CN112278218A - 一种船用绿色混合推进及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用绿色混合推进及发电系统，解决了港口区污染排放亟需解决的问题，其技术方案要点是包括有主机、齿轮箱及螺旋桨、对船舶负载进行供电的发电机组，还包括有电池组、电机、第一变流器、中央控制器；当船舶靠/离港时，中央控制器控制主机关闭、电池组通过第一变流器向电机供电以驱动电机反转，电机驱动通过主机输出端联动的螺旋桨运行；当船舶航行时，主机运行驱动螺旋桨，电机联动于螺旋桨正转发电以供电至耦接的船舶负载及电池组，本发明的一种船用绿色混合推进及发电系统，能便捷高效的实现船舶靠离港时零排放零污染，更加环保节能。

Description

一种船用绿色混合推进及发电系统

技术领域

本发明涉及船舶电力系统，特别涉及一种船用绿色混合推进及发电系统。

背景技术

目前船舶大多靠内燃机作为主机，提供船舶航行的动力来源，但内燃机的启动必定带来一定程度的环境污染。由于近些年空气质量的恶化和环境污染程度的加剧，国内外港口均在逐步深入推进船舶排放控制区，提高了对船舶排放的要求，船舶在港口区污染排放问题亟需解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种船用绿色混合推进及发电系统，能便捷高效的实现船舶靠离港时零排放零污染，更加环保节能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种船用绿色混合推进及发电系统，包括提供航行动力的主机、连接于主机的其一机械输出端进行航行驱动的齿轮箱及螺旋桨、对船舶负载进行供电的发电机组，还包括有进行供电储电的电池组、连接于主机另一机械输出端的电机、耦接于电池组及电机之间进行整流逆变的第一变流器；还包括有通讯连接于主机、电池组、电机、第一变流器以进行控制的中央控制器；

当船舶靠/离港时，所述中央控制器控制主机关闭、电池组通过第一变流器向电机供电以驱动电机反转，所述电机驱动通过主机输出端联动的螺旋桨运行；当船舶航行时，主机运行驱动螺旋桨，所述电机联动于螺旋桨正转发电以供电至耦接的船舶负载及电池组。

作为优选，还包括有第二变流器，所述第二变流器的一端耦接于电池组与第一变流器的连接节点，另一端通过供电支路耦接至发电机组及船舶负载。

作为优选，还包括有进行电能接收和分配的主配电板，所述主配电板包括有若干分别耦接于供电支路中进行通断控制的配置开关、通信连接于中央控制器以反馈及控制配置开关的功率管理系统。

作为优选，所述电池组包括有进行存储供电的锂离子电池、对锂离子电池进行管理监测的电池管理系统，所述电池管理系统通信连接于所述中央控制器，所述锂离子电池耦接于第一变流器及第二变流器。

作为优选，所述中央控制器接收获取有推进所需的运行功率及主机额定功率，所述主配电板接收获取有船舶负载运行功率及额定功率；所述中央控制器设定有控制发电机组与电池组供电的触发条件；

当推进所需运行功率小于主机额定功率时，中央控制器控制发电机组及电池组不供电；当所需运行功率大于主机额定功率时，所述中央控制器控制发电机组/电池组供电并驱动电机转动以提供航行动力。

作为优选，还包括有连接于主配电板以于船舶停泊港口时进行用电设备的供电及电池组的充电的岸电箱。

作为优选，所述电机为变频异步电机或永磁同步电机。

作为优选，所述第一变流器及第二变流器均为四象限变流器。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过电池组、电机及第一变流器的设置，在靠离港口区域时，能通过电池组的供电推动电机进行驱动，无需启动主机进行驱动，能在港口区实现零排放零污染，符合港口区的排放需求；通过第一变流器和电池组的设置，能提供推动电能的同时，也能将电机在发电时产生的电能进行存储利用，更加经济、环保。

附图说明

图1为本系统的结构示意图。

图中：1、主机；21、齿轮箱；22、螺旋桨；3、电机；4、发电机组；5、电池组；6、主配电板；7、第一变流器；8、第二变流器；9、中央控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种船用绿色混合推进及发电系统，如图1所示，包括有主机1、齿轮箱21、螺旋桨22、发电机组4、船舶负载及电机3，还包括有电池组5、中央控制器9及主配电板6。

主机1为提供航行动力的内燃机，设置有两个机械输出端，以转换为机械驱动力，齿轮箱21和螺旋桨22依次连接至其一侧机械输出端，螺旋桨22通过齿轮箱21进行调节驱动。电机3连接至主机1的另一机械输出端，实现与螺旋桨22的同步联动。当内燃机在航行过程中提供动力源时，驱动螺旋桨22运行的同时，驱动电机3转动，进而作为发电机进行发电，将机械能转换为电能提供给船舶负载使用。

