专利名称：燃料电池船舶电力推进系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及船舶电力推进系统技术领域，特别是涉及一种燃料电池供电的船舶电力推进系统。
背景技术：
电力推进系统是一种先进的船舶推进方式。这种推进方式能够提高船舶的技术经济性能，具有操纵性能好、节能环保的特点，可以降低船舶的废气排放，减少船舶的燃料能源消耗，同时可以获得较好的动力特性。中国专利201010300192. χ公开了一种包括柴油机-发电机组、配电系统、推进电动机及推进器的电力推进系统；中国专利200810034693.0 公开了一种电力推进船舶的控制装置及其控制方法。上述专利中，其电力推进船舶的主动力电源均为常规的柴油机-发电机组(简称柴电机组)。由于柴电机组长期恒速运行在高负荷率状态下，避免了象柴油机推进船舶在低速或怠速推进工况时的高耗油与冒黑烟现象。但是在本质上，这种柴电机组供电的电力推进系统只能有限降低但不能根本消除船舶的废气排放。发展以清洁能源作为动力源的绿色船舶具有重要意义。中国专利200710036259. 1 公开了一种基于超级电容混合动力的船舶电力推进系统，其供电系统包括与推进控制系统相连的超级电容组以及电池堆；中国专利200820155772. 2公开了一种用于船舶电力推进系统的供电系统，其供电系统包括与推进控制系统相连的超级电容组以及电池堆。上述专利中以蓄电池和超级电容作为船舶电力推进系统的主动力电源，取消了常规的柴电机组， 使得船舶自身可实现废气的零排放。但是，作为船舶主电源的超级电容和蓄电池需经岸基充电储能，因此客观上实现的是排放转移；其次，在航行中一旦超级电容和蓄电池的储能用尽或自身发生故障，则会导致船舶失去动力，会造成严重的船舶航行安全事故。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的缺陷而提出的一种适用于内河中小型船舶的，以燃料电池作为电力推进系统的主电源、以蓄电池作为辅助电源供电模式的新型船舶电力推进系统。这种以燃料电池作为清洁动力源的绿色船舶电力推进系统，真正实现船舶的“零排放”。本实用新型所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现一种燃料电池船舶电力推进系统，整个系统包括了至少一套燃料电池系统、一蓄能电池组、一电力推进系统、其它用电负荷、一次电网、二次电网；所述燃料电池系统和蓄能电池组连接在一次电网上，所述一次电网和二次电网连接，所述电力推进系统和其它用电负荷连接在二次电网上。所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池本体、空气压缩机、稳压限流控制阀氢气储气罐、冷却风机、排水控制阀、燃料电池控制装置、增湿器；所述稳压限流控制阀和增湿器连接在质子交换膜燃料电池本体一侧，所述冷却风机和排水控制阀连接在质子交换膜燃料电池本体另一侧，所述空气压缩机连接增湿器，所述氢气储气罐连接稳压限流控制阀， 所述燃料电池控制装置分别连接空气压缩机、稳压限流控制阀、冷却风机、排水控制阀、增湿器。所述电力推进系统为双机双桨电力推进系统，包括相同的两套依次连接的调速控制器和推进电动机，所述一次电网和二次电网通过电源变换器和断路器连接，电源变换器和断路器相连。
所述燃料电池系统、蓄能电池组、电力推进系统和其它用电负荷均通过断路器连接到电网上。本实用新型燃料电池供电的船舶电力推进系统能够实现船舶的“零排放”，是一种真正的绿色船舶电力推进系统，有利于环境保护。
图1为本实用新型的组成结构原理框图。图2为本实用新型的燃料电池供电系统结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。一种燃料电池作为主动力电源的船舶电力推进系统的组成结构原理框图如图1 所示。(1)燃料电池供电的船舶电力推进系统组成燃料电池作为主动力电源的船舶电力推进系统在电路结构上主要由船舶供电系统的一次电网300、电力推进负荷的二次电网400组成。一次电网300为直流电网，连接了燃料电池系统111、211和蓄能电池组36。根据船舶电力推进系统的设计具体要求，以及船级社的造船规范，可以配置一套、二套、或二套以上的相同类型的燃料电池系统(图1中为111和211 二套)，通过电源变换器31、32和相应的断路器33、34连接到一次电网300上。蓄能电池组36作为辅助电源通过断路器35连接到一次电网300上，运行中始终处于浮充电状态。二次电网400作为配电电网可以是交流电网也可以是直流电网，根据船舶电力推进系统的设计和配置的具体要求来决定。双机双桨电力推进系统311作为主要负荷通过负荷开关41和42来实现通断。其它负荷也通过负荷开关从二次电网400获得电能。当二次电网400为交流电网时，电源变换器37应为DC/AC变换器(交流逆变器)， 通过断路器38连接一次电网和二次电网。