【技术实现步骤摘要】
本技术涉及船舶推进，具体涉及一种基于燃料电池的船舶电力推进系统。
技术介绍
1、近年来，能源与环境的危机逐渐成为左右世界经济发展最重要的问题。传统船舶航行主要是依靠船用柴油机提供动力，从而加剧资源枯竭以及生态环境的恶化，而新型船舶电力推进系统以其高机动性，低污染性等优点得到快速发展。
2、以动力电池作为船舶电力推进系统主动力源的内河中小型船舶，主要的船舶动力来源是需要依靠船舶停泊，由码头岸电对动力电池进行充电来存储能源，并采用燃油发动机作为备用动力来维持船舶航行。但内河船舶一般靠泊时间不长，大约3到4小时，而连接和断开连接岸电的操作却比较耗时和繁琐，经济效益和社会效益都不明显；并且以燃油发动机作为备用电源没有完全摆脱传统船舶行业的天然缺陷，未从源头上解决问题，适合于船舶行业变革下暂时性的缓冲。
3、随着船舶动力系统的能源转型，以燃料电池为主动力源的全电力推进船舶，由于其绿色、高效等特点，成为取代以柴油机发电的一种炙手可热的新型技术。当燃料电池作为船舶航行时的唯一动力源时，由于燃料电池输出特性较软，动态响应时间慢，无法满足船舶启停，加减速和进出港口等状态的瞬时大功率消耗。
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术提供了一种基于燃料电池的船舶电力推进系统，以解决船舶利用燃料电池作为航行时的唯一动力源，动态响应时间慢，无法满足船舶瞬时大功率消耗和低温启动的问题。
2、本技术提供了一种基于燃料电池的船舶电力推进系统，该系统包括：直流变换器、燃料电池子系统和复合
3、燃料电池子系统包括燃料电池电堆，复合储能子系统包括锂电池和超级电容；燃料电池电堆、锂电池和超级电容均通过直流变换器连接外部船舶负载；
4、直流变换器将燃料电池电堆、锂电池和超级电容的电能进行稳压限流后为外部船舶负载供电。
5、本技术提供的基于燃料电池的船舶电力推进系统，燃料电池电堆连接直流变换器，直流变换器具备稳压限流功能，可将燃料电池的输出电压稳定在母线电压，燃料电池电堆可作为船舶电力推进的主动力源，复合储能子系统中的锂电池和超级电容连接直流变换器，锂电池作为备用和启动电源，可通过直流变换器实现充放电控制。超级电容作为补偿电源，配备直流变换器，具备快速充放电和调峰功能。复合储能子系统中的锂电池和超级电容具备良好的瞬态响应能力，保证对外提供稳定可靠的能源，同时解决了船舶利用燃料电池作为航行时的唯一动力源，动态响应时间慢，无法满足船舶瞬时大功率消耗和低温启动的问题。
6、在一种可选的实施方式中，燃料电池子系统还包括水热管理装置、氢气供应装置和氧气供应装置，氢气供应装置连接燃料电池电堆的阳极进气口，氧气供应装置连接燃料电池电堆的阴极进气口和水热管理装置。
7、本技术提供的基于燃料电池的船舶电力推进系统，采用氢气供应装置和氧气供应装置对燃料电池电堆进行供氢和供氧，使得燃料电池电堆内部气体压力保持在一个适宜范围，提高其能量转化效率；水热管理系统实现了燃料电池电堆的水热循环，避免燃料电池内部温度过高造成质子交换膜发生脱水现象，而减少其有效活化面积，也是维持中高功率下燃料电池电堆稳定工作的必要条件之一。
8、在一种可选的实施方式中，氢气供应装置包括氢气循环罐、储氢罐、第一稳压限流阀和第一加湿器；
9、氢气循环罐和储氢罐通过氢气管路连接第一加湿器的第一端，第一加湿器的第二端通过氢气管路连接第一稳压限流阀的一端，第一稳压限流阀的另一端通过氢气管路连接燃料电池电堆的阳极进气口。
