一种船舶混合供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及船舶技术领域，特别是涉及一种船舶混合供电系统。


背景技术：

2.燃料电池系统作为船用主动力推进电源是目前船舶应用燃料电池的主要形式，但因船舶在航行过程中存在功率需求交替变化幅度大，例如：交替上升或下降、快速关机、功耗大等实际情况，同时单个燃料电池系统存在输出功率小，动态响应慢等问题，无法满足电池soc等实际问题，难以满足船用发动机推进基本需求。因此匹配设计符合小型船舶动力性能要求，满足船舶发动机推进需求显得十分必要。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种船舶混合供电系统，用于解决现有技术中燃料电池系统在船舶应用中功率不足、能量无控制等技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种船舶混合供电系统，所述系统包括：两组供电单元，分设于船舶两侧，并联接入直流母排；所述供电单元包括：燃料电池和蓄电池；两组用电单元，从直流母排并联接出；所述直流母排设有开关控制器，以供断开故障的供电单元。
5.于本实用新型的一实施例中，所述燃料电池和所述蓄电池与所述直流母排之间分别连接有升压装置，以使所述燃料电池和蓄电池提供的电压达到用电要求。
6.于本实用新型的一实施例中，所述用电单元包括：动力单元，与所述直流母排之间连接有变频器，以使所述直流母排的输出电压的频率满足所述动力单元的所需的频率；生活用电单元，与所述直流母排之间连接有逆变器，以使所述直流母排输出的直流电转变为所述生活用电单元所需的交流电。
7.于本实用新型的一实施例中，所述系统还包括：燃料电池控制系统fcs、电池管理系统bms、能量管理系统ems及功率控制系统pcs中任意一种或多种组合。
8.于本实用新型的一实施例中，所述能量管理系统ems包括：主控制器和若干子控制器；其中，所述子控制器包括：岸电控制器、蓄电池控制器、燃料电池控制器、动力单元控制器；每个所述子控制器均为两个，且分别与所述主控制器连接。
9.于本实用新型的一实施例中，所述供电单元还包括岸电电源；当船舶靠岸时，所述岸电电源通过连接所述岸电控制器，在所述能量管理系统ems和所述功率控制系统pcs的控制下通过连接所述动力单元控制器以推进船舶靠近岸边；并给所述蓄电池充电；当船舶离岸时，所述岸电电源断开；所述燃料电池通过连接所述燃料电池控制器，和/或，所述蓄电池通过连接所述蓄电池控制器，在所述能量管理系统ems和所述功率控制系统pcs的控制下通过连接所述动力单元控制器以推进船舶远离岸边。
10.于本实用新型的一实施例中，所述功率控制系统pcs包括：中控箱、机旁箱、控制面
板、显示面板；所述机旁箱、控制面板、显示面板分别连接至所述中控箱；且所述机旁箱、控制面板、显示面板均为两个，对称设置于所述中控箱的两侧。
11.于本实用新型的一实施例中，所述燃料电池，在所述燃料电池控制系统fcs和所述能量管理系统ems的控制下，基于燃料和氧气提供第一电能；所述燃料包括有机燃料和/或气体燃料；所述蓄电池，在所述电池管理系统bms和所述能量管理系统ems的控制下，提供第二电能。
12.于本实用新型的一实施例中，所述用电单元在所述能量管理系统ems和所述功率控制系统pcs的控制下，基于所述燃料电池提供的所述第一电能和/或所述蓄电池提供的所述第二电能，以推进船舶航行和/或向日用电网负载供电。
13.如上所述，本实用新型涉及的一种船舶混合供电系统，具有以下有益效果：利用多个燃料电池系统和蓄电池储能装置相结合可以为船舶航行提供持续稳定的供电能力；同时，配合相应的控制方法对船舶能量实现精细化管理，能够解决船舶航行过程中急停、加速等场景下的燃料电池功率不足等问题。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例中的一种船舶混合供电系统的场景示意图。
15.图2为本实用新型实施例中的一种供电单元和用电单元的结构示意图。
16.图3为本实用新型实施例中的一种船舶混合供电系统的结构示意图。
具体实施方式
17.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“横向”、“纵向”等指示方位或位置关系的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
