一种船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法与流程

技术特征：
1.一种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部分和驳船部分；所述顶推船部分包括燃料电池系统、第一dc/dc、第一锂电池、第一逆变器、第一生活负载、第二逆变器、电机、推进器和整船能量管理与控制系统；顶推船上的燃料电池系统产生的电能经过第一dc/dc电压转变后接入顶推船上的直流母线；顶推船上的第一锂电池、第一逆变器和第二逆变器分别与顶推船上的直流母线连接；第一逆变器与第一生活负载连接；第二逆变器依次连接电机和推进器；顶推船上的直流母线对第一锂电池充放电；顶推船上的直流母线通过第一逆变器为第一生活负载供电；顶推船上的直流母线通过第二逆变器控制电机，进而带动推进器；所述驳船部分包括第二锂电池、第二dc/dc、第三逆变器、第二生活负载；驳船上的第二dc/dc和第三逆变器分别与驳船上的直流母线连接，第三逆变器与第二生活负载连接，第二dc/dc与第二锂电池连接；驳船上的直流母线通过第二dc/dc对第二锂电池充放电；驳船上的直流母线通过第三逆变器为第二生活负载供电；第二锂电池的放电功率大于第二生活负载的最大需求功率；顶推船上的直流母线通过快速插头与驳船上的直流母线连接；快速插头布置在顶推船或者驳船上；所述燃料电池系统、第一dc/dc、第二dc/dc、第一锂电池、第二锂电池、第一逆变器，第二逆变器和第三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锂电池和驳船上的第二锂电池分别连接外接充电设备充电。3.根据权利要求1所述的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，或者为二组双推进系统。4.根据权利要求1所述的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所述的船用燃料电池顶推船
‑
驳船混合动力系统，其特征在于：所述锂电池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。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的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：纯锂电池模式、纯燃料电池模式、第一混合动力模式、第二混合动力模式、增程式模式、混合增程式模式，应急模式和外接充电模式；第一混合动力模式和第二混合动力模式统称为混合动力模式；所述纯锂电池模式：燃料电池系统关闭，第一锂电池和第二锂电池共同为第一生活负载、电机、第二生活负载供电；
所述纯燃料电池模式：燃料电池系统开启，燃料电池系统为第一生活负载、电机、第二生活负载供电，燃料电池系统不给第一锂电池或者第二锂电池充电；所述第一混合动力模式：燃料电池系统开启，燃料电池系统、第一锂电池、第二锂电池共同为第一生活负载、电机、第二生活负载供电，燃料电池系统不给第一锂电池或者第二锂电池充电；所述第二混合动力模式：燃料电池系统开启，燃料电池系统和第二锂电池或者第一锂电池共同为第一生活负载、电机、第二生活负载供电，燃料电池系统不给第一锂电池或者第二锂电池充电；所述增程式模式：燃料电池系统开启，燃料电池系统为第一生活负载、电机、第二生活负载供电，燃料电池系统为第一锂电池或者第二锂电池充电；所述混合增程式模式：燃料电池系统开启，燃料电池系统和第一锂电池或者第二锂电池，共同为第一生活负载、电机、第二生活负载供电，燃料电池系统为第二锂电池或者第一锂电池充电；所述应急模式：若燃料电池系统关闭，且第一锂电池故障或者soc低于底线时，第二锂电池为第一生活负载、电机和第二生活负载供电；若燃料电池系统关闭，且第二锂电池故障或者soc低于底线时，第一锂电池为第一生活负载、电机和第二生活负载供电；所述外接充电模式：通过外接充电设备分别为第一锂电池或者第二锂电池充电；所述燃料电池系统始终工作在最佳功率区间。7.根据权利要求1
‑
