可逆电机与氨燃料发动机高效区互补，船舶运行全周期全工况得到优化；氨燃料发动机与第一可逆电机连接，第一可逆电机可作为启动电机，不仅减少了发动机冗余配置使布置紧凑而且减少氨燃料发动机启动工况的油耗，同时有效改善氨燃料发动机低工况动态响应差，启动困难的问题；电动机功率与氨燃料发动机加第一可逆电机功率相等，电动机在恒扭矩区工作，可以弥补氨燃料发动机扭矩储备不足问题，氨燃料发动机在电动机恒功率区工作，弥补电动机恒功率区扭矩较小的问题；采用可逆电机直接驱动桨距螺旋桨，能够实现靠岸侧推，同时回收部分制动能量，灵活操纵。

2.船舶电网采用柴发机组配备储能装置，柴发机组通过储能装置的调峰削谷功能，可以保持在最优效率点工作，效率明显提高。所述技术效果体现如下：电池在需要高功率的时段提供电力，并在需要较少的电力时进行充电；功率型超级电容与蓄电池组合的储能装置能够满足船舶电力动态需求，既能做到持续输出，又能满足功率要求。而且储能装置在柴油发电机发生故障时提供备用电源、燃料电池通过逆变装置直接与电动机连接，增加了系统的冗余，提高了安全性。

3.第一可逆电机与船舶电网的双回路连接具有两种馈能模式，一是氨燃料发动机定转速运行，船舶可以通过可变桨距进行变航速运行，可逆电机可以直接与船舶电网并网，二是当氨燃料发动机与可变桨距螺旋桨都采用变速运行，可逆电机经过变频装置与船舶电网并网，可以看到明显技术效果是双回路设置一方面增加了系统的冗余性、安全性，二是无变电装置的回路避免了电力损耗，有变电装置回路能够实现变速发电，节约了燃料消耗。两者进行不同模式下的选择能够实现氨燃料发动机的效率最佳优化。

4.本发明提出一种带余热利用的双轴双电机船舶氨-电混合动力系统，所描述整船冷却系统集成了开式海水冷却系统与闭式淡水冷却系统。闭式淡水冷却系统集成了润滑油冷却系统，空冷器冷却系统，缸套水冷却系统，储能装置冷却系统，其有效的技术效果既实现了冷能的多级利用，又将储能装置冷却系统采用三通换向阀实现冷却与预热模式的切换，实现了冷热能的多重利用，将储能装置冷却系统集成到发动机冷却系统中不必再进行单独的冷却，节省了成本，实现了能量重复利用。

5.本发明提出一种带余热利用的双轴双电机船舶氨-电混合动力系统，其中所述的余热系统将船舶混合动力系统中电池、电机、燃料电池、发动机废热综合利用起来，实现了全系统的热能多梯度利用；同时动力涡轮与发电机连接，通过两条电路进行发电，当发电机为50HZ发电频率时无需经过变电装置，减少能量传递环节，提高了发电效率。

6.本发明提出一种带余热利用的双轴双电机船舶氨-电混合动力系统，所描述储能装置冷却系统为基于电芯极耳与底部联合液冷散热的动力电池热管理系统，设置有隔离框以阻隔电芯极耳连接排与其上方极耳液冷板之间的接触，可以有效地防止外短路现象的发生，提高热管理系统的安全可靠性。隔离框主要包含前部、中部和后部三个槽道。前后槽道分别为填充槽，用绝缘耐磨耐高温导热胶填平软排连接极耳成组后的不规则模块，隔离框中间槽道为空槽，从而避免了部分传统散热方式未为电芯安全阀上方留有泄压空间的弊端。隔离框与电芯顶面间通过密封胶垫圈固定。隔离框水平尺寸配合于成组后电芯的水平尺寸，液冷板水平尺寸配合于成组后极耳模块的水平尺寸。隔离框前后填充槽内填充有高温绝缘导热胶，该设计可以大大增加极耳与液冷板的换热接触面积，可强化换热效果，同时增加系统的空间利用率。在极耳液冷板和高温导热绝缘硅胶填平面之间夹有石墨烯膜以均热，石墨烯膜导热系数可达2000W(m·K)，可以把电池极耳处的产热均匀迅速地扩散到极耳液冷板水平面上，热量再由液冷板内冷媒带走，该设计可以提高电芯间温度的一致性。在模组底部和下液冷板间，改传统导热硅胶垫为石墨烯均热膜，可以强化模组间沿水平方向的热量传递速率，起到均热作用，同时弥补电芯间的尺寸公差。电芯成组后在其左右两侧和底部设有隔热模块。该系统能保证电池单体能够合理地散热，防止单体电池温度过高，且隔热模块可在电池单体发生热失控时抑制热量扩散，避免热扩散蔓延至整个电池模组，提高电池模组的安全性和稳定性，便于长期安全地使用。