19.此外，术语“第一”、“第二”仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
20.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等用语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的构件而非按照实际实施时的构件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各构件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其构件布局形态也可能更为复杂。
22.为解决现有技术问题，本实用新型提供了一种船舶混合供电系统，用于解决现有技术中燃料电池系统在船舶应用中功率不足、能量无控制等技术问题。需说明的是，本实施例所提供的系统适用于多种船舶类型，可以是双桨双舵型燃料电池船舶，也可以是分体式船舶等，因本技术提供的系统所适用的船舶种类繁多，故不再赘述。本技术所提供的系统通过并联燃料电池系统，提升质子交换膜燃料电池发电功率，不仅可以满足小型船舶系统的功率要求，还可以扩大燃料电池船舶领域的应用范围。为便于理解，本技术以下实施例仅以小型船舶为例进行说明，但并不限制本专利的范围。
23.如图1所示，展示为本实用新型实施例中的一种船舶混合供电系统200的场景示意图。本实施例以该系统应用于小型船舶为例进行描述，船舶100设有船舶混合供电系统200；其中，所述船舶混合供电系统200包括：供电单元210、用电单元220、直流母排230以及能量管理系统ems240、燃料电池控制系统fcs250、电池管理系统bms260、功率控制系统pcs270。同时，所述供电单元210与所述用电单元220分别与对应的控制系统连接，并受其控制。
24.在一些示例中，所述供电单元210由燃料电池211和蓄电池212组成，以提供混合动力。其中，所述燃料电池211在所述燃料电池控制系统fcs250和所述能量管理系统ems240的控制下，基于燃料和氧气提供第一电能。所述蓄电池212，在所述电池管理系统bms260和所述能量管理系统ems240的控制下，提供第二电能。
25.需说明的是，所述燃料包括有机燃料和/或气体燃料。所述有机燃料包括但不限于：氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等；所述气体燃料包括但不限于：汽油、柴油、天然气等。
26.在一些示例中，所述用电单元220包括：动力单元221和生活用电单元222；所述用电单元220在所述能量管理系统ems240和所述功率控制系统pcs270的控制下，基于所述燃料电池211提供的所述第一电能和/或所述蓄电池212提供的所述第二电能，以推进船舶100航行和/或向日用电网负载供电。其中，所述动力单元221可以是船舶推进交流电机，用以推进船舶100航行；所述生活用电单元222连接船舶100的日用电网。
27.如图2所示，展示为本实用新型实施例中的供电单元与用电单元的结构示意图。所述船舶混合供电系统200包括两组供电单元210和两组用电单元220；且供电单元210和用电单元220之间连接有直流母排230。
28.具体地，所述两组供电单元210分设于船舶100的两侧，并联接入直流母排230。所述两组用电单元220从直流母排230并联接出。同时，所述直流母排230设有开关控制器231，以供断开故障的供电单元210。
29.例如，当所述两组供电单元210的燃料电池211和蓄电池212均无故障时进行闭合，同时为两组用电单元220进行能量供给；当有一组供电单元210发生故障时，通过开关控制
器231断开发生故障的供电单元210，保留无故障的供电单元210继续运行。以此防止船舶100整体失灵现象的发生。
30.在一些示例中，所述燃料电池211和所述蓄电池212与所述直流母排230之间分别连接有升压装置214，以使所述燃料电池211和蓄电池212提供的电压达到用电要求。
31.需说明的是，由于直流母排230的电压过高，且蓄电池212等放电功率较低；所以在燃料电池211和蓄电池212与所述直流母排230之间分别连接有升压装置214。
