一种混合动力船舶推进系统的制作方法

本发明涉及船舶动力装置技术领域，具体涉及一种混合动力船舶推进系统。

背景技术

目前我国各大港口码头、船厂船坞的大型船舶靠离码头时，都采用纯柴油机驱动的全回转港作拖轮协助。港作拖轮具有船身小，功率大特点，但是整个作业过程中，80％时间处于航行和守护待命状态，在此工况下平均负荷只需约为柴油机功率的10％；另外20％时间处于顶推和拖带作业状态，平均负荷约为柴油机+电机总功率的50％，但迅时功率能达到柴油机+电机总功率的85％。

纯柴油机驱动的港作拖轮，热效率低；基于港作拖轮作业特点，主机经常处于低负荷工况，与所需的功率相比油耗和排放较高；石油能源成本高、排放污染大；不能满足环境友好型发展及大气排放政策要求；柴油机在低转速时扭矩较小，并且使用前备车需要一定时间，因此在整个营运过程中，主机是不能停车的；同时柴油机不适合长期在低负荷下运行，在频繁的加减速工况下，柴油机磨损严重，废气污染排放很高。

纯天然气驱动和天然气&柴油双燃料驱动的全回转港作拖轮，只部分解决了大气排放的污染问题，但未减少co2排放，且存在造价高昂，天然气的加装、储存问题难以解决，危险程度高，现实中难于推广的问题。

纯电动力推进的全回转港作拖轮，虽然能解决上述纯柴油驱动拖轮的缺点，但是所需电池容量太大，制造成本高昂、充电时间长、续航力短、冗余度低，难于满足现实需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合动力船舶推进系统，实现柴油机与电机混合动力推进，以减少船舶的能耗及对环境的污染。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合动力船舶推进系统，包括离合器、减速箱和推进器，还包括：柴油机、电机、监控器、充电单元、电池管理单元、电池单元，

其中，所述电机的一端通过离合器与柴油机相连，另一端通过减速箱与推进器相连；所述电机上连接有电机控制器，所述柴油机上连接有柴油机控制器，所述电机控制器、柴油机控制器、离合器和减速箱分别与所述监控器相连，所述监控器用于监控所述柴油机、电机、离合器和减速箱的工作状态；

所述充电单元的输入端与岸电电网及所述电机控制器相连，输出端与所述电池管理单元相连，所述电池管理单元还与所述电池单元及监控器相连；所述充电单元用于回收电机的多余能量进行充电或通过岸电电网进行充电，并通过所述电池管理单元向电池单元充电；所述电池单元用于为所述电机供电。

优选地，所述电池管理单元包括：高压控制模块、制冷加热器、高压互锁回路、接地监测单元、风扇，

其中，所述高压控制模块，其输入端与所述充电单元相连，输出端与所述电机相连，控制端与一主控单元相连，用于在所述主控单元的控制下，确保电机推进和发电两种模式下的工作电压与电池单元的放电电压相匹配；

所述制冷加热器通过一连接器与所述电机相连，所述连接器的控制端与所述主控单元相连，所述制冷加热器用于为电机制冷或加热；所述电池单元通过一熔断器与所述电机相连，所述电池单元用于存储电量，所述熔断器用于为电机提供过载或漏电保护；

所述高压互锁回路、接地监测单元、风扇并联，并联后的电路与所述主控单元相连；所述高压互锁回路用于检测高压部件、导线和连接器的电气完整性或连通性，识别回路的异常断开；所述接地监测单元用于提供漏电保护；所述风扇用于制冷散热。

优选地，所述混合动力船舶推进系统，还包括：放电单元和缓冲器，所述放电单元分别与所述电池管理单元和监控器相连，用于当电池单元充满电时，在所述监控器的控制下将多余的电能通过缓冲器流回岸电电网。

