CN215752971U - 复合动力系统 - Google Patents

Abstract

本创作公开了一种复合动力系统。所述复合动力系统主要设置于一船舶中。其中，该复合动力系统中的引擎、离合器、马达、变速箱以及螺桨共轴转动。并且根据该船舶的曲轴转速阈值和其主电池的电量状态区间，来决定各个零件模块的运作状态和能源分配策略。所述复合动力系统包含一配电模块以及至少一推进模块。其中，该配电模块包含一主电池、一内部电源转换器、一备用电池以及一外部电源转换器。该至少一推进模块与该配电模块连接，每个推进模块包含一引擎、一离合器、一马达、一变速箱、一螺桨以及一马达驱动器。

Description

复合动力系统

技术领域

本创作是涉及一种动力系统，尤指一种引擎、离合器、马达、变速箱以及螺桨共轴转动，并且根据该船舶的曲轴转速阈值和其主电池的电量状态区间，来决定各个零件模块的运作状态和能源分配策略的一种复合动力系统。

背景技术

随着全球温室效应的加剧，世界各国对于工业、商业和运输业活动的碳排放量也有进一步的控管。随着环保意识的抬头，各种具有燃油需求的产业优先被纳入相关的考虑。

其中，交通运输产业可谓是目前各类活动与燃油最直接相关的产业之一。也因如此，考虑到此产业类别的特殊性，目前正往节省油耗的方向进行发展。然而，传统油耗所带来的动力实际上是远比电流所带来的动力高；受限于技术问题，目前较大型的载具尚无法纯粹使用电能进行驱动。

其中，又以船舶例，航运或是水上观光娱乐休闲活动皆仰赖船舶科技的使用。也因如此，在满足各种水上航运动力需求的前提之下，各种复合动力船舶如雨后春笋般冒出。但目前的复合动力船舶仍有许多缺点待改进；例如，目前复合动力船舶的运作并无法将电力和油耗有效的整合到硬件中。

综观目前已经整合完硬件与控制策略判定的机制，也因为机制过于复杂的关系，一但发生问题的时候，相关技术人员不易检修；且也不容易快速的找到问题的发生点。

实用新型内容

先前技术中所提及现有的船舶复合动力系统软硬件整合不佳，且系统过于复杂的问题，本创作提供了一种复合动力系统。

该复合动力系统设置于一船舶中。所述复合动力系统包含一配电模块以及至少一推进模块。其中，该配电模块包含一主电池、一内部电源转换器、一备用电池以及一外部电源转换器。该至少一推进模块与该配电模块连接，每个推进模块包含一引擎、一离合器、一马达、一变速箱、一螺桨以及一马达驱动器。

其中，该内部电源转换器与该主电池连接，该备用电池与该内部电源转换器连接，而该外部电源转换器与该主电池连接。至于该引擎与该内部电源转换器及该备用电池连接，该离合器与该引擎连接，该马达则可分离地与该离合器连接。该变速箱与该马达连接，而该螺桨与该变速箱连接，最后，该马达驱动器与该马达及该主电池连接。其中，该引擎、该离合器、该马达、该变速箱以及该螺桨共轴转动。

以上对本创作的简述，目的在于对本创作的数种面向和技术特征作一基本说明。新型简述并非对本创作的详细表述，因此其目的不在特别列举本创作的关键性或重要组件，也不是用来界定本创作的范围，仅为以简明的方式呈现本创作的数种概念而已。

附图说明

图1是本创作实施例复合动力系统的系统架构图；

图2是本创作实施例复合动力系统运作方法的流程图。

【符号说明】

10复合动力系统

100配电模块

101主电池

102内部电源转换器

103备用电池

104外部电源转换器

200推进模块

201引擎

202离合器

203马达

204变速箱

205螺桨

206马达驱动器

301岸电

302酬载

(a)～(e)步骤

具体实施方式

为能了解本创作的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：

首先，请参照图1，图1是本创作实施例复合动力系统的系统架构图。如图 1所示，本实施例中的复合动力系统10可以设置于船舶中。所述船舶可以是观光休闲娱乐用的船舶或是运输船等，本创作并不加以限制。

而本实施例的复合动力系统10主要由配电模块100以及至少一推进模块 200所构成。实际上，推进模块200的数量可以依据各种不同船舶的需求而并联增设，本创作并不加以限制。以双俥复合动力船为例，该种类型的船舶通常会设置两组推进模块200，以此类推。

在本实施例中，配电模块100包含主电池101、内部电源转换器102、备用电池103以及外部电源转换器104。而推进模块200与配电模块100连接，本实施例中的每个推进模块200包含引擎201、离合器202、马达203、变速箱204、螺桨205以及马达驱动器206。

