CN215399286U - 一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种低成本船用燃料电池顶推船‑驳船混合动力系统，系统分为顶推船部分和驳船部分，顶推船的燃料电池系统产生的电能接入直流母线，直流母线通过DC/DC给超级电容充放电，或通过第一逆变器与电机和推进器连接；或通过第二逆变器为顶推船上的第一生活负载供电，第一生活负载也可以通过外接电源设备供电。顶推船上经过第二逆变器后的电能，通过快速插头向驳船的第二生活负载供电，第二生活负载也可以通过外接电源设备供电。该系统采用燃料电池系统和超级电容作为能量源，超级电容可以快速功率响应，弥补燃料电池响应慢的不足，控制策略简单，没有采用锂电池，同时采用外接电源设备为整个系统供电，大幅度降低了整个系统的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及清洁可再生能源在船舶电力推进中应用的领域，尤其涉及一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统。
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，锂电池成本较高，因此将超级电容和燃料电池组合成的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。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。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供了一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统。
本实用新型一种低成本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和驳船部分；
所述顶推船部分包括燃料电池系统、超级电容、DC/DC、第一逆变器、电机、推进器、第二逆变器、第一生活负载和整船能量管理与控制系统；
顶推船上的燃料电池系统与直流母线连接；
顶推船上的DC/DC、第一逆变器和第二逆变器分别与直流母线连接；
顶推船上的直流母线通过DC/DC向超级电容充放电；
第一逆变器依次连接电机和推进器；
第二逆变器与第一生活负载连接；
顶推船上的直流母线通过第一逆变器给电机供能，进而带动推进器；
顶推船上的直流母线通过第二逆变器为第一生活负载供电；
所述驳船部分包括第二生活负载；
第二逆变器变换后的电能通过快速插头为驳船上的第二生活负载供电；
快速插头布置在顶推船或者驳船上。
所述燃料电池系统、DC/DC、第一逆变器、第二逆变器分别与整船能量管理与控制系统连接；整船能量管理与控制系统采集信息，并控制与其连接的各系统，根据各个系统所处状态，及时调整工作模式，达到节能减排的目的。
所述顶推船上的第一生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电；
所述驳船上的第二生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电。
所述电机与推进器为一组单推进系统，或者为二组双推进器系统。
所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池、空气供应系统、氢气供应系统、氮气吹扫系统、冷却水系统、氢气瓶及控制系统等。
所述锂电池可以是磷酸铁锂电池或者其他类型的锂电池，包括电池管理系统。
所述生活负载是指冰箱、空调、照明等设备。
本实用新型低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其工作模式主要包括：驳船外接电源模式和顶推船外接电源模式、纯燃料电池模式、混合动力模式、增程式模式、应急模式。
所述驳船外接电源模式：当驳船没有与顶推船通过快速插头连接时，驳船通过岸边的外接电源进行供电。
所述顶推船外接电源模式：顶推船靠岸时，燃料电池系统关闭，顶推船上的第一生活负载通过外接电源设备供电。
所述纯燃料电池模式，是指燃料电池优先考虑工作在最佳功率区间，需求功率在燃料电池系统最佳功率区间内，超级电容不参与提供能量。
所述混合动力模式，若需求功率大于燃料电池系统最佳功率区间，则通过超级电容与燃料电池共同提供能量。
所述增程式模式，若需求功率小于燃料电池系统最佳功率区间，则燃料电池系统向超级电容充电。
所述应急模式，若超级电容能量超过顶限无法充电或者低于底线无法放电时，则通过调节燃料电池系统的功率以满足功率需求。
所述超级电容的能量顶限为总能量的95%，底线为总能量的5%。
本实用新型的有益效果：
（1）将燃料电池系统安装在顶推船，与乘客或者货物所在的驳船分开，一个顶推船可以用于多个驳船，既能提升安全性，又能提高燃料电池系统顶推船的利用率，降低成本；
（2）超级电容具有功率响应快的特点，可以弥补燃料电池系统响应慢的缺点，能够很好地满足船舶系统的功率需求。整个系统没有使用锂电池，降低了成本；
（3）整体控制方法简单，燃料电池系统处于长期启动状态，减少了启停次数，提升了燃料电池系统的寿命，根据功率需求变化，对超级电容进行充放电，满足功率需求，控制方法简单，系统复杂程度降低，成本降低；
（4）顶推船的第一生活负载和驳船的第二生活负载共用一个第二逆变器，同时满足了驳船和顶推船的生活负载用电需求，减少了设备数量，降低了成本；
（5）通过外接电源设备对顶推船第一生活负载、驳船的第二生活负载供电，通过外部能量补充，减少燃料电池系统的消耗，降低了成本；
（6）本系统中整船能量管理与控制系统，考虑了动力系统和生活负载的能量需求，能够对整个能量系统进行管理，实现节能减排，降低了成本。
附图说明
图1为本实用新型低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型内容作进一步的详细说明，但不是对本实用新型的限定。
参照图1，一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，包括顶推船和驳船部分；
顶推船部分包括燃料电池系统、超级电容、DC/DC、第一逆变器、电机、推进器、第二逆变器、第一生活负载和整船能量管理与控制系统；
