CN219313005U - 一种船用氢能混合动力系统及船舶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船用氢能混合动力系统及船舶。该船用氢能混合动力系统包括至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接；至少两个供电装置与船舶的直流母线电连接，用于通过直流母线为船舶上的轴带发电机供电，其中，供电装置包括氢燃料发电机；至少两个动力推进装置分别包括轴带发电机和推进主机，轴带发电机和推进主机分别与船舶的螺旋桨连接，用于输出驱动力，以通过驱动力驱动螺旋桨转动。解决现有技术中采用柴油发电机发电导致的环境污染问题，通过氢燃料发电机大幅度减少了对环境的污染。

Description

一种船用氢能混合动力系统及船舶

技术领域

本实用新型实施例涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船用氢能混合动力系统及船舶。

背景技术

船舶航运是重要的交通运输方式之一，但船舶动力系统的节能减排问题并没有得到足够的重视。

传统的船舶动力系统主要采用柴油发电机组为船舶上的设备供电，对环境的污染比较严重，因此如何减少对环境的污染成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种船用氢能混合动力系统及船舶，以实现大幅度减少对环境的污染。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种船用氢能混合动力系统，包括：至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接；

所述至少两个供电装置与船舶的直流母线电连接，用于通过所述直流母线为船舶上的轴带发电机供电，其中，所述供电装置包括氢燃料发电机；

所述至少两个动力推进装置分别包括轴带发电机和推进主机，所述轴带发电机和推进主机分别与船舶的螺旋桨连接，用于输出驱动力，以通过驱动力驱动所述螺旋桨转动。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种船舶，所述船舶包括上述的船用氢能混合动力系统。

本实用新型通过至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接，其中，供电装置包括氢燃料发电机，可以解决现有技术中采用柴油发电机发电导致的环境污染问题，通过氢燃料发电机大幅度减少了对环境的污染。

本实用新型解决了现有技术中采用柴油发电机发电导致的环境污染问题，通过氢燃料发电机大幅度减少了对环境的污染。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中提供的一种船用氢能混合动力系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中提供的一种船用氢能混合动力系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二中提供的一种动力控制系统与供电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种船用氢能混合动力系统的结构示意图，本实施例可适用于控制船舶推进的情况，该船用氢能混合动力系统包括：至少两个供电装置101和至少两个动力推进装置102电连接；

其中，至少两个供电装置与船舶的直流母线电连接，用于通过直流母线为船舶上的轴带发电机供电，其中，供电装置包括氢燃料发电机；至少两个动力推进装置分别包括轴带发电机和推进主机，轴带发电机和推进主机分别与船舶的螺旋桨连接，用于输出驱动力，以通过驱动力驱动螺旋桨转动。

本实施例利用氢燃料发电机代替传统的柴油发电机组，可以减少燃油排放，且本实施例设置了两个动力推进装置可以使左右两边的船舷均具备同样的工作模式，可以使船舶在不同工况下始终处于最佳工作状态，可实现多种复杂工况的优化匹配。

示例性地，至少两个动力推进装置可以包括：第一动力推进装置和第二动力推进装置；其中，第一动力推进装置包括：第一推进主机、第一轴带发电机、第一齿轮箱和第一螺旋桨，第一推进主机和第一轴带发电机分别通过第一齿轮箱连接第一螺旋桨；第二动力推进装置包括：第二推进主机、第二轴带发电机、第二齿轮箱和第二螺旋桨，第二推进主机和第二轴带发电机分别通过第二齿轮箱连接第二螺旋桨。

第一轴带发电机既可以作为发电机又可以作为电动机使用。当作为电动机使用时，第一轴带发电机可以通过第一齿轮箱可以驱动螺旋桨轴旋转。当作为发电机使用时，第一轴带发电机可以输出电压至变压器，通过变压器将电压转换为交流电后，接入交流母线。