其中，内部电源转换器102与主电池101连接。在本实施例中，主电池101 的电压为350伏特(V)。更进一步来说，本实施例的主电池101可以选用多个锂铁电池或铝电池进行串联而构成。

至于备用电池103则与内部电源转换器102连接。在本实施例中，备用电池103的电压为12伏特(V)，该备用电池103可以选用铅酸电池等可以接受并储存引擎201转换的电力的电池。

而外部电源转换器104同样与主电池101连接。本实施例所述的内部电源转换器102可以为单向直流/直流电源转换器；至于外部电源转换器104为双向交流/直流电源转换器(又可称逆变器)。

透过内部电源转换器102，可以轻易的将主电池101的高电压转换为较低的电压，以确保高电压大电流的状态仅供马达203所用。以本实施例来说，作为内部电源转换器102的直流/直流电源转换器是可将330-350伏特(V)的直流电转换为12伏特(V)的直流电。

至于外部电源转换器104则可将岸电301(Shore Power)的交流电转换为直流电后，提供主电池101充电使用；亦可将主电池101所释出的直流电，转换为交流电后供应船舶上的酬载(Hotel Load)302使用，本创作并不加以限制。

在本实施例中，引擎201与内部电源转换器102及备用电池103连接，而离合器202则与引擎201连接。又，马达203可分离地与离合器202连接。基于本实施例上述的引擎201、离合器202和马达203的共构架构，引擎201因为会频繁的让离合器202与马达203不断啮合或分离，因此本实施例在引擎201 与离合器202之间更设有一避震装置。

所述避震装置可以是任何阻尼材料或是弹簧避震器等避震装置，用来减缓因为船舶航行模式频繁切换而导致离合器202频繁放开或啮合马达203的冲击，进一步减少复合动力系统10需要维修的可能性与风险。

据此，本实施例的变速箱204与马达203连接，让马达203多一层可供调变的速度选择。而螺桨205与变速箱204连接，具体提供船舶推进的作用力。最后，马达驱动器206与马达203及主电池101连接，使主电池101供应的直流电可以透过马达驱动器206中的操作方式变换马达203的运转模式。

在本实施例中，引擎201、离合器202、马达203、变速箱204以及螺桨205 共轴转动。透过此硬件架构，本实施例的复合动力系统10可以随时决定是否要让引擎201介入，和马达203一起供给螺桨205推进力。因此，有关本实施例的复合动力系统10的运作方法请参照图2。

请参照图2，图2是本创作实施例复合动力系统运作方法的流程图。如图2 所示，图2中的实施例是以图1中的实施例为架构之下运行的。因此，步骤(a) 是提供一复合动力系统10。本实施例所称的复合动力系统即图1中所示的复合动力系统10。

接着，执行步骤(b)，判断该船舶的曲轴转速大于、等于或小于一曲轴转速阈值；并且马上执行步骤(c)，判断该船舶的该主电池101的一电量状态区间。在步骤(b)中，船舶的曲轴转速是以装载前述复合动力系统10的船舶为主。有关船舶曲轴转速的计算方式除了依照引擎201的转速表的信息获得之外，更可透过船载的多个加速度传感器、液体阻力传感器、倾斜芯片、陀螺仪或GPS定位讯号辅助计算而获得。

至于步骤(c)中的主电池101的电量状态为何种电量状态区间，则可透过测量主电池101的温度(温度传感器)、电流、电压或重量推算而得。换言之，上述各种装设在船舶各处的传感器会综合其数据决定马达驱动器206、离合器202 和引擎201的运转策略。

接着，执行步骤(d)，依据该曲轴转速阈值以及该电量状态区间决定一航行模式的种类。在本实施例中，所述的该航行模式包含一纯电航行模式、一发电航行模式、一加速航行模式及一高速航行模式。当然，本实施例更可增设手动模式，让有经验的船舶驾驶得自行调节航行模式。亦可以增设紧急模式，让备用电池103得以在危险时替代主电池101使用一段时间或供给船舶的部分具有维生功能的酬载(Hotel Load)。

最后，执行步骤(e)，实时侦测该曲轴转速阈值以及该电量状态区间变化，并实时切换该航行模式的种类。在本实施例中，实质上步骤(e)即为步骤(b)-(d) 的重复循环，直至船舶无任何作业或航行需求，才会进入待机模式以节省能源。

在本实施例中，曲轴转速阈值选用1500转/分钟(r.p.m.)作为基准点；而电量状态区间则有第一电量状态区间、第二电量状态区间及第三电量状态区。其中第一电量状态区间为0-20％，第二电量状态区间为20-80％，第三电量状态区间则为80％-100％。

本实施例所述的曲轴转速阈值是以船舶的真实曲轴转速作为依据，所谓的真实曲轴转速即会将船舶推进的转速、功率以及船舶所受到的阻力进行综合判断后所获得的数据，并不会单以引擎201的转速表进行判断。