7.采用本系统提供的船舶混合动力系统，不仅适用于大型远洋船舶动力系统，同时适用于沿海及江海直达等小型船舶，适应性好，适用于各种航行特性的船型。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为整船冷却系统示意图；

图3为储能装置冷却系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，参见图1，本发明一种带余热利用的双轴双电机船舶氨-电混合动力系统，包括超级电容1、蓄电池2、柴发机组3a、3b、3c、逆变装置4a、4b、4c、变压器5a、5b、5c、变频装置6a、6b、6c、船舶负载7、液氨罐8、截止阀9、储液罐10、水泵11、预热器12、蒸发过热器13、动力涡轮14、发电机15、冷凝器16、稳压阀17、氨燃料电池18、逆变装置19、电动机20、氨燃料发动机21、离合器22a、22b、22c、齿轮箱23、可变桨距螺旋桨24、第一可逆电机25a、第二可逆电机25b、定桨距螺旋桨26、整船冷却系统27。其连接关系为：氨燃料发动机21输出端经过离合器22b与第一可逆电机25a连接，可逆电机25a经过离合器22c与齿轮箱23连接，齿轮箱23输出轴与变桨距螺旋桨24连接。氨燃料电池18经过逆变装置19为电动机20提供电力，离合器22a结合时，电动机20通过齿轮箱23驱动变桨距螺旋桨24第二可逆电机25b直接驱动定桨距螺旋桨26同时通过变频装置6c、变压装置5c与船舶电网连接。液氨罐8分别经过截止阀9、冷凝器16、稳压阀10与氨燃料发动机21与燃料电池18连接。船舶负载11直接与船舶电网连接，柴发机组3a、3b、3c与船舶电网连接为电力需求供电，超级电容1、蓄电池2并联再与逆变装置4a、4b与船舶电网连接。第一可逆电机一是通过变压装置5b、变频装置6b与船舶电网连接，二是直接与船舶电网连接。余热系统中储液罐10连接水泵11，水泵11连接预热器12与蒸发过热器13，其中预热器12中水与电机、电池换热，蒸发过热器13与燃料电池、发动机废气换热，蒸发过热器13与动力涡轮14连接，动力涡轮14与发电机15连接有两条电路向电网馈能。一是通过变压装置5a、变频装置6a发电，二是直接经过熔断器与船舶电网连接。动力涡轮14中蒸汽进入冷凝器16中与液氨换热冷却，冷凝器16与储液罐10连接，循环水完成循环。柴发机组3a、3b、3c中的柴油机、氨燃料发动机21，蓄电池2与整船冷却系统27连接，虚线表示热量传递。余热系统中的燃料电池与发动机余热代表为氨燃料电池18、氨燃料发动机21、柴发机组3a、3b、3c中的排气余热，电池与电机余热表示为蓄电池2、电动机20、第一可逆电机25a、第二可逆电机25b所释放出的热量。

参见图2，整船冷却系统27包括：开式海水冷却系统28、水泵29a、29b、29c、润滑油系统30、空冷器冷却系统31、储能装置冷却系统32、三通换向阀33a、33b、过滤器34、缸套水冷却系统35、发动机36。其连接关系为：整船冷却系统27中，开式海水冷却系统28通过水泵29a泵送海水与淡水循环系统换热，闭式淡水冷却系统经过水泵29b分别泵送到润滑油系统30、空冷器冷却系统31、储能装置冷却系统32，从储能装置冷却系统32出来的冷却水有两种回路，一是与润滑油冷却水系统30汇流与缸套水系统35进行换热冷却，二是直接汇总与海水冷却。空冷器冷却系统31泵送出的冷却水流向两处，一部分直接与海水换热冷却，另一部分经过三通换向阀33a对储能装置冷却系统32进行预热。缸套水冷却系统35经由水泵29c泵送到发动机36中进行冷却。其中发动机36包括柴发机组3a、3b、3c中的柴油机、氨燃料发动机21，储能装置冷却系统冷却的电池组为蓄电池2。

