本申請(qǐng)涉及船舶控制，尤其涉及一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、相關(guān)技術(shù)中，天然氣作為船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，其優(yōu)點(diǎn)包括資源豐富、排放污染低、價(jià)格低廉等，天然氣主要成分為甲烷，是一種氣態(tài)燃料，能夠與空氣充分混合，因此其燃燒后基本沒有微粒排放，燃燒后的co生成量也很少；與其他化石類燃料相比較而言，在開采、生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、使用等全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的污染物排放量最少，但存在能量密度低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致純天然氣提供動(dòng)力時(shí)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不夠。純電動(dòng)船舶動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油船舶相比有著零排放、船型結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率更高、運(yùn)營成本低等方面的優(yōu)勢，但是續(xù)航里程較短。

2、綜上，相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題有待得到改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例的主要目的在于提出一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)及其控制方法，能夠有效解決純天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足、純電力船舶續(xù)航里程較短的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例的一方面提出了一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、天然氣動(dòng)力模塊，所述天然氣動(dòng)力模塊通過第一離合器與船舶齒輪箱連接，所述船舶齒輪箱與船舶螺旋槳連接；

4、氫燃料電池動(dòng)力模塊，所述氫燃料電池動(dòng)力模塊與多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接；

5、磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊，所述磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊與所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接；

6、其中，天然氣動(dòng)力模塊通過所述第一離合器向所述船舶齒輪箱或所述磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊提供電能；所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)中的電能通過第二離合器或第三離合器向所述船舶齒輪箱提供電能。

7、在一些實(shí)施例中，所述天然氣動(dòng)力模塊，包括：

8、lng儲(chǔ)液罐；

9、lng汽化器，所述lng汽化器的輸入端與所述lng儲(chǔ)液罐的輸出端連接；

10、單向閥，所述單向閥的第一端與所述lng汽化器的輸出端連接；

11、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體輸入端與所述單向閥的第二端連接，所述天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的電能輸出端通過所述第一離合器與所述船舶齒輪箱連接。

12、在一些實(shí)施例中，所述磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊包括第一磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊和第二磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊；

13、所述第一磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊包括第一磷酸鐵鋰電池和第一直流變換器，所述第一磷酸鐵鋰電池通過所述第一直流變換器與所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接；

14、所述第二磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊包括第二磷酸鐵鋰電池和第二直流變換器，所述第二磷酸鐵鋰電池通過所述第二直流變換器與所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接；

15、所述氫燃料電池動(dòng)力模塊包括第一氫燃料電池動(dòng)力子模塊和第二氫燃料電池動(dòng)力子模塊；

16、所述第一氫燃料電池動(dòng)力子模塊包括第一氫燃料電池和第三直流變換器，所述第一氫燃料電池通過所述第三直流變換器與所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接；

17、所述第二氫燃料電池動(dòng)力子模塊包括第二氫燃料電池和第四直流變換器，所述第二氫燃料電池通過所述第四直流變換器與所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接。

18、在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括第一手動(dòng)開關(guān)、第二手動(dòng)開關(guān)、第一自動(dòng)開關(guān)和第二自動(dòng)開關(guān)；

19、所述第一手動(dòng)開關(guān)的電源端與所述第二直流變換器的輸出端連接；

20、所述第二手動(dòng)開關(guān)的電源端與所述第一直流變換器的輸出端連接；

21、所述第一自動(dòng)開關(guān)的電源端與所述第三直流變換器的輸出端連接；

22、所述第二自動(dòng)開關(guān)的電源端與所述第四直流變換器的輸出端連接；

23、其中，所述第一手動(dòng)開關(guān)、所述第一自動(dòng)開關(guān)、所述第二手動(dòng)開關(guān)和所述第二自動(dòng)開關(guān)依次連接后形成所述多源柔性直流環(huán)網(wǎng)。

24、在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括第一可逆電機(jī)、第二可逆電機(jī)、第一逆變器和第二逆變器；

25、所述第一逆變器的第一端與所述第一自動(dòng)開關(guān)連接，所述第一逆變器的第二端與所述第一可逆電機(jī)的第一端連接，所述第一可逆電機(jī)的第二端通過所述第三離合器與所述船舶齒輪箱連接；

26、所述第二逆變器的第一端與所述第二自動(dòng)開關(guān)連接，所述第二逆變器的第二端與所述第二可逆電機(jī)的第一端連接，所述第二可逆電機(jī)的第二端通過所述第二離合器與所述船舶齒輪箱連接。