顶推船上的燃料电池系统与直流母线连接；
顶推船上的DC/DC、第一逆变器和第二逆变器分别与直流母线连接；
顶推船上的直流母线通过DC/DC向超级电容充放电；
第一逆变器依次连接电机和推进器；
第二逆变器与第一生活负载连接；
顶推船上的直流母线通过第一逆变器给电机供能，进而带动推进器；
顶推船上的直流母线通过第二逆变器为第一生活负载供电；
驳船部分包括第二生活负载；
第二逆变器变换后的电能通过快速插头为驳船上的第二生活负载供电；
快速插头布置在顶推船或者驳船上。
燃料电池系统、DC/DC、第一逆变器、第二逆变器分别与整船能量管理与控制系统连接；整船能量管理与控制系统采集信息，并控制与其连接的各系统，根据各个系统所处状态，及时调整工作模式，达到节能减排的目的。
顶推船上的第一生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电；
驳船上的第二生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电。
电机与推进器为一组单推进系统，或者为二组双推进器系统。
燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池、空气供应系统、氢气供应系统、氮气吹扫系统、冷却水系统、氢气瓶及控制系统等。
锂电池可以是磷酸铁锂电池或者其他类型的锂电池，包括电池管理系统。
生活负载是指冰箱、空调、照明等设备。
超级电容的能量顶限为总能量的95%，底线为总能量的5%。
本实用新型系统，采用超级电容具有功率响应快的特点，可以弥补燃料电池系统响应慢的缺点，能够很好地满足船舶系统的功率需求。整个系统没有使用锂电池，同时采用外接电源设备为整个系统供电，大幅度降低了整个系统的成本。
Claims (5)
1.一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其特征在于：
所述混合动力系统包括顶推船和驳船部分；
所述顶推船部分包括燃料电池系统、超级电容、DC/DC、第一逆变器、电机、推进器、第二逆变器、第一生活负载和整船能量管理与控制系统；
顶推船上的燃料电池系统与直流母线连接；
顶推船上的DC/DC、第一逆变器和第二逆变器分别与直流母线连接；
顶推船上的直流母线通过DC/DC向超级电容充放电；
第一逆变器依次连接电机和推进器；
第二逆变器与第一生活负载连接；
顶推船上的直流母线通过第一逆变器给电机供能，进而带动推进器；
顶推船上的直流母线通过第二逆变器为第一生活负载供电；
所述驳船部分包括第二生活负载；
第二逆变器变换后的电能通过快速插头为驳船上的第二生活负载供电；
快速插头布置在顶推船或者驳船上；
所述燃料电池系统、DC/DC、第一逆变器、第二逆变器分别与整船能量管理与控制系统连接；整船能量管理与控制系统采集信息，并控制与其连接的各系统，根据各个系统所处状态，及时调整工作模式。
2.根据权利要求1所述的低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其特征在于：
所述顶推船上的第一生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电；
所述驳船上的第二生活负载在靠岸时通过外接电源设备供电。
3.根据权利要求1所述的低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其特征在于：
所述电机与推进器为一组单推进系统，或者为二组双推进器系统。
4.根据权利要求1所述的低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其特征在于：
所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池、空气供应系统、氢气供应系统、氮气吹扫系统、冷却水系统、氢气瓶及控制系统。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统，其特征在于：
所述混合动力系统的工作模式主要包括：驳船外接电源模式和顶推船外接电源模式、纯燃料电池模式、混合动力模式、增程式模式、应急模式；
所述驳船外接电源模式：当驳船没有与顶推船通过快速插头连接时，驳船通过岸边的外接电源进行供电；
所述顶推船外接电源模式：顶推船靠岸时，燃料电池系统关闭，顶推船上的第一生活负载通过外接电源设备供电；
所述纯燃料电池模式，是指燃料电池优先考虑工作在最佳功率区间，需求功率在燃料电池系统最佳功率区间内，超级电容不参与提供能量；
所述混合动力模式，若需求功率大于燃料电池系统最佳功率区间，则通过超级电容与燃料电池共同提供能量；
所述增程式模式，若需求功率小于燃料电池系统最佳功率区间，则燃料电池系统向超级电容充电；
所述应急模式，若超级电容能量超过顶限无法充电或者低于底线无法放电时，则通过调节燃料电池系统的功率以满足功率需求；
所述超级电容的能量顶限为总能量的95%，底线为总能量的5%。
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| CN202121903998.8U CN215399286U (zh) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | 一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202121903998.8U Active CN215399286U (zh) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | 一种低成本船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN215399286U (zh) |
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2021
- 2021-08-16 CN CN202121903998.8U patent/CN215399286U/zh active Active
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