参见图3，储能装置冷却系统32包括：右端板37、右隔热垫38、正极耳39汇流排40、负极耳41、极耳液冷板进液口一42、极耳液冷板进液口二43、极耳液冷板44、极耳液冷板出液口一45、导热填充胶46、极耳液冷板出液口二47、隔离框48、填充槽49、紧固绑带50、安全阀51、左隔热垫52、左端板53、下液冷板进液口54、底隔热垫55、下液冷板56、下液冷板出液口57、底均热膜58和电芯59。其连接关系为：软铜排连接若干个电芯59之间的正负极耳39、41后形成模组，紧挨着的最左侧和最右侧两个电芯的是左侧隔热板52和右侧隔热板38，系统左右两边最外侧的是左端板53和右端板37，紧固绑带50通过结构胶46和绑带50捆绑的形式，起到固定作用；若干个电芯59上部装有隔离框48，隔离框48通过结构胶固定于若干个电芯上部，隔离框48上、下两个槽道49填充有导热模块46，紧接着上面铺设一层石墨烯均热膜58，而后上面布置有极耳风冷管，电芯底部从上到下依次布置有均热膜58、液冷板56和隔热板55。

其中，从整船冷却系统中闭式淡水循环系统中冷却水经由三通换向阀33a进入储能冷却装置系统中蓄电池2上的极耳液冷板进液口一42、极耳液冷板进液口二43、下液冷板进液口54、再经过极耳液冷板出液口一45、极耳液冷板出液口二47、、下液冷板出液口57排出，进一步经由三通换向阀33b排出与海水换热冷却。

本实施例中，氨燃料发动机21优选压燃发动机，第一可逆电机25a、第二可逆电机25b优选具有高效率、高功率密度、寿命长等优点永磁同步可逆电机，燃料电池18优选氨燃料电池，蓄电池2优选功率密度高、体积重量小的磷酸铁锂电池，超级电容1优选功率型。

本发明的工作模式主要以下几种工作模式

启动模式为船舶备车工况时第一可逆电机25a倒拖氨燃料发动机21进行启动，第一可逆电机25a的电力来源即可由储能装置直接提供又可以由船舶电网经过变压装置5b、逆变装置6b提供。此设置既能防止船舶电网故障导致动力不足，又能通过船舶电网实现降压启动；液氨经过液氨罐8、截止阀9、冷凝器16、稳压阀10喷入氨燃料发动机。

侧推模式为当船舶靠岸时第三可逆电机18由船舶电网经过变压装置5c、变频装置6c提供电力驱动定桨距螺旋桨19，该模式下操纵灵活，适用于船舶靠岸工况，且第三可逆电机25b可以回收部分制动能量。

机械模式下，离合器22b、22c结合，此时第一可逆电机25a不工作，氨燃料发动机21经过齿轮箱23驱动变桨距螺旋桨24。

电力推进模式下由三种模式组成，一是离合器22c断开22a结合，电动机20由燃料电池18提供电力经由齿轮箱16驱动变桨距螺旋桨24，电动机即可以运行在最佳转速范围内，船舶航速依靠变桨距螺旋桨24调节；根据最佳效率曲线运行，此时变桨距船舶固定在最佳效率桨距；二是离合器22b断开，22c闭合，第一可逆电机25a由船舶电网经过变压装置5b、变频装置6b提供电力再经过齿轮箱23驱动变桨距螺旋桨24，此时第一可逆电机25a既可以实现变转速运行在最佳效率曲线，变桨距螺旋桨24固定在最佳桨距实现高效率推进；也可以实现定速运行，依靠变桨距螺旋桨24调节船舶航速。三是离合器22a、22c闭合22b断开，电动机20、第一可逆电机25a联合通过齿轮箱23驱动可变桨距螺旋桨24。

混合推进模式下具有两种推进模式分别为单电机+发动机推进模式、双电机+发动机推进模式，单电机+发动机推进模式具有两种模式，一是离合器22b、22c结合，第一可逆电机25a与氨燃料发动机21经由齿轮箱23联合驱动变桨距螺旋桨24，该模式下第一可逆电机由船舶电网经由变压装置5b、变频装置6b供电；二是离合器22a、22b、22c闭合，电动机20与氨燃料发动机21经由齿轮箱23联合驱动变桨距螺旋桨24，该模式下第一可逆电机25a不工作，电动机20由船氨燃料电池供电。双电机+发动机推进模式为离合器22a、22b、22c结合，第一可逆电机25a与电动机20与氨燃料发动机21经由齿轮箱23联合驱动变桨距螺旋桨24。

