CN220535879U - 一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船 - Google Patents

Abstract

本文提出了一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，船体尾端设有电动船外机，船体的内部设有内舱室，所述的船体尾端的内舱室中依次朝向船体中部分隔的设有燃料电池舱、隔离空舱和锂电池舱，所述的燃料电池舱内部设有直接甲醇燃料电池，所述的锂电池舱内部设有锂电池组，所述的隔离空舱顶部的两侧分别设有配电间和蓄电池间，所述的配电间内设有直流配电板，所述的蓄电池间内设有供醇装置，通过使用直接甲醇燃料电池和锂电池组的混合形式可以提高运转效率，没有燃油对水体的污染，降低电机抖动，并且混合使用的形式可以提高运转效率保证甲醇燃料电池在使用过程中的稳定性，提高船舶的安全性。

Description

一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船

技术领域

本文属于电力船舶的技术领域，具体涉及一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船。

背景技术

2020年11月，国际海事组织(IMO)海上安全委员会(MSC)正式通过了甲醇作为船舶燃料安全技术导则，良好的减排特点、相比于其他的替代燃料有着更为便利储运特点和相对便捷的获得性，使甲醇成为继LNG之后备受船东及运营商特别关注的一种重要船用替代燃料。在海事法规层面，与氨等其他替代燃料相比，甲醇作为船用燃料已“有章可循”，减少了船东在建造新船方面的顾虑。在技术可行性方面，自2015年渡船“Stena Germanica”号通过发动机改装、成为首艘以甲醇为燃料的船舶以来，甲醇燃料发动机的安全性也已得到了验证。类似液化天然气(LNG)，在海事界去碳减排的浪潮下，甲醇燃料的应用范围逐渐拓展，成为实现温室气体减排目标的主要替代燃料，并可使船东通过采用绿色甲醇而完全达到零排放，实现碳中和。

甲醇是绿色可再生能源。和传统能源相比，甲醇能大大减少二氧化碳和氮氧化合物的排放。和其他绿色能源相比，甲醇能量密度远高于锂电池和气态氢。将甲醇与氢、柴油、汽油进行对比，如图4所示。

总体而言，就目前来看，尽管甲醇作为替代燃料有缺点和局限性，但与氨和氢相比有着更大的可行性，且随着绿色甲醇产能的增加，其成本效率有望大幅提高，从而为海事业脱碳提供有力支撑。

直接甲醇燃料电池(DMFC)是不依赖于氢的产生，是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种变种路线，直接使用船甲醇而不需要预先重整制氢。直接甲醇燃料电池的原理是甲醇燃料直接注入电堆，通过风机向管道口进风，通过氧化还原反应将化学能转变为电能。直接甲醇燃料电池系统的主要构成有电堆模块、电控模块、气液分离模块、供料模块、散热模块等。选用甲醇作为燃料剂的燃料电池，噪声低，无污染，应用场景更为广泛。但是甲醇既有毒又易燃易爆，是危化品，在储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。所以使用甲醇作为燃料，安全是重中之重。

锂电池由于有着突出的优点，主要体现在：绿色环保、使用安全、机舱布置灵活、自动化程度高。相比传统电池，直接甲醇燃料电池是一种发电装置，不具备传统电池的储存电能的功能。所以单纯使用直接甲醇燃料电池不够稳定，可以依靠锂电池来增加航行中的稳定性，并且在停泊状态下可以依靠锂电池对船舶上的负载进行短时供电。

船用电力推进系统具备清洁、高效、智能、易维护的显著优势，不仅能带来更好的体验，也减少了燃油对于大气和水体的污染，极好地解决了环境保护的问题，与国家实现碳达峰、碳中和的战略目标相呼应。

实用新型内容

为了解决上述问题，本文提出了一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，船体尾端设有电动船外机，船体的内部设有内舱室，所述的船体尾端的内舱室中依次朝向船体中部分隔的设有燃料电池舱、隔离空舱和锂电池舱，所述的燃料电池舱内部设有直接甲醇燃料电池，所述的锂电池舱内部设有锂电池组，所述的隔离空舱顶部的两侧分别设有配电间和蓄电池间，所述的配电间内设有直流配电板，所述的蓄电池间内设有供醇装置，所述的直流配电板通过直流母排分别与直接甲醇电池、锂电池组、电动船外机和日用负载相连，通过使用直接甲醇燃料电池和锂电池组的混合形式可以提高运转效率，没有燃油对水体的污染，降低电机抖动，并且混合使用的形式可以提高运转效率保证甲醇燃料电池在使用过程中的稳定性，提高船舶的安全性。