32.优选地，所述升压装置214采用dc/dc转换器，其不仅可以调节燃料电池的输出电压，具有升压作用；而且还能提供大电流、高电感，通过积累并释放能量来保持连续的电流。
33.在一些示例中，所述动力单元221与所述直流母排之间连接有变频器223，以使所述直流母排230的输出电压的频率满足所述动力单元221的所需的电压频率，同时所述变频器223还可以将所述直流母排230输出的直流电变换为所述动力单元221所需的交流电；所述生活用电单元222，与所述直流母排230之间连接有逆变器224，以使所述直流母排230输出的直流电转变为所述生活用电单元222所需的交流电。
34.如图3所示，展示为本实用新型实施例中的一种船舶混合供电系统200的结构示意图。所述船舶混合供电系统200包括：能量管理系统ems240、燃料电池控制系统fcs250、电池管理系统bms260、功率控制系统pcs270等多个控制系统。
35.在一些示例中，所述供电单元210还包括岸电电源213。当船舶100在靠港停泊作业期间使用所述岸电电源213作为辅助系统动力源，会大大降低靠港停泊期间污染物排放数量。
36.在一些示例中，所述能量管理系统ems240包括：主控制器241和若干子控制器；所述子控制器包括但不限于：燃料电池控制器242、蓄电池控制器243、岸电控制器244、动力单元控制器245；且每个子控制器均为两个，分别对应所述的两组供电单元210和所述的两组用电单元220；并且所述多个子控制器分别与所述主控制器241连接，受其控制。
37.需说明的是，所述燃料电池211与所述燃料电池控制器242连接，所述蓄电池212与所述蓄电池控制器243连接，所述岸电电源213与所述岸电控制器244连接，所述动力单元221与所述动力单元控制器245连接(未图示)；且各个子控制器均与主控制器241连接，并通过所述能量管理系统ems240进行控制。
38.在一些示例中，所述功率管理系统pcs270包括：中控箱271、机旁箱、控制面板、显示面板；且所述机旁箱、控制面板、显示面板均为两个，对称设置于所述中控箱271的两侧，并与之连接；分别对应双桨双舵型船舶的两侧系统，即分别对应所述的两组供电单元210和所述的两组用电单元220。
39.为便于理解，如图3所示，所述功率管理系统pcs270对应双桨双舵型船舶的双系统，所述中控箱271同时连接左侧的左舷主推进机旁箱272a、左舷主推进控制面板273a、左舷主推进显示面板274a和右侧的右舷主推进机旁箱272b、右舷主推进控制面板273b、右舷主推进显示面板274b。所述双系统是指两组由燃料电池211和蓄电池212组成的系统。
40.具体地，当船舶100靠岸时，所述岸电电源213通过连接所述岸电控制器244连接至主控制器241，在所述能量管理系统ems240和所述功率控制系统pcs270的控制下通过连接所述动力单元控制器245以推进船舶100靠近岸边；并给所述蓄电池212充电；
41.当船舶100离岸时，所述岸电电源213断开；所述燃料电池211通过连接所述燃料电
池控制器242连接至所述主控制器241，和/或，所述蓄电池212通过连接所述蓄电池控制器243连接至所述主控制器241，在所述能量管理系统ems240和所述功率控制系统pcs270的控制下通过连接所述动力单元控制器245以推进船舶100远离岸边。
42.在一些示例中，所述船舶混合供电系统200还包括消防系统280。所述消防系统280是为了提高船舶安全、预防船舶火灾而设计安装的保护设施；例如：消防水系统、灭火器、固定式灭火设备等。所述消防系统280与能量管理系统ems240的主控制器241连接，并受其控制。
43.综上所述，现有的单个燃料电池系统存在输出功率小、动态响应慢等问题，但船舶在实际航行过程中的功率需求交替变化幅度大，因而现有的单个燃料电池系统无法满足小型船舶系统的功率要求。而本实用新型提供的一种混合动力供电系统，通过并联多个燃料电池系统和蓄电池储能装置，实现了对船舶航行持续稳定的供电能力；同时还能解决船舶航行过程中急停、加速等使用场景下的燃料电池功率不足等问题。
44.综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
45.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。