5任一项所述的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括单独驳船控制，单独顶推船控制，以及顶推船和驳船共同控制：所述单独驳船控制：若第二锂电池的soc高于下限时，第二锂电池为第二生活负载供电；靠岸时，若第二锂电池的soc低于顶限时，通过外接充电设备为第二锂电池充电，采用外接充电模式；所述单独顶推船控制：若第一锂电池的soc高于下限时，第一生活负载和推进器的功率需求之和小于第一锂电池的功率，则第一锂电池为第一生活负载和推进器供电，采用纯锂电池模式；若第一锂电池的soc高于下限时，第一生活负载和推进器的功率需求之和大于第一锂电池的功率，但处于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统为第一生活负载和推进器供电，采用纯燃料电池模式；若第一锂电池的soc高于下限时，第一生活负载和推进器的功率需求之和大于第一锂电池的功率，也大于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统和第一锂电池为第一生活负载和推进器供电，采用混合动力模式；若第一锂电池的soc高于下限时，第一生活负载和推进器的功率需求之和大于第一锂电池的功率，小于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统为第一生活负载和推进器供电，燃料电池系统为第一锂电池充电，采用增程式模式；若第一锂电池的soc低于下限时，则启动燃料电池系统，若第一生活负载和推进器的功率需求之和小于燃料电池系统的最佳功率区间，则燃料电池系统为第一生活负载和推进器供电，燃料电池系统为第一锂电池充电，采用增程式模式；
若第一锂电池的soc低于下限时，则启动燃料电池系统，若第一生活负载和推进器的功率需求之和等于燃料电池系统的最佳功率区间，则燃料电池系统为第一生活负载和推进器供电，采用纯燃料电池模式；若第一锂电池的soc低于下限时，则启动燃料电池系统，若第一生活负载和推进器的功率需求之和大于燃料电池系统的最佳功率区间，则燃料电池系统为第一生活负载和推进器供电，采用纯燃料电池模式；在功率分配的时候，优先考虑推进器，其次是第一生活负载；靠岸时，若第一锂电池的soc低于顶限时，通过外接充电设备为第二锂电池充电，采用外接充电模式；顶推船和驳船共同控制模式：若第一锂电池和第二锂电池的soc均高于下限，推进器、第一生活负载、第二生活负载功率需求之和小于第一锂电池和第二锂电池的功率之和，则第一锂电池和第二锂电池为电机、第一生活负载、第二生活负载供电，采用纯锂电池模式；在功率使用的时候，优先使用第一锂电池的功率，然后是第二锂电池；若第一锂电池和第二锂电池的soc均高于下限，电机、第一生活负载、第二生活负载功率需求之和大于第一锂电池和第二锂电池的功率之和，但处于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统为推进器、第一生活负载、第二生活负载供电，采用纯燃料电池模式；若第一锂电池和第二锂电池的soc均高于下限，电机、第一生活负载、第二生活负载功率需求之和大于第一锂电池和第二锂电池的功率之和，但小于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统为推进器、第一生活负载、第二生活负载供电，燃料电池系统为第一锂电池或者第二锂电池充电，采用增程式模式；若第一锂电池和第二锂电池的soc均高于下限，电机、第一生活负载、第二生活负载功率需求之和大于第一锂电池和第二锂电池的功率之和，但大于燃料电池系统的最佳功率区间，则启动燃料电池系统，燃料电池系统、第一锂电池和第二锂电池为推进器、第一生活负载、第二生活负载供电，采用混合动力模式；在功率使用的时候，优先考虑使用第一锂电池，然后是第二锂电池；若第一锂电池或者第二锂电池的soc高于下限，第二锂电池或者第一锂电池的soc低于下限，则启动燃料电池系统，工作在最佳功率区间，燃料电池系统和第一锂电池或者第二锂电池为推进器、第一生活负载、第二生活负载供电，同时为第二锂电池或者第一锂电池充电，采用增程式模式；在功率分配的时候，优先次序为推进器、第二生活负载、第一生活负载、第二锂电池或者第一锂电池充电；若第一锂电池、第二锂电池的soc低于下限，则启动燃料电池系统，工作在最佳功率区间，燃料电池系统为推进器、第一生活负载、第二生活负载供电，同时为第一锂电池和第二锂电池充电，采用增程式模式；在功率分配的时候，优先次序为推进器、第二生活负载、第一生活负载、第二锂电池、第一锂电池。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述soc的下限为40%，soc的底线为20%，soc的上限为80%，soc的顶限为95%。

技术总结
本发明公开一种船用燃料电池顶推船


技术研发人员：秦国锋 李庆余 吴强 王红强 王龙超 糜沛纹
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2021/9/24