[发明专利]一种舰船燃料电池混合推进系统和能量控制方法

说明书

本发明公开了一种舰船燃料电池混合推进系统和能量控制方法，以燃料电池和蓄电池组混合作为推进系统的动力源，能源管理模块、混合动力源和推进系统模块连接形成混合推进系统。在舰船航行过程中，当舰船需求功率处于燃料电池最佳功率区间时，由燃料电池为推进系统模块供电；当舰船所需功率大于燃料电池最佳功率区间时，燃料电池和蓄电池组共同为推进系统模块供电；当燃料电池故障或原料不足时，蓄电池组为船舶进行应急供电。本发明能够实现真正意义上的无污染、零排放，并将能源利用达到最优化。

技术领域

本发明涉及舰船动力系统技术领域，尤其涉及一种舰船燃料电池混合推进系统和能量控制方法。

背景技术

船舶是现阶段交通工具的一种，尤其是在货运行业，因其可以装载大量的货物而被广泛运用于海运中。但在提倡智能船舶、绿色海洋的现状下，之前大量使用传统的柴油机驱动船舶会对自然环境造成很大影响，因此，发展混合动力船舶具有非常重大的意义，而节能、环保是船舶动力设计的前提。

例如，中国专利文献CN102120488A公开了“混合动力船舶电力推进系统及实施方法”，以动力电池作为电力推进系统主电源、以柴电机组作为辅助电源的混合动力船舶电力推进系统及实施方法。船舶靠泊停航时，由岸电对动力电池进行充电，储存电能；正常航行时，由动力电池对电力推进系统供电；航行中一旦动力电池的储能用尽或发生故障，则辅助柴电机组自动起动投入运行，继续为电力推进系统供电，维持船舶航行；在应急状态下，动力电池与柴电机组联合为电力推进系统供电，以保证船舶的航行安全。上述专利文献中的推进系统在动力电池的储能用尽或发生故障时采用柴电机组为推进系统供电，然而柴电机组运行时会产生污染，整个电力推进系统无法做到实现真正意义上的无污染、零排放，同时上述专利文献不能够根据船舶航行工况合理分配动力电池、柴电机组的能源供给，无法使整个推进系统能源利用最优化。

发明内容

本发明主要解决现有的舰船混合推进系统无法做到实现真正意义上的无污染、零排放以及能源利用无法达到最优化的技术问题：提供一种舰船燃料电池混合推进系统和能量控制方法，采用燃料电池和蓄电池组作为混合动力源为推进系统供电，实现真正意义上的无污染、零排放，利用舰船内部的能源管理模块根据舰船航行工况合理分配燃料电池和蓄电池组的能源供给，使能源利用达到最优化。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的舰船混合推进系统包括推进系统模块、能源管理模块和动力源模块，所述动力源模块包括燃料电池和蓄电池组，所述能源管理模块包括燃料电池管理单元、蓄电池组管理单元、处理单元和监测动力源模块的监测单元，所述推进系统模块包括控制单元和驱动机构；所述燃料电池输出端和蓄电池组输出端并联连接在直流母线上，所述直流母线输出端与所述控制单元输入端连接，所述控制单元输出端与所述驱动机构输入端连接，所述推进系统模块反馈输出端和监测单元输出端与所述处理单元输入端连接，所述处理单元输出端与所述燃料电池管理单元输入端和蓄电池组管理单元输入端连接。

推进系统模块将舰船的航行工况反馈输出到能源管理模块中的处理单元，处理单元根据舰船的航行工况进行航行所需负载功率的计算，监测模块将燃料电池和蓄电池组的相关数据(燃料电池原料的数量、电池温度、燃料利用率等)传输到能源管理模块中的处理单元，处理单元根据燃料电池和蓄电池组的相关数据进行燃料电池最佳功率、燃料电池最佳效率和蓄电池组SOC值的计算，并对上述数据进行比对判别，再选择相适宜的工作模式，将选择的工作模式发送到燃料电池管理单元和蓄电池组管理单元，燃料电池管理单元和蓄电池组管理单元根据工作模式控制启动相应的动力源为推进系统供电。采用燃料电池和蓄电池组的电电混合推进系统，能够实现真正意义上的无污染、零排放，能源控制过程为闭环控制，可以实时根据舰船航行工况合理分配燃料电池和蓄电池组的能源供给，使能源利用达到最优化。

作为优选，所述的舰船氢燃料电池混合推进系统还包括单向DC-DC变换器，所述燃料电池输出端与所述单向DC-DC变换器输入端连接，所述单向DC-DC变换器输出端与所述蓄电池组输出端并联连接在直流母线上。