优选地，所述混合动力船舶推进系统，还包括：油柜，所述油柜通过供油管道与所述柴油机相连。

优选地，所述混合动力船舶推进系统，还包括：柴油机监测设备，所述柴油机监测设备与所述柴油机相连，用于监测柴油机的工作状态。

优选地，所述柴油机监测设备包括：控制器及分别与所述控制器连接的传感器组和显示器，所述传感器组包括：扭矩传感器、转速传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、滑油温度传感器和冷却水温度传感器。

优选地，所述柴油机监测设备用于监测柴油机的扭矩、转速、进气温度、排气温度、排气压力、滑油温度和冷却水温度。

优选地，所述监控器为pc机或船舶总控机，所述监控器用于控制柴油机和电机的模式切换，电机和/或柴油机的开启和关闭，离合器的开启和闭合，电机转速控制及故障指示。

优选地，所述柴油机和电机具有相同的输出功率。

优选地，所述电池单元为蓄电池单元，所述蓄电池单元的功率按满足电机满负荷工作1小时进行配置。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

由上述技术方案可知，本发明提供的这种混合动力船舶推进系统，有两种动力模式，一种是柴油机动力模式，一种是电机动力模式。由于电机包括电动机和发电机，电机在工作时，电动机和发电机这两种工作模式是可逆的，所以电机可以作为电动机，利用电池单元提供的能量驱动推进器工作；同时，电机也可以作为发电机，吸收柴油机能量进行发电，充电单元可以回收电机的多余能量对电池单元进行充电，同时充电单元也可以通过案电对电池单元进行充电。本发明提供的技术方案，由于使用柴油机和电机混合动力推进模式，相比纯柴油机的工作模式，能耗低，对环境污染小，使用成本低、加速性能好、低噪声、续航力长，用户体验度高。

可以理解的是，本发明提供的技术方案，由于电机具有在低转速时扭矩大，加速性能好的特性，在守护工况下，推进器可以随停随用，避免了柴油机启动前需要较长备车时间的问题，可以根据需要快速启航；低负荷运行以及频繁的加减速时，选择采用电力驱动，能源损耗低，由于大部分工况使用电力驱动，相比柴油驱动成本大幅降低约30％，并且能实现零排放。由于柴油机+电力的混合驱动，可减小柴油机功率配置，减少了造价；由于电动机和柴油机联合驱动，发挥相同功率时，能耗减小，排放减少。

与纯天然气驱动和天然气及柴油双燃料驱动拖轮相比，本发明提供的技术方案，具有造价低，能源损耗低，使用成本低，安全性高，容易实现，易于推广等优点。与纯电动力拖轮相比，本发明提供的技术方案，具有电池容量较小，造价成本较低，充电时间较短，续航力长，冗余度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种混合动力船舶推进系统的示意框图；

图2为本发明一实施例提供的一种电池管理单元的示意框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1，本发明一实施例提供的一种混合动力船舶推进系统，包括离合器1、减速箱2和推进器3，还包括：柴油机4、电机5、监控器6、充电单元7、电池管理单元8、电池单元9，

其中，所述电机的一端通过离合器与柴油机相连，另一端通过减速箱与推进器相连；所述电机上连接有电机控制器10，所述柴油机上连接有柴油机控制器11，所述电机控制器、柴油机控制器、离合器和减速箱分别与所述监控器相连，所述监控器用于监控所述柴油机、电机、离合器和减速箱的工作状态；

所述充电单元的输入端与岸电电网及所述电机控制器相连，输出端与所述电池管理单元相连，所述电池管理单元还与所述电池单元及监控器相连；所述充电单元用于回收电机的多余能量进行充电或通过岸电电网进行充电，并通过所述电池管理单元向电池单元充电；所述电池单元用于为所述电机供电。

由上述技术方案可知，本发明提供的这种混合动力船舶推进系统，有两种动力模式，一种是柴油机动力模式，一种是电机动力模式。由于电机包括电动机和发电机，电机在工作时，电动机和发电机这两种工作模式是可逆的，所以电机可以作为电动机，利用电池单元提供的能量驱动推进器工作；同时，电机也可以作为发电机，吸收柴油机能量进行发电，充电单元可以回收电机的多余能量对电池单元进行充电，同时充电单元也可以通过案电对电池单元进行充电。本发明提供的技术方案，由于使用柴油机和电机混合动力推进模式，相比纯柴油机的工作模式，能耗低，对环境污染小，使用成本低、加速性能好、低噪声、续航力长，用户体验度高。

