一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统技术方案

本发明专利技术公开了运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统，蓄电池组通过电源管理器与控制器联接，控制器与驾控台联接；控制器联接驱动器，驱动器联接电机，电机的轴安装带轮一；控制器联接柴油机油门伺服电机驱动器，该驱动器联接柴油机油门伺服电机；主柴油机通过齿轮箱安装带轮二，两带轮间通过齿形带连动；齿形带与电机的轴通过带轮一连动，与万向联轴器通过带轮二连动，万向联轴器与船舶推进器动力输入端连动；常态下，蓄电池组将电能通过电机输出，驱动船舶推进器；蓄电池组不能满足船舶航行速度时，主柴油机与电机共同驱动船舶推进器；蓄电池组电力不足时，主柴油机启动后既给船舶推进器提供动力，又使电机转换成发电机，给蓄电池组充电。

【技术实现步骤摘要】
一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统
本专利技术属于船舶动力系统
，具体涉及一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统。
技术介绍
交通运输业是能源消耗和排放的重点领域之一，而船舶作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，其节能效果的好坏，对国民经济的影响很大。节能减排已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题，它关系到节约燃料资源和费用、降低废气排放、环境保护以及船舶运营的经济效益等问题，发展低碳经济，也是实现交通运输发展方式转变的重要途径。2011年，国际海事组织海洋环境保护委员会通过了国际海运温室气体减排措施强制规定，确定了新船设计能效指数EEDI和船舶能效管理计划SEEMP两项船舶能效标准。我国《内河绿色船舶规范》也已生效，对内河运输船舶的能效指标、排放控制及噪声污染等提出了明确的要求。目前内河运输船舶存在的主要问题：1、航道复杂多变，主机功率冗余我国内河航道水域辽阔，航线延绵，航道复杂，为适应不同的航道水流港口码头等地理环境的需要，通常内河运输船舶的主机功率在设计时都有一定的冗余度，以便在恶劣工况时，可以保证船舶推进的安全性，这就使得主机在大量的工作时间都没有运行在其最佳工况，即最节能和效率最高点。2、受吃水限制，螺旋桨效率较低许多内河航道的支线情况还处于5级航道以下，水深较浅，水下杂草丛生，河道淤泥堆积，即便是河道经过渠化，但由于河面狭窄、船舶在交汇或超越时，与岸边极近，为避免螺旋桨与河堤的碰擦，再加上受吃水限制的影响，通常内河船舶的螺旋桨的直径都较小，导致推进效率较低。3、航道穿越城市或风景旅游区，环境污染严重内河航运与沿岸居民生活息息相关，柴油机的排放及噪声，已严重影响两岸居民的生活，成为环境空气污染方面不可忽视的问题。鉴于上述原因，目前内河运输船舶急需寻求各种新能源、新产品、新技术，以节能能源、减少排放、降低噪声为根本目的。船舶混合动力推进系统是目前的研究方向之一。(一)目前国外关于船舶混合动力推进系统的研究现状混合动力船舶技术目前尚处在不断探索和研究的阶段。在国际上，有不少科研院提出了一些相关理论和方法，并在潜艇和游艇领域有所实现——世界上第一艘燃料电池和柴一电混合动力系统的潜艇已于2003年4月在德国基尔港开始首次试航。2010年1月，意大利和斯洛维尼亚联合研制了GREENLINE33混合动力游艇，是首艘混合了电池组、太阳能和柴油机动力的游艇。近些年,船舶设计者开始把这个概念运用于商用船舶,尤其是深海作业多用途工作船。国外目前使用的船舶混合动力推进系统是结合了机械推进和电力推进的一种新的推进方式之一，是将机械(主柴油机)推进和电力(发电机组)推进结合在一起，根据不同工况、不同的需求，切换主柴油机驱动螺旋桨或者主柴油机与轴带电机同时驱动螺旋桨，有效地解决了船舶短时间内工况多变和输出较大推力的需求，减少了船舶的总燃油消耗量和废气排放，可节省船舶的运营成本，同时提高船舶运行的可靠性。(二)国内船舶混合动力推进系统的发展情况国内在船舶混合动力推进领域方面起步较晚，成功应用的例子并不多。目前阐述较多的混合动力主要是指“新能源混合电力船舶”。常用作船舶动力的新能源有太阳能、风能等，风能由于受区域限制以及稳定性、连续性和可靠性差，作为内河小型船舶能源并不合适。而电力推进装置的电池主要有燃料电池、超级电容器和动力电池等，其中以动力电池作为船舶动力源最为合适，同时，为提高船舶的续航能力和冗余性，混合动力船舶中采用技术成熟的柴油发电机组作为辅助动力。油电混合动力系统的船舶在国内应用较少，即便应用，也是不同工况的切换使用，即电力推进作为柴油机推进的补充，在小负荷工况时，采用电力推进，在大负荷工况时切换至柴油机推进，以弥补柴油机在低转速低扭矩时排放指标过大，油耗指标差的缺陷。(三)油电混合动力推进系统在内河船舶应用遇到的主要问题国内在混合动力船舶领域方面起步较晚，成功应用的例子并不多。主要原因有：1.系统复杂，研发技术难度大由于油电自混合动力推进系统设计中涉及轴带电机在不同的负载工况下工作模式的自动转变，双向变频技术的应用，以及为实现两种不同动力的平稳并车而采取的技术方案，包括轴功率的叠加方式、混合动力的能源管理系统、软件开发及测量、监控、安保系统等系列工程，这是一个专业的复杂的综合系统工程。同时由于航道变化较大，船舶工况较复杂，油电混合动力推进系统的性能与航道及船况的匹配难度较高，研发技术难度大成本高。目前国内在船舶上实际安装并成功运行的案例较少报道，相关设计研发及应用经验不足，节能减排的技术参数和指标没有经过权威部门的检验测定，不具说服力。2.自动化操作要求较高，船员素质跟不上目前对油电混合动力推进船舶进行控制监测的软件常常采用LABVIEW软件编制，以图形插件模块的形式安装在驾驶台，并通过不同形式的配置构成显示界面，以便驾驶者及时掌握机舱柴油机、发电机、蓄电池等各种设备的运行状况，保证船舶安全运行。相对于传统机械推进船舶驾驶台，油电自混合动力推进系统驾驶台的自动化、智能化程度以及监测程序和电脑操作系统自动化程度较高，对于船员素质也提出了较高的要求,作为新型的操作系统要让行业接受和熟悉还需要一段较长的过程。3.相对于单纯的柴油机或电力推进而言，初投资成本较大因油电自混合推进系统的智能化、自动化程度较高，能量转换机构、双向变频控制系统及测量保护系统的成熟产品不多，需特殊研发。再加上今后营运中还增加了对该系统的维护、保养和管理费用，因此将导致船舶建造成本高于传统机械推进系统，再加上传统的思维模式，认为内河运输船舶主机功率较小，航速较慢，在节能减排方面没有多大空间。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统。本专利技术采取以下技术方案：一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统，包括控制器、驾控台、电源管理器、动力蓄电池组、驱动器、同步电机、船舶推进器、主柴油机、齿轮箱，动力蓄电池组通过电源管理器与控制器电联接，控制器与驾控台电联接；控制器还电联接驱动器，驱动器电联接同步电机，同步电机的电机轴安装第一同步带轮；控制器还电联接柴油机油门伺服电机驱动器，柴油机油门伺服电机驱动器电联接柴油机油门伺服电机；主柴油机通过齿轮箱安装第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮间通过同步齿形带连动；同步齿形带与同步电机的电机轴通过第一同步带轮连动，与万向联轴器的一端通过第二同步带轮连动，万向联轴器的另一端与船舶推进器的动力输入端连动；常态下，动力蓄电池组将电能通过同步电机输出，以驱动船舶推进器；当动力蓄电池组不能满足船舶航行速度时，主柴油机启动并网，与同步电机共同驱动船舶推进器；当动力蓄电池组电力不足时，主柴油机启动后既给船舶推进器提供动力，又使同步电机转换成轴带发电机，给动力蓄电池组反向充电。优选的，驱动器、同步电机、船舶推进器、齿轮箱、主柴油机、主柴油机油门伺服电机及油门伺服电机驱动器各有两个，控制器通过缓上电盒与驱动器联接，形成两组相同的结构。优选的，控制器包括PLC，PLC由第一PLC、第二PLC、第三PLC组成，第一PLC联接第二PLC，第二PLC联接第三PLC。优选的，第一PLC选用S7-224xp，第二PLC选用EM253，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统，其特征是包括控制器、驾控台、电源管理器、动力蓄电池组、驱动器、同步电机、船舶推进器、主柴油机、齿轮箱，动力蓄电池组通过电源管理器与控制器电联接，控制器与驾控台电联接；控制器还电联接驱动器，驱动器电联接同步电机，同步电机的电机轴安装第一同步带轮；控制器还电联接柴油机油门伺服电机驱动器，柴油机油门伺服电机驱动器电联接柴油机油门伺服电机；主柴油机通过齿轮箱安装第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮间通过同步齿形带连动；同步齿形带与同步电机的电机轴通过第一同步带轮连动，与万向联轴器的一端通过第二同步带轮连动，万向联轴器的另一端与船舶推进器的动力输入端连动；常态下，动力蓄电池组将电能通过同步电机输出，以驱动船舶推进器；当动力蓄电池组不能满足船舶航行速度时，主柴油机启动并网，与同步电机共同驱动船舶推进器；当动力蓄电池组电力不足时，主柴油机启动后既给船舶推进器提供动力，又使同步电机转换成轴带发电机，给动力蓄电池组反向充电。