船体为U线型的钢结构焊接船体，船体的顶面设有客舱、配电间和蓄电池间，船体的内部分隔的设有若干内舱室，所述的内舱室内部从后至前依次设有尾尖舱、燃料电池舱、隔离空舱、锂电池舱、空舱和首尖舱，船体在在性能上力求稳性好，操舵方便、噪音低、振动小，还能设置仿古游船造型，增加美观和观赏度。

燃料电池舱和锂电池舱内部均设有灭火系统，燃料电池舱和锂电池舱的通风口均引导至船首处，通过灭火系统和通风口，灭火剂为抗醇型的泡沫灭火系统和七氟丙烷灭火系统，同时还设有手提式灭火器，保证电池的使用安全，风出口均引至船首，确保船首危险区域内不布置任何电气设备，也不设有开口。

电动船外机为电机驱动螺旋桨，电动船外机横向轴向对称的设在船体尾端的外侧，电动船外机内设有定位装置和网络通讯装置，电动船外机的螺旋桨为防腐低水阻式的螺旋桨，同时螺旋桨水阻系数较低，螺旋桨工作效率较高，同时螺旋桨也兼顾正向推进效率和反向推进效率的平衡，通过4G网络通讯，结合智能云平台，可以轻松实现设备后台管理、远程故障排查、远程一键升级等功能。

直流配电板为DC110V的配电板，所述的电动船外机为DC96V的直流电机。

有益效果：

通过使用直接甲醇燃料电池和锂电池组的混合形式可以提高运转效率，没有燃油对水体的污染，降低电机抖动，并且混合使用的形式可以提高运转效率保证甲醇燃料电池在使用过程中的稳定性，提高船舶的安全性。

船体在在性能上力求稳性好，操舵方便、噪音低、振动小，还能设置仿古游船造型，增加美观和观赏度。

通过灭火系统和通风口，灭火剂为抗醇型的泡沫灭火系统和七氟丙烷灭火系统，同时还设有手提式灭火器，保证电池的使用安全，风出口均引至船首，确保船首危险区域内不布置任何电气设备，也不设有开口。

电动船外机的螺旋桨为防腐低水阻式的螺旋桨，同时螺旋桨水阻系数较低，螺旋桨工作效率较高，同时螺旋桨也兼顾正向推进效率和反向推进效率的平衡，通过4G网络通讯，结合智能云平台，可以轻松实现设备后台管理、远程故障排查、远程一键升级等功能。

附图说明

图1是一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船的主视示意图；

图2是一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船的船尾示意图；

图3是一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船的电力流程图；

图4是甲醇、氢、柴油和汽油的参数对比表；

图中；1、电动船外机，2、燃料电池舱，3、直接甲醇燃料电池，4、隔离空舱，5、锂电池舱，6、锂电池组。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

电动船外机1，燃料电池舱2，直接甲醇燃料电池3，隔离空舱4，锂电池舱5，锂电池组6。

如图1、2、3所示；

船体设计采用是：单层底、单甲板、设艉部双机、前驾驶的钢结构焊接船。线型采用“U”型加艉部短折角，力求阻力小、航速快。在外部装饰上采用外观仿古建筑造型，在客舱设置四面玻璃，布置装饰上力求美观、实用相结合，游客在古建筑中观景，视线开阔，活动面积大。在性能上力求稳性好，操舵方便、噪音低、振动小。舱室布置是：主甲板上设有客舱、配电间、蓄电池间；主甲板下设有尾尖舱、燃料电池舱2、隔离空舱4、锂电池舱5、空舱和首尖舱。燃料电池舱2与锂电池舱5均采用A-60级防火分隔，燃料电池舱2与锂电池舱5之间设有600mm的隔离空舱4。船上设有水灭火系统、灭火剂为抗醇型的泡沫灭火系统和七氟丙烷灭火系统，同时还设有手提式灭火器。燃料电池舱2与锂电池舱5的通风出口均引至船首，确保船首危险区域内不布置任何电气设备，也不设有开口。