第二轴带发电机既可以作为发电机又可以作为电动机使用。当作为电动机使用时，第二轴带发电机可以通过第二齿轮箱可以驱动螺旋桨轴旋转。当作为发电机使用时，第二轴带发电机可以输出电压至变压器，通过变压器将电压转换为交流电后，接入交流母线。

本实施例中，由于第一轴带发电机通过第一齿轮箱连接第一螺旋桨，第一推进主机通过第一齿轮箱连接第一螺旋桨，可以使动力推进装置提供推进主机和轴带发电机共同推进模式、以及轴带发电机单独推进模式等。在动力推进装置工作于推进主机和轴带发电机共同推进模式时，第一螺旋桨轴在第一轴带发电机和推进主机的作用下旋转。当第一推进主机能量耗尽时，动力推进装置工作于轴带发电机单独推进模式，第一螺旋桨轴在第一轴带发电机的作用下可以继续运行，提高了螺旋桨轴运行的可靠性。

本实施例中，第二轴带发电机通过第二齿轮箱连接第二螺旋桨，第二推进主机通过第二齿轮箱连接第二螺旋桨，可以使动力推进装置提供推进主机和轴带发电机共同推进模式、以及轴带发电机单独推进模式等。在动力推进装置工作于推进主机和轴带发电机共同推进模式时，第二螺旋桨轴在第二轴带发电机和推进主机的作用下旋转。当第二推进主机能量耗尽时，动力推进装置工作于轴带发电机单独推进模式，旋桨轴在第二轴带发电机的作用下可以继续运行，提高了螺旋桨轴运行的可靠性。

示例性地，至少两个供电装置可以包括：第一供电装置；其中，第一供电装置包括：直流母线、至少一个氢燃料发电机和至少一个变频器；氢燃料发电机通过变频器与直流母线连接，用于输出电压至变频器，通过变频器对电压的电压值进行转换，并将转换后的电压输出至船舶的直流母线。

示例性地，至少两个供电装置，还包括：第二供电装置；其中，第二供电装置包括：至少一个锂电池组以及与各锂电池组电连接的变频器；锂电池组通过变频器与直流母线连接，用于输出电压至变频器，通过变频器对电压的电压值进行转换，并将转换后的电压输出至船舶的直流母线；锂电池组通过整流模块和斩波模块与轴带发电机连接，用于储存轴带发电机输出的电能。

本实施例中，锂电池由于操作简单，需并网及解列过程，变频系统体积小，因此，使用锂电池组进行供电可以使电能转换效率更高，且锂电池组具备充放电功能，可以为全船能量体系进行最优化分配，从而提高船舶的经济性。

示例性地，至少两个供电装置，还包括：变压器和交流母排；轴带发电机与锂电池组通过变压器连接交流母排。

其中，变压器可以是隔离变压器，隔离变压器可以设置在开关和汇流点中间。

示例性地，上述船用氢能混合动力系统还可以包括：动力控制装置，其中，动力控制装置，用于获取船舶工作时产生的各个参数，基于参数发送控制指令到至少两个动力推进装置，其中，控制指令用于切换至少两个动力推进装置的工作模式。

本实施例中，船舶工作时产生的参数可以是各个设备工作时产生的参数，对于轴带发电机而言，其产生的参数可以是功率和转速等，本实施例对此不做具体限制。

示例性地，氢燃料发电机，还可以用于：辅机或非推进负载。

本实施例中，由于氢燃料发电机中的氢气是可以通过电解法制取的最简单、最基本的可再生燃料。因此，作为运输业用燃料时，氢气可以以多种颜色和状态存在，包括金属氢化物、液体有机氢载体(LOHC)、压缩氢(CH2)和液态氢(LH2)或以氨(NH3)为载体。由于航线、氢燃料的可用性以及当地法规要求和资金配套问题，氢燃料的使用目前主要集中在排放控制区域内的近海和短距离运输(和内陆水道运输)，以及用于辅机或非推进负载。