因此，当步骤(b)-(c)中进行判定该船舶的曲轴转速时，若船舶上装设的传感器综合测得船舶的曲轴转速小于该曲轴转速阈值且该电量状态区间介于但不等于第二电量状态区间(20-80％)的端点时，一律切换至该纯电航行模式。

在纯电航行的模式下，引擎201永不运作，且离合器202也保持断开的状态。此时，将会单靠主电池101供应马达驱动器206电力，接着进一步将电力递送致马达203中，推进船舶前进。在非手动切换的状态下，纯电航行模式会不断增加船舶的速度。

当船舶的曲轴转速大于或等于该曲轴转速阈值时，若非手动切换航行模式的状态下，随之而来的便是检查该船舶的电量状态区间是介于何种电量状态区间中。如前所述，若船舶的电量状态区间介于或等于该第一电量状态区间的端点(0-20％)时，切换至该发电航行模式。

在发电航行模式中，此状态代表主电池101已经几乎没有电力可以供给马达驱动器206和马达203运作。因此，在发电航行模式中，会将船舶的航行速度进行上限控管，且全程仅开启引擎201，不开启马达203。

但由于本实施例的复合动力系统10运行时后必须要将引擎201的燃油动力透过离合器202接合至马达203才能运作，让船舶获得推进力。因此，透过离合器202的接合动作，配合维持定速上限的船舶航行速度(即定速的曲轴转速)，可将超出速度上限的引擎201的运转能量，以马达203逆发电的形式将引擎201 所发出的电力回充至主电池101或是备用电池103中(如图1马达驱动器206 旁的双线箭头所示)。以供主电池101的电量状态恢复。

同理，无论是手动或是自动，若船舶有自低速迅速加速至高曲轴转速的需求(例如4000转/分钟(r.p.m))时，会优先判断主电池101的电量状态区间是否介于但不等于该第二电量状态区间(20-80％)的端点。如是，则可切换至该加速航行模式。在加速航行模式的初期，由于船舶的曲轴转速尚未达到高曲轴转速的需求(例如4000转/分钟(r.p.m))，因此会依照操船的驾驶员对于如操车器的操作状况，视情况让引擎201和马达203同时启动，藉此在短时间内让船舶的曲轴转速以极高的效率进行加速。

最后，若船舶的电量状态区间等于或大于该第三电量状态区间(80％-100％) 的端点时，则会切换至该高速航行模式。在高速航行的模式下，便会先透过马达203以最高转速带动到一定的船速(例如曲轴转速阈值1500转/分钟(r.p.m)) 后，立刻关闭马达203并启动引擎201的最高速。藉此，能够让引擎201稳定以最少的油耗维持船舶的极高速运转。

综上，本实施例所采用的曲轴转速阈值1500转/分钟(r.p.m)、第一电量状态区间(0-20％)、第二电量状态区间(20-80％)以及第三电量状态区间 (80％-100％)等最佳参数，其马达203进行运转时，约转至2500转/分钟(r.p.m.) 时可另接续运转的引擎201有最佳的油耗表现，据此达到及据减低碳排放的目的。

惟以上所述者，仅为本创作的较佳实施例而已，当不能以此限定本创作权利要求范围，即依本创作权利要求范围及说明内容所作的简单变化与修饰，皆仍属本创作的权利要求涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种复合动力系统，其特征在于：该复合动力系统设置于一船舶中，该复合动力系统包含：

一配电模块，该配电模块包含：

一主电池；

一内部电源转换器，与该主电池连接；

一备用电池，与该内部电源转换器连接；

一外部电源转换器，与该主电池连接；

一至少一推进模块，与该配电模块连接，每个推进模块包含：

一引擎，与该内部电源转换器及该备用电池连接；

一离合器，与该引擎连接；

一马达，可分离地与该离合器连接；

一变速箱，与该马达连接；

一螺桨，与该变速箱连接；以及

一马达驱动器，与该马达及该主电池连接；

其中，该引擎、该离合器、该马达、该变速箱以及该螺桨共轴转动。

2.根据权利要求1所述的复合动力系统，其特征是，该主电池的电压为350伏特。

3.根据权利要求1所述的复合动力系统，其特征是，该备用电池的电压为12伏特。

4.根据权利要求1所述的复合动力系统，其特征是，该内部电源转换器为单向直流/直流电源转换器。

5.根据权利要求1所述的复合动力系统，其特征是，该外部电源转换器为双向交流/直流电源转换器。

6.根据权利要求5所述的复合动力系统，其特征是，该外部电源转换器更与一岸电、至少一酬载或其组合连接。

7.根据权利要求1所述的复合动力系统，其特征是，该引擎与该离合器之间更设有一避震装置。

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