电机3耦接有第一变流器7，电池组5通过第一变流器7耦接于电机3，实现电流的转换。电机3为交流电机，优选采用变频异步电机或永磁同步电机。第一变流器7和电池组5的连接节点还耦接有第二变流器8，通过主配电板6对第二变流器8、发电机组4及船舶负载之间进行电路回路通断分配。当电机3作为发电机工作时，作为轴带发电机，产生的电能通过第一变流器7的整流，将直流电转换为电池组5所需的直流电，可向电池组5进行充电存电。并且可通过第二变流器8的再次逆变，将经过第一变流器7整流后的直流电或电池组5提供的直流电并联后转换为船舶负载所需的交流电，以通过电网反馈对船舶用电负载进行供电，有效的进行能量的利用。当电机3作为电动机工作时，中央控制器9控制电池组5向电机3供电，第一变流器7进行逆变转换，将电池组5提供的直流电转换为交流电后输出至电机3，以使得电机3转动将电能转换为机械能，并通过主机1的机械输出端联动传送至螺旋桨22，进而实现对螺旋桨22的驱动力提供。

主配电板6用于连接船舶上供电设备和用电设备，用于接收和分配电能，包括有若干耦接串联在供电支路中对支路进行通断控制的配置开关、通信连接于中央控制器9对控制的电能及各用电设备的功率情况进行反馈同时接收中央控制器9输出对配置开关的调节控制指令的功率管理系统PMS。功率管理系统对连接在主配电板6的电源进行管理、调节和控制。

电池组5包括有进行存储电的锂离子电池和对锂离子电池进行管理监测的电池管理系统BMS。电池管理系统通信连接于中央控制器9，以通过设定的充放电策略对锂离子电池进行保护，通过电池管理系统对电池组5中的锂离子电池进行健康状况监测。锂离子电池耦接于第一变流器7及第二变流器8。

第一变流器7及第二变流器8均为四象限变流器，通信连接于中央控制器9以受控于中央控制器9进行调控。主机1、电机3、主配电板6均通信连接于中央控制器9，以通过中央控制器9进行整体的控制、调节。中央控制器9，即图1中所示的CCU，通过通信获取有主机1各类参数包括有额定功率、运行功率，通过主配电板6获取有船舶用电负载的额定功率及实时运行功率，还获取有发电机组4的供电功率。

中央控制器9根据航行情况设置的触发条件设定有多种切换模式：

当船舶为靠离港时，中央控制器9控制主机1关闭，并控制电池组5通过第一变流器7向电机3供电，以通过电机3的转动驱动螺旋桨22运行，实现在港口区域的低速航行，关闭主机1通过锂离子电池进行供电，进而在港口区域实现零排放零污染，同时电池组5通过第二变流器8转换为船舶上的用电负载进行供电，通过第二变流器8对主配电板6的反馈，中央控制器9根据主配电板6的功率管理系统反馈的用电信息与电池组5的电池管理系统所设定的充放电策略相比较判断，通过对负载的通断电控制以确保电池组5的运行安全。

当船舶在正常航行中时，主机1作为动力源，带动螺旋桨22和电机3旋转，电机3作为轴带发电机运作，并将产生的交流电通过第一变流器7转变为直流电后，一路供给电池组5以完成电池组5的充电，另一路通过第二变流器8再次转变为工频交流电，反馈至主配电板6后供给船舶上的用电负载。电池组5的充电由中央控制器9根据电池目前电量、轴带发电机的发电功率，负载的用电功率是否有富余来决策是否为电池组5进行充电。主配电板6的功率管理系统负责第一变流器7和第二变流器8的并车和负载分配工作，此种工况下，发电机组4不运行。

当船舶航行过程中，中央控制器9根据运行过程中主机1的功率和实际运行所需功率进行比对判断。当主机1提供的功率满足航行所需的推进功率时，主机1作为唯一动力源进行驱动推进，进行船舶正常航行；当所需的推进功率即运行功率大于主机1所能提供的功率时，中央控制器9控制发电机组4及电池组5进行供电，以驱动电机3作为电动机与主机1同时进行推进驱动，具体的情况包括有，当电池组5电量不足，不能对外提供电源时，采用发电机组4作为动力源，发电机组4并联运行，发出稳定的工频交流电，通过配电板提供给其他用电设备，再通过第二变流器8及第一变流器7变成频率电压均可调节的交流电源驱动电机3，从而与主机1同时驱动带动螺旋桨22驱动船舶前进；当电池电量充足，航行距离较远时，通过电池组5和发电机组4共同作为动力电源，发电机组4发出的交流电经过第二变流器8的整流后变成直流，并与电池组5进行并联，再通过第一变流器7逆变后同时为电机3提供电能，以驱动电机3与主机1同步驱动螺旋桨22推进。