其中，辅机可以是用于为轴带发电机进行供电，非推进负载可以用于满足船舶日常负载。

示例性地，至少两个动力推进装置的工作模式可以包括：轴带发电机发电模式、主机和轴带发电机共同推进模式以及轴带发电机单独推进模式。

其中，轴带发电机发电模式可以是PTO模式、主机和轴带发电机共同推进模式可以是PTI模式、轴带发电机单独推进模式可以是PTH模式。

示例性地，上述船用氢能混合动力系统还可以包括检测保护装置；检测保护装置用于分别与直流母线和交流母排连接，用于检测线路是否出现故障。

其中，检测保护装置可以是以电流表或电压表的形式与直流母线和交流母排连接。

本实用新型通过至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接，其中，供电装置包括氢燃料发电机，可以解决现有技术中采用柴油发电机发电导致的环境污染问题，通过氢燃料发电机大幅度减少了对环境的污染。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的另一种船用氢能混合动力系统的结构示意图，本实施例可适用于控制船舶推进的情况，该船用氢能混合动力系统包括：

第一氢燃料发电机10、第二氢燃料发电机20、第一DC/DC变频器30、第二DC/DC变频器40、直流母线50、第三DC/DC变频器60、第四DC/DC变频器80、第一DC/AC变频器130、第二DC/AC变频器180、第一锂电池组70、第二锂电池组190、第一轴带发电机90、第二轴带发电机140、第一主机110、第二主机160、第一齿轮箱120、第二齿轮箱170、第一螺旋桨100和第二螺旋桨150。

本实施例中，第一氢燃料发电机10通过第一DC/DC变频器30与船舶上的直流母线50连接；第二氢燃料发电机20通过第二DC/DC变频器40与船舶上的直流母线50连接；第一锂电池组70通过第三DC/DC变频器和船舶上的直流母线50连接；第二锂电池组190通过第四DC/DC变频器80和船舶上的直流母线50连接；第一轴带发电机90和第一锂电池组70通过第一DC/AC变频器130通过整流模块和斩波模块合在一起后，再通过隔离变压器连接到交流母排上；第二轴带发电机和第二锂电池组190通过第二DC/AC变频器180进行整流和斩波，再通过隔离变压器连接到交流母排上；第一主机110和第一轴带发电机通过第一减速齿轮箱120连接第一螺旋桨100，构成第一动力推进装置；第二主机160和第二轴带发电机140通过第二减速齿轮箱170连接第二螺旋桨150，构成第二动力推进装置；本实施例中船舶增加了两套动力推进装置，可以使左右舷均具备相同的工作模式。

本实施例中，当动力推进装置的工作模式处于轴带发电机发电模式时，可以由轴带发电机作为发电机单独发电；当动力推进装置的工作模式处于主机和轴带发电机共同推进模式时，可以由轴带发电机作为发动机与主机共同推动船舶；当动力推进装置的工作模式处于轴带发电机单独推进模式，可以由轴带发电机单独作为发动机推动船舶。

本实施例中，动力控制系统可以与至少两个供电装置通信连接，用于控制电流能量的分配；供电装置与动力推动装置连接，由于动力控制系统具有监控功能，可以获取船舶运行过程中设备产生的各个参数，可以发送控制信号到动力推进装置，以切换动力推进装置的工作模式，具体的，可以如图3的一种动力控制系统与供电装置通信连接具体结构示意图所示：其中，动力控制系统与第一/第二氢燃料发电机通过第一/第二DC/DC变频器与直流母线连接，动力控制系统通过第一/第二DC/DC变频器与直流母线连接；动力控制系统与第一锂电池组通过第三DC/DC变频器与直流母线连接；动力控制系统与第二锂电池组通过第四DC/DC变频器与直流母线连接；第一/第二锂电池组通过第一/第二DC/AC变频器整流模块和斩波模块与动力推进装置连接，再通过隔离变压器连接到交流母排上，用于为船舶的推进提供驱动力或第一/第二锂电池组通过日用DC/AC整流模块和斩波模块与动力推进装置连接，再通过隔离变压器连接到交流母排上，用于日用负载；第一/第二氢燃料发电机产生的电能经过第一/第二DC/DC变频器电压转变后接入船上的直流母线，通过日用DC/AC变频器进行整流和斩波模块后用于日常负载或第一/第二氢燃料发电机产生的电能经过第一/第二DC/DC变频器电压转变后接入船上的直流母线，通过第一/第二DC/AC变频器进行整流和斩波模块后用于第一/第二主机推进；其中，第一/第二氢燃料发电机还可以通过动力控制系统将能量输送至第一/第二锂电池组；锂电池组可以通过动力控制系统控制充电和放电。