发电模式下只有一种模式为单电机+发动机发电模式，单电机+发动机发电模式为离合器22b、22c结合，氨燃料发动机21一部分功率带动第一可逆电机25a发电，一部分功率经过齿轮箱23驱动变桨距螺旋桨24，此时第一可逆电机25a可以由两条电路向船舶电网馈能，当第一可逆电机25a转速为额定转速发出50HZ频率电力时，直接向船舶电网馈电；当第一可逆电机25a转速小于额定转速时，通过变压装置5b、变频装置6b想船舶电网馈电。

船舶电网作为独立的电力系统，承担整船的电力需求，同样也具有不同的工作模式，具体分为应急模式、电网削峰填谷模式。

应急模式为当柴发机组3a、3b、3c出现故障时，熔断器断开，超级电容1、蓄电池2组成的直流微网继续工作为推进系统提供电力，削峰填谷模式为当日用负载11与推进系统需要电力较少时，柴发机组3a、3b、3c一部分电力向超级电容1、蓄电池2充电，一部分电力提供给日用负载11及推进系统；当日用负载11与推进系统需要电力较多时，柴发机组3a、3b、3c、超级电容1、蓄电池2联合供电。

储能装置冷却系统32具有两种工作模式，预热模式为当蓄电池2在恶劣天气下出现极寒工作状态时，空冷器冷却系统32通过出口的冷却水通过三通换向阀33a进入液冷板进行预热；冷却模式为当蓄电池2正常工作时，从开式海水冷却系统28出来的冷却水通过三通换向阀33a进入蓄电池对其冷却。

余热系统循环过程为储液罐10由水泵11泵送水至预热器12与蓄电池2、超级电容1、第一可逆电机25a、第二可逆电机25b、电动机20进行换热。进一步预热后的水经过蒸发过热器13依次燃料电池18、氨燃料发动机21废气换热蒸发过热。过热蒸汽进入动力涡轮14做功，动力涡轮14出口蒸汽进入冷凝器16与液氨进行冷却，最终回到储液罐17。动力涡轮14带动发电机15发电可以由两条回路，一是经过变频装置6a、变压装置5a向船舶电网馈能，二是在额定转速下发出50HZ电力直接向船舶电网馈能。余热系统工作状态依据氨燃料发动机排温、工作点选择是否工作带动发电机15发电。

Claims (8)

1.一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：包括电容、蓄电池、柴发机组、氨燃料电池、氨燃料发动机、齿轮箱、变桨距螺旋桨、定桨距螺旋桨、余热系统、整船冷却系统，电容、蓄电池和柴发机组分别连接船舶直流电网，氨燃料发动机输出端经过第二离合器与第一可逆电机连接，第一可逆电机经过第三离合器与齿轮箱连接，氨燃料电池经过逆变装置连接电动机，电动机通过第一离合器连接齿轮箱，齿轮箱输出轴与变桨距螺旋桨连接，第一可逆电机一方面通过第二变压装置、第二变频装置与船舶电网连接，另一方面直接与船舶电网连接，第二可逆电机直接驱动定桨距螺旋桨同时通过第三变频装置、第三变压装置与船舶电网连接；所述余热系统包括冷凝器、储液罐、第四水泵预热器、蒸发过热器、动力涡轮、发电机，储液罐连接第四水泵，第四水泵连接预热器与蒸发过热器，预热器与电机、电池换热，蒸发过热器与燃料电池、发动机废气换热，蒸发过热器与动力涡轮连接，动力涡轮连接发电机后，通过第一变频装置、第一变压装置连接船舶直流电网或直接与船舶电网连接，动力涡轮中蒸汽进入冷凝器中与液氨换热冷却，冷凝器与储液罐连接，液氨罐分别经过截止阀、冷凝器、稳压阀与氨燃料发动机和燃料电池连接；

整船冷却系统包括开式海水冷却系统、储能装置冷却系统，开式海水冷却系统通过第一水泵送海水与淡水循环系统换热，闭式淡水冷却系统经过第二水泵分别泵送到润滑油冷却系统、空冷器冷却系统，同时通过第一三通换向阀送到储能装置冷却系统，从储能装置冷却系统出来的冷却水经第二三通换向阀有两种回路，第一回路是与润滑油冷却系统汇流与缸套水系统进行换热冷却，第二回路是直接汇总与海水冷却；空冷器冷却系统泵送出的冷却水流向两处，第一处直接与海水换热冷却，第二处经过第一三通换向阀对储能装置冷却系统进行预热，缸套水系统经由第三水泵泵送到发动机中进行冷却；