【技术特征摘要】
1.一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统，其特征是包括控制器、驾控台、电源管理器、动力蓄电池组、驱动器、同步电机、船舶推进器、主柴油机、齿轮箱，动力蓄电池组通过电源管理器与控制器电联接，控制器与驾控台电联接；控制器还电联接驱动器，驱动器电联接同步电机，同步电机的电机轴安装第一同步带轮；控制器还电联接柴油机油门伺服电机驱动器，柴油机油门伺服电机驱动器电联接柴油机油门伺服电机；主柴油机通过齿轮箱安装第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮间通过同步齿形带连动；同步齿形带与同步电机的电机轴通过第一同步带轮连动，与万向联轴器的一端通过第二同步带轮连动，万向联轴器的另一端与船舶推进器的动力输入端连动；常态下，动力蓄电池组将电能通过同步电机输出，以驱动船舶推进器；当动力蓄电池组不能满足船舶航行速度时，主柴油机启动并网，与同步电机共同驱动船舶推进器；当动力蓄电池组电力不足时，主柴油机启动后既给船舶推进器提供动力，又使同步电机转换成轴带发电机，给动力蓄电池组反向充电。2.如权利要求1所述的油电自混合动力推进系统，其特征是：驱动器、同步电机、船舶推进器、齿轮箱、主柴油机、主柴油机油门伺服电机及油门伺服电机驱动器各有两个，控制器通过缓上电盒与驱动器联接，形成两组相同的结构。3.如权利要求1或2所述的油电自混合动力推进系统，其特征是：所述的控制器包括PLC，PLC由第一PLC、第二PLC、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立新，付立刚，刘舒雨，黄鑫，
申请(专利权)人：杭州现代船舶设计研究有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33