主推进是：摒弃传统常规的燃油主机，采用新型电动船外机1，由电机驱动螺旋桨，形式简单可靠；采用创新的防腐设计，延长推进器使用寿命，同时螺旋桨水阻系数较低，螺旋桨工作效率较高，同时螺旋桨也兼顾正向推进效率和反向推进效率的平衡。电动船外机因为没有复杂的内部结构，推进器结构极大地简化，运转时无不适振动，又布置在船尾，客舱安静，旅程轻松愉悦；又没有燃油或机油泄漏，对水域环境保护意义非凡；工作时不会释放任何有害物质，因此船上人员不会吸入有害气体，健康有保障。电动船外机相比燃油推进器，维护需求极低，大量节省维护时间和成本。电动船外机绿色环保，相比燃油推进器的昂贵油耗，电动推进器使用可再生能源，电耗成本极低，创造可观的长期回报。随着时代发展科技进步，船联网也随之运用。电动船外机一键启动后，设备即刻实时同步数据到智能显示屏，帮助掌舵人轻松读取航行数据。船外机还加入定位和网络通讯功能，支持GPS北斗双模定位，通过4G网络通讯。结合智能云平台，可以轻松实现设备后台管理、远程故障排查、远程一键升级等功能。尤其贴合景区船艇管理处、船艇租赁商等商业用户需求。智能后台管理可以在后台实时跟踪系统状态，当异常发生时，管理员能够立即判断问题原因，并同时对船艇进行定位，及时高效地组织营救。当机器发生故障时，信息被实时记录并上传至云端，管理员可以通过结合相关数据，迅速锁定故障原因，快速解决问题。随着船艇电力推进系统的普及，水域环境将得到极大改善。

电力系统技术方案是：内置的甲醇燃料储液装置给直接甲醇燃料电池3提供甲醇，供氧装置给燃料电池提供氧气，直接甲醇燃料电池3将甲醇燃料中的化学能转化为电能输出至DC110V直流配电板(含直流模块)，锂电池组6也能将储存的电能输出至DC110V直流配电板(含直流模块)，DC110V直流配电板(含直流模块)直接连接两台DC96V电动船外机1电机来驱动螺旋桨，为船舶提供动力，DC110V直流配电板(含直流模块)通过直流转换模块输出至DC24V日用负载。直流配电板布置于主甲板上左舷配电间内，配电板与主要设备之间电缆长度较短，避免产生电压降的同时也节约了成本。

实施示例；

正常航行工况下直接甲醇燃料电池3转化的电能供DC96V电动船外机1使用，冗余电力可以供日用负载及锂电池组6充电。当需要加速时，直接甲醇燃料电池3可能存在不稳定性，此时锂电池组6可以输出电能作为燃料电池的补充完成过渡。当直接甲醇燃料电池3中的燃料用完时，作为补充的锂电池组6也可以单独作为推进电源来临时使用，确保船舶能够继续航行一段时间。当船舶到达码头短暂停泊时，此时锂电池组6在之前航行中已经是充满电的状态，此时也可以利用锂电池6为船舶日用负载供电，无需启用直接甲醇燃料电池3，充分利用储存电能，提高利用效率。等船舶再次启动，直接甲醇燃料电池3发电后富余电力为锂电池6充电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，船体尾端设有电动船外机，船体的内部设有内舱室，其特征在于，所述的船体尾端的内舱室中依次朝向船体中部分隔的设有燃料电池舱、隔离空舱和锂电池舱，所述的燃料电池舱内部设有直接甲醇燃料电池，所述的锂电池舱内部设有锂电池组，所述的隔离空舱顶部的两侧分别设有配电间和蓄电池间，所述的配电间内设有直流配电板，所述的蓄电池间内设有供醇装置，所述的直流配电板通过直流母排分别与直接甲醇电池、锂电池组、电动船外机和日用负载相连。

2.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，其特征在于，所述的船体为U线型的钢结构焊接船体，船体的顶面设有客舱、配电间和蓄电池间，船体的内部分隔的设有若干内舱室，所述的内舱室内部从后至前依次设有尾尖舱、燃料电池舱、隔离空舱、锂电池舱、空舱和首尖舱。

3.根据权利要求2所述的一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，其特征在于，所述的燃料电池舱和锂电池舱内部均设有灭火系统，燃料电池舱和锂电池舱的通风口均引导至船首处。

4.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，其特征在于，所述的电动船外机为电机驱动螺旋桨，电动船外机横向轴向对称的设在船体尾端的外侧，电动船外机内设有定位装置和网络通讯装置，电动船外机的螺旋桨为防腐低水阻式的螺旋桨。

5.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池和锂电池混合动力电推船，其特征在于，所述的直流配电板为DC110V的配电板，所述的电动船外机为DC96V的直流电机。