所述润滑油冷却系统为柴发机组、氨燃料发动机各润滑油分冷却系统的总和，所述空冷器冷却系统为柴发机组、氨燃料发动机各空冷器分冷却系统的总和，所述缸套水系统为柴发机组、氨燃料发动机各缸套水分系统的总和，所述发动机为柴发机组、氨燃料发动机的总和；

储能装置冷却系统包括电芯、左端板、右端板、极耳液冷板、下液冷板，电芯之间的正、负极极耳通过软连接排连接，左端板和右端板之间夹持全部电芯形成电池模组，左端板与其相邻的电芯之间设置左隔热垫，右端板与其相邻的电芯之间设置右隔热垫，电芯上方设置隔离框，隔离框包括上槽道、下槽道，上槽道和下槽道里填充导热模块，导热模块上铺设石墨烯均热膜，极耳液冷板设置在石墨烯均热膜上方，下液冷板设置在电芯下方，极耳液冷板包括极耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二，极耳液冷板进液口一、极耳液冷板进液口二、下液冷板进液口连通第一三通阀，极耳液冷板出液口一、极耳液冷板出液口二、下液冷板出液口连通第二三通阀。

2.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：启动模式为船舶备车工况时第一可逆电机倒拖氨燃料发动机进行启动，第一可逆电机的电力来源由储能装置直接提供或由船舶电网经过第二变压装置、第二逆变装置提供；侧推模式为当船舶靠岸时第三可逆电机由船舶电网经过第三变压装置、第三变频装置提供电力驱动定桨距螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：机械模式下，第二离合器、第三离合器结合，此时第一可逆电机不工作，氨燃料发动机经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；电力推进模式包括三种模式：一是第三离合器断开第一离合器结合，电动机由燃料电池提供电力经由齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；二是第二离合器断开，第三离合器闭合，第一可逆电机由船舶电网经过第二变压装置、第二变频装置提供电力再经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨；三是第一离合器、第三离合器闭合第二离合器断开，电动机、第一可逆电机联合通过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨。

4.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：混合推进模式下包括单电机+发动机推进模式、双电机+发动机推进模式，单电机+发动机推进模式具有两种模式，一是第二离合器、第三离合器结合，第一可逆电机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨，该模式下第一可逆电机由船舶电网经由第二变压装置、第二变频装置供电；二是第一-第三离合器闭合，电动机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨，该模式下第一可逆电机不工作，电动机由船氨燃料电池供电；双电机+发动机推进模式为第一-第三离合器结合，第一可逆电机与电动机与氨燃料发动机经由齿轮箱联合驱动变桨距螺旋桨。

5.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：发电模式为单电机+发动机发电模式，单电机+发动机发电模式为离合器结合，氨燃料发动机一部分功率带动第一可逆电机发电，另一部分功率经过齿轮箱驱动变桨距螺旋桨，当第一可逆电机转速为额定转速发出50HZ频率电力时，直接向船舶电网馈电；当第一可逆电机转速小于额定转速时，通过第二变压装置、第二变频装置向船舶电网馈电。

6.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：船舶电网的工作模式包括应急模式、电网削峰填谷模式，应急模式为当柴发机组出现故障时，电容、蓄电池组成的直流微网继续工作为推进系统提供电力，削峰填谷模式为柴发机组一部分电力向电容、蓄电池充电，另一部分电力提供给日用负载及推进系统或柴发机组、电容、蓄电池联合供电。

7.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：储能装置冷却系统包括预热模式和冷却模式，预热模式为当蓄电池在恶劣天气下出现极寒工作状态时，空冷器冷却系统通过出口的冷却水通过第一三通换向阀进入下液冷板进行预热；冷却模式为当蓄电池正常工作时，从开式海水冷却系统出来的冷却水通过第一三通换向阀进入蓄电池对其冷却。

8.根据权利要求1所述的一种带余热利用的双轴双电机船舶氨电混合动力系统，其特征是：余热系统循环过程为储液罐由第四水泵泵送水至预热器与蓄电池、电容、第一可逆电机、第二可逆电机、电动机进行换热，进一步预热后的水经过蒸发过热器依次与燃料电池、氨燃料发动机废气换热蒸发过热，过热蒸汽进入动力涡轮做功，动力涡轮出口蒸汽进入冷凝器与液氨进行冷却，最终回到储液罐；动力涡轮带动发电机发电包括两条回路，一是经过第一变频装置、第一变压装置向船舶电网馈能，二是在额定转速下发出50HZ电力直接向船舶电网馈能。

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