本实施例中，动力控制系统具有监控功能，可以监控船舶运行过程中的各项参数，使其可以稳定运行。

本实用新型通过至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接，其中，供电装置包括氢燃料发电机，可以解决现有技术中采用柴油发电机发电导致的环境污染问题，通过氢燃料发电机大幅度减少了对环境的污染。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种船用氢能混合动力系统，其特征在于，包括：至少两个供电装置和至少两个动力推进装置电连接；

所述至少两个供电装置与船舶的直流母线电连接，用于通过所述直流母线为船舶上的轴带发电机供电，其中，所述供电装置包括氢燃料发电机；

所述至少两个动力推进装置分别包括轴带发电机和推进主机，所述轴带发电机和推进主机分别与船舶的螺旋桨连接，用于输出驱动力，以通过驱动力驱动所述螺旋桨转动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个动力推进装置，包括：第一动力推进装置和第二动力推进装置；

其中，所述第一动力推进装置包括：第一推进主机、第一轴带发电机、第一齿轮箱和第一螺旋桨，所述第一推进主机和第一轴带发电机分别通过第一齿轮箱连接所述第一螺旋桨；

所述第二动力推进装置包括：第二推进主机、第二轴带发电机、第二齿轮箱和第二螺旋桨，所述第二推进主机和第二轴带发电机分别通过第二齿轮箱连接所述第二螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个供电装置，包括：第一供电装置；

其中，所述第一供电装置包括：直流母线、至少一个氢燃料发电机和至少一个变频器；

所述氢燃料发电机通过所述变频器与所述直流母线连接，用于输出电压至所述变频器，通过所述变频器对所述电压的电压值进行转换，并将转换后的电压输出至船舶的直流母线。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述至少两个供电装置，还包括：第二供电装置；

其中，所述第二供电装置包括：至少一个锂电池组以及与各所述锂电池组电连接的变频器；

所述锂电池组通过所述变频器与所述直流母线连接，用于输出电压至所述变频器，通过所述变频器对所述电压的电压值进行转换，并将转换后的电压输出至船舶的直流母线；

所述锂电池组通过整流模块和斩波模块与所述轴带发电机连接，用于储存所述轴带发电机输出的电能。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少两个供电装置，还包括：变压器和交流母排；

所述轴带发电机与所述锂电池组通过所述变压器连接所述交流母排。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：动力控制装置，其中，动力控制装置，用于获取船舶工作时产生的各个参数，基于所述参数发送控制指令到所述至少两个动力推进装置，其中，所述控制指令用于切换所述至少两个动力推进装置的工作模式。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述氢燃料发电机，还用于：辅机或非推进负载。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个动力推进装置的工作模式包括：轴带发电机发电模式、主机和轴带发电机共同推进模式以及轴带发电机单独推进模式。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：检测保护装置；

所述检测保护装置用于分别与所述直流母线和所述交流母排连接，用于检测线路是否出现故障。

10.一种船舶，其特征在于，所述船舶包括如权利要求1-9中任一项所述的船用氢能混合动力系统。

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