27、在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括第三逆變器和第四逆變器；

28、所述第三逆變器的第一端與所述第一手動(dòng)開關(guān)連接，所述第三逆變器的第二端連接船舶負(fù)載；

29、所述第四逆變器的第一端與所述第二手動(dòng)開關(guān)連接，所述第四逆變器的第二端連接船舶負(fù)載。

30、在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括第五逆變器和第六逆變器；

31、所述第五逆變器的第一端與所述第一直流變換器連接，所述第五逆變器的第二端連接預(yù)設(shè)負(fù)載；

32、所述第六逆變器的第一端與所述第二直流變換器連接，所述第六逆變器的第二端連接預(yù)設(shè)負(fù)載。

33、在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括固態(tài)開關(guān)模塊，所述固態(tài)開關(guān)模塊用于控制電能的流動(dòng)路徑。

34、在一些實(shí)施例中，所述固態(tài)開關(guān)模塊包括第一固態(tài)開關(guān)、第二固態(tài)開關(guān)、第三固態(tài)開關(guān)和第四固態(tài)開關(guān)；

35、所述第一固態(tài)開關(guān)的第一端分別與所述第三離合器、所述第一直流變換器、所述第一可逆電機(jī)和所述第二固態(tài)開關(guān)的第一端連接；

36、所述第一固態(tài)開關(guān)的第二端分別與所述第二離合器、所述第四直流變換器、所述第二可逆電機(jī)和所述第四固態(tài)開關(guān)的第一端連接；

37、所述第二固態(tài)開關(guān)的第二端與所述第三固態(tài)開關(guān)的第一端連接；

38、所述第三固態(tài)開關(guān)的第二端與所述第四固態(tài)開關(guān)的第二端連接。

39、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例的另一方面提出了一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括以下步驟：

40、獲取船舶工作模式；

41、根據(jù)所述船舶工作模式控制上述系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

42、本申請(qǐng)實(shí)施例至少包括以下有益效果：本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)及其控制方法,本申請(qǐng)系統(tǒng)通過分別設(shè)置天然氣動(dòng)力模塊、氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊后，并設(shè)置天然氣動(dòng)力模塊通過第一離合器與船舶齒輪箱連接，以通過第一離合器的開關(guān)狀態(tài)控制天然氣動(dòng)力模塊向船舶輸出動(dòng)力的狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊均與多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接，從而可以通過第二離合器和第三離合器的開關(guān)狀態(tài)控制氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊向船舶齒輪箱輸出動(dòng)力的狀態(tài)，進(jìn)而可以為船舶提供多種多源混合動(dòng)力模式，有效解決純天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足、純電力船舶續(xù)航里程較短的問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述天然氣動(dòng)力模塊，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊包括第一磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊和第二磷酸鐵鋰電池動(dòng)力子模塊；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第一手動(dòng)開關(guān)、第二手動(dòng)開關(guān)、第一自動(dòng)開關(guān)和第二自動(dòng)開關(guān)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第一可逆電機(jī)、第二可逆電機(jī)、第一逆變器和第二逆變器；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三逆變器和第四逆變器；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第五逆變器和第六逆變器；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括固態(tài)開關(guān)模塊，所述固態(tài)開關(guān)模塊用于控制電能的流動(dòng)路徑。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)開關(guān)模塊包括第一固態(tài)開關(guān)、第二固態(tài)開關(guān)、第三固態(tài)開關(guān)和第四固態(tài)開關(guān)；

10.一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種基于多源柔性直流環(huán)網(wǎng)的船舶混合動(dòng)力系統(tǒng)及其控制方法，可應(yīng)用于船舶控制技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)系統(tǒng)通過分別設(shè)置天然氣動(dòng)力模塊、氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊后，并設(shè)置天然氣動(dòng)力模塊通過第一離合器與船舶齒輪箱連接，以通過第一離合器的開關(guān)狀態(tài)控制天然氣動(dòng)力模塊向船舶輸出動(dòng)力的狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊均與多源柔性直流環(huán)網(wǎng)連接，從而可以通過第二離合器和第三離合器的開關(guān)狀態(tài)控制氫燃料電池動(dòng)力模塊和磷酸鐵鋰電池動(dòng)力模塊向船舶齒輪箱輸出動(dòng)力的狀態(tài)，進(jìn)而可以為船舶提供多種多源混合動(dòng)力模式，有效解決純天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足、純電力船舶續(xù)航里程較短的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張尊華,胡運(yùn)欣,周夢妮,李格升,李順
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6