当主机1出现故障无法进行推进作业时，提供的功率不足以满足航行所需功率，中央控制器9控制发电机组4及电池组5进行供电，以驱动电机3作为电动机进行推进驱动。具体的，中央控制器9根据电池组5电量及航行目的地的远近以确定动力源。当电池组5电量不足，不能对外提供电源时，采用发电机组4作为动力源，发电机组4并联运行，发出稳定的工频交流电，通过配电板提供给其他用电设备整流器，再通过第二变流器8及第一变流器7变成频率电压均可调节的交流电源驱动电机3，从而带动螺旋桨22驱动船舶前进，同时在发电产生功率富余时对电池组5进行充电；当电池电量充足且航行距离较近时，采用电池组5作为动力电源驱动电机3进行推进；当电池电量充足，航行距离较远时，通过电池组5和发电机组4共同作为动力电源，发电机组4发出的交流电经过第二变流器8的整流后变成直流，并与电池组5进行并联，再通过第一变流器7逆变后同时为电机3提供电能，以驱动电机3驱动螺旋桨22推进。

还包括有连接于主配电板6以于船舶停泊港口时进行用电设备的供电及电池组5的充电的岸电箱SC，当船舶停靠码头时，岸电箱连接岸电，通过配电板为船舶的用电负载供电，同时给电池组5充电，以备后用。

电机3的设置，即可作为轴带发电机，又可作为推进电动机，能根据实际工况进行调整，适应多工况的运用，在靠离港口时通过电池组5的供电驱动电机3作为推进电动机，实现港口区的低速航行，也实现了港口区的零排放零污染；多种工况下的切换隐患，能保证设备故障的情况下船舶能保持航行，提高了船舶的生命力。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种船用绿色混合推进及发电系统，包括提供航行动力的主机(1)、连接于主机(1)的其一机械输出端进行航行驱动的齿轮箱(21)及螺旋桨(22)、对船舶负载进行供电的发电机组(4)，其特征是：还包括有进行供电储电的电池组(5)、连接于主机(1)另一机械输出端的电机(3)、耦接于电池组(5)及电机(3)之间进行整流逆变的第一变流器(7)；还包括有通讯连接于主机(1)、电池组(5)、电机(3)、第一变流器(7)以进行控制的中央控制器(9)；

当船舶靠/离港时，所述中央控制器(9)控制主机(1)关闭、电池组(5)通过第一变流器(7)向电机(3)供电以驱动电机(3)反转，所述电机(3)驱动通过主机(1)输出端联动的螺旋桨(22)运行；当船舶航行时，主机(1)运行驱动螺旋桨(22)，所述电机(3)联动于螺旋桨(22)正转发电以供电至耦接的船舶负载及电池组(5)。

2.根据权利要求1所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：还包括有第二变流器(8)，所述第二变流器(8)的一端耦接于电池组(5)与第一变流器(7)的连接节点，另一端通过供电支路耦接至发电机组(4)及船舶负载。

3.根据权利要求2所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：还包括有进行电能接收和分配的主配电板(6)，所述主配电板(6)包括有若干分别耦接于供电支路中进行通断控制的配置开关、通信连接于中央控制器(9)以反馈及控制配置开关的功率管理系统。

4.根据权利要求3所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：所述电池组(5)包括有进行存储供电的锂离子电池、对锂离子电池进行管理监测的电池管理系统，所述电池管理系统通信连接于所述中央控制器(9)，所述锂离子电池耦接于第一变流器(7)及第二变流器(8)。

5.根据权利要求4所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：所述中央控制器(9)接收获取有船舶航行推进所需的运行功率及主机(1)额定功率，所述主配电板(6)接收获取有船舶负载运行功率及额定功率；所述中央控制器(9)设定有控制发电机组(4)与电池组(5)供电的触发条件；

当推进所需运行功率小于主机(1)额定功率时，中央控制器(9)控制发电机组(4)及电池组(5)不供电；当所需运行功率大于主机(1)额定功率时，所述中央控制器(9)控制发电机组(4)/电池组(5)供电并驱动电机(3)转动以提供航行动力。

6.根据权利要求3所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：还包括有连接于主配电板(6)以于船舶停泊港口时进行用电设备的供电及电池组(5)充电的岸电箱。

7.根据权利要求1所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：所述电机(3)为变频异步电机或永磁同步电机。

8.根据权利要求2所述的船用绿色混合推进及发电系统，其特征是：所述第一变流器(7)及第二变流器(8)均为四象限变流器。

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