可以理解的是，本发明提供的技术方案，由于电机具有在低转速时扭矩大，加速性能好的特性，在守护工况下，推进器可以随停随用，避免了柴油机启动前需要较长备车时间的问题，可以根据需要快速启航；低负荷运行以及频繁的加减速时，选择采用电力驱动，能源损耗低，由于大部分工况使用电力驱动，相比柴油驱动成本大幅降低约30％，并且能实现零排放。由于柴油机+电力的混合驱动，可减小柴油机功率配置，减少了造价；由于电动机和柴油机联合驱动，发挥相同功率时，能耗减小，排放减少。

与纯天然气驱动和天然气及柴油双燃料驱动拖轮相比，本发明提供的技术方案，具有造价低，能源损耗低，使用成本低，安全性高，容易实现，易于推广等优点。与纯电动力拖轮相比，本发明提供的技术方案，具有电池容量较小，造价成本较低，充电时间较短，续航力长，冗余度高的优点。

参见图2，优选地，所述电池管理单元8包括：高压控制模块81、制冷加热器82、高压互锁回路83、接地监测单元84、风扇85，

其中，所述高压控制模块81，其输入端与所述充电单元相连，输出端与所述电机相连，控制端与一主控单元86相连，用于在所述主控单元的控制下，确保电机推进和发电两种模式下的工作电压与电池单元的放电电压相匹配；

所述制冷加热器通过一连接器87与所述电机相连，所述连接器的控制端与所述主控单元相连，所述制冷加热器用于为电机制冷或加热；所述电池单元通过一熔断器88与所述电机相连，所述电池单元用于存储电量，所述熔断器用于为电机提供过载或漏电保护；

所述高压互锁回路、接地监测单元、风扇并联，并联后的电路与所述主控单元相连；所述高压互锁回路用于检测高压部件、导线和连接器的电气完整性或连通性，识别回路的异常断开；所述接地监测单元用于提供漏电保护；所述风扇用于制冷散热。

为了便于理解，进一步说明的是，所述高压互锁回路通过低压回路来检测高压部件、导线和连接器的电气完整性或连通性，识别回路的异常断开，并及时断开高压输入端的主控单元。当发生故障时，确保高压系统以合适的方式进行安全断电，在故障排除之前高压系统不能上电。所述接地监测单元用于在意外漏电时将电线流向大地，防止触电。所述风扇用于机舱和设备系统的冷却。

需要说的是，所述连接器也可以用继电器代替。

优选地，所述混合动力船舶推进系统，还包括：油柜13，所述油柜13通过供油管道12与所述柴油机4相连。

优选地，所述混合动力船舶推进系统，还包括：柴油机监测设备14，所述柴油机监测设备14与所述柴油机4相连，用于监测柴油机4的工作状态。

优选地，所述柴油机监测设备包括：控制器及分别与所述控制器连接的传感器组和显示器，所述传感器组包括：扭矩传感器、转速传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、排气压力传感器、滑油温度传感器和冷却水温度传感器。

可以理解的是，增设柴油机监测设备，可以在柴油机出现故障时，及时定位故障所在地，及时维修，保障整个系统的正常工作。

优选地，所述柴油机监测设备用于监测柴油机的扭矩、转速、进气温度、排气温度、排气压力、滑油温度和冷却水温度。

优选地，所述监控器为pc机或船舶总控机，所述监控器用于控制柴油机和电机的模式切换，电机和/或柴油机的开启和关闭，离合器的开启和闭合，电机转速控制及故障指示。

优选地，所述柴油机和电机具有相同的输出功率。

优选地，所述电池单元为蓄电池组，所述蓄电池组的功率按满足电机满负荷工作1小时进行配置。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。