电力推进系统311的推进电动机45和46配置为交流同步电动机或交流异步电动机，相应的调速控制器43和44应是输出电压和频率可控的DC/AC变换器(交流逆变器)，负荷开关41和42合闸后获电。这是一种典型的交流电力推进船舶的应用实施。 当二次电网400为直流电网时，电源变换器37可以省去，直接由断路器38连接一次电网和二次电网。电力推进系统311的推进电动机45和46配置为直流电动机，相应的调速控制器43和44应是输出电压可控的DC/DC变换器(直流调压器)，负荷开关41和42 合闸后获电。这是一种典型的直流电力推进船舶的应用实施。(2)燃料电池供电系统电力推进船舶的燃料电池供电系统如图2所示。1为质子交换膜燃料电池(PEM FC)本体。氢气储气罐4通过稳压限流控制阀3连接到PEM FC燃料电池1上；常压空气通过空气压缩机2和增湿器8连接到PEM FC燃料电池1上。燃料电池1在运行中依靠空气冷却，由冷却风机5进行冷却空气循环。燃料电池运行中产生的水通过排水控制阀6排出。 7为燃料电池控制装置，用以控制氢气稳压限流控制阀3、空气压缩机2、增湿器8、冷却风机 5、排水控制阀6等。燃料电池系统111工作时，由燃料电池1输出的电能通过DC/DC变换器31变换成规定电压等级的直流电，并通过断路器33输送到一次电网300上。(3)应用方法 ①起动或应急供电状态作为船舶电力推进系统主电源的燃料电池系统111，从冷态起动到正常运行输出额定电能，需要一段时间。其间，断路器33保持分闸状态，电力推进系统311依靠蓄能电池 36来提供电能。此外，当燃料电池系统1111因突发故障不能输出电能时，断路器33迅速分闸，此时的电力推进系统311也必须依靠蓄能电池36来应急供电。因此蓄能电池36作为辅助应急电源，须具备一定的功率容量，以满足此状态下的电力推进用电需要。②正常运行状态当燃料电池系统111从冷态起动一定时间后断路器33合闸。燃料电池进入正常运行状态，向电力推进系统311提供电力。而此时的蓄能电池36通过断路器35处于浮充电状态，一旦燃料电池不能正常供电，可随时输出电能。③短时逆功率状态当船舶操纵时突减负荷，或由于风浪流的突然作用，可能使推进电动机45、46处于短时发电机运行状态，电力推进系统311将产生短时逆功率现象。此时，这种再生电能将通过处于浮充电状态的蓄能电池36来吸收，从而保证船舶电力推进系统运行的安全性。同时，通过回收再生电能，实现电力推进动力装置的节能。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种燃料电池船舶电力推进系统，其特征在于，整个系统包括了至少一套燃料电池系统、一蓄能电池组、一电力推进系统、其它用电负荷、一次电网、二次电网；所述燃料电池系统和蓄能电池组连接在一次电网上，所述一次电网和二次电网连接，所述电力推进系统和其它用电负荷连接在二次电网上。
2.如权利要求1所述的燃料电池船舶电力推进系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池本体、空气压缩机、稳压限流控制阀氢气储气罐、冷却风机、排水控制阀、燃料电池控制装置、增湿器；所述稳压限流控制阀和增湿器连接在质子交换膜燃料电池本体一侧，所述冷却风机和排水控制阀连接在质子交换膜燃料电池本体另一侧，所述空气压缩机连接增湿器，所述氢气储气罐连接稳压限流控制阀，所述燃料电池控制装置分别连接空气压缩机、稳压限流控制阀、冷却风机、排水控制阀、增湿器。
3.如权利要求1所述的燃料电池船舶电力推进系统，其特征在于，所述电力推进系统为双机双桨电力推进系统，包括相同的两套依次连接的调速控制器和推进电动机。
4.如权利要求1所述的燃料电池船舶电力推进系统，其特征在于，所述一次电网和二次电网通过电源变换器和断路器连接，电源变换器和断路器相连。
5.如权利要求1所述的燃料电池船舶电力推进系统，其特征在于，所述燃料电池系统、 蓄能电池组、电力推进系统和其它用电负荷均通过断路器连接到电网上。
专利摘要本实用新型一种以燃料电池作为主电源、以蓄能电池组辅助供电模式的新型船舶电力推进系统，包括了至少一套燃料电池系统、一蓄能电池组、一电力推进系统、其它用电负荷、一次电网、二次电网；所述燃料电池系统和蓄能电池组连接在一次电网上，所述一次电网和二次电网连接，所述电力推进系统和其它用电负荷连接在二次电网上。燃料电池系统从冷态起动到正常运行过程中，或者当燃料电池系统因突发故障不能输出电能，电力推进系统依靠蓄能电池组应急供电；燃料电池系统进入正常运行状态后，蓄能电池组处于浮充电状态。本实用新型能够实现船舶的“零排放”，是一种真正的绿色船舶电力推进系统。
文档编号B60L11/18GK202016567SQ20112005727
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者刘昭, 徐为民, 牛王强, 褚建新, 黄辉 申请人:上海海事大学