10、在一种可选的实施方式中，氢气供应装置还包括电磁阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量控制器、第一储水器、第二流量控制器、第二稳压限流阀、湿度传感器、第一气液分离器、第一散热器、氢气循环泵、过滤器、三通阀和截止阀；
11、电磁阀和第一压力传感器依次设置在储氢罐与第一加湿器之间的氢气管路上，第一流量控制器设置在第一加湿器与第一稳压限流阀之间的氢气管路上，湿度传感器设置在第一稳压限流阀与燃料电池电堆的阳极进气口之间的氢气管路上；
12、第一储水器的一端通过氢气管路连接第一加湿器的第三端，第一储水器的另一端通过水热管路连接第一气液分离器的第一端，第一气液分离器的第二端通过水热管路连接第一散热器的一端，第一散热器的另一端通过水热管路连接燃料电池电堆的阳极出气口，第一气液分离器的第三端通过氢气管路连接氢气循环泵的一端，氢气循环泵的另一端通过氢气管路连接第二稳压限流阀的一端，第二稳压限流阀的另一端通过氢气管路连接过滤器的一端，过滤器的另一端通过氢气管路连接氢气循环罐；
13、第二压力传感器设置在氢气循环泵与第二稳压限流阀之间的氢气管路上；所述截止阀和第二流量控制器依次设置在过滤器与氢气循环罐之间的氢气管路上，三通阀设置在氢气循环罐的出气口处。
14、本技术提供的基于燃料电池的船舶电力推进系统，通过氢气供应装置中的各部件的连接关系，由低温吸附储氢罐向燃料电池阳极输送氢气，经过电磁阀、第一稳压限流阀、第一加湿器、流量控制器和湿度传感器调节到所需要的压力和湿度后参与反应，实现了对储氢罐中输出的氢气的增湿，并调节压力和流速后进入燃料电池电堆的阳极，确保燃料电池系统的稳定性和高效性；反应剩余氢气经过第一散热器降温后由气液分离器除去氢气中多余水蒸汽后，经过氢气循环泵和稳压限流阀回流到储氢罐中进行回收利用，避免了氢气浪费。
15、在一种可选的实施方式中，氧气供应装置包括空气过滤器、空气压缩机、第三稳压限流阀和第二加湿器；
16、空气过滤器通过空气管路连接空气压缩机的输入端，空气压缩机的输出端通过空气管路连接第二加湿器的一端，第二加湿器的另一端通过空气管路连接第三稳压限流阀的一端，第三稳压限流阀的另一端通过空气管路连接燃料电池电堆的阴极进气口；
17、外界空气进入空气过滤器净化后进入空气压缩机进行压缩，压缩后的空气进入第二加湿器进行温湿度调节后经过第三稳压限流阀从燃料电池电堆的阴极进气口进入燃料电池电堆。
18、本技术提供的基于燃料电池的船舶电力推进系统，其空气供应装置首先通过进气口采集新鲜空气，再进入空气过滤器对采集到的新鲜空气进行净化除杂，再经由空气压缩机将纯净空气压缩到所需高压水平，以便在燃料电池内部的有限空间提供足够氧气；压缩后的空气分别进入中冷器和第二加湿器进行温湿度调节，增湿后的湿空气最终从燃料电池电堆的阴极进气口进入燃料电池电堆参与氢氧化学反应。
19、在一种可选的实施方式中，水热管理装置包括冷却循环水箱、第二散热器、第二气液分离器和冷却水泵；
20、冷却循环水箱的第一端通过水热管路连接冷却水泵的一端，冷却水泵的另一端通过水热管路连接燃料电池电堆的进水口，第二散热器一端连接燃料电池电堆的阴极排水口，第二散热器的另一端连接第二气液分离器的第一端，第二气液分离器的第二端连接冷却循环水箱的第二端；
21、当燃料电池电堆正本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于燃料电池的船舶电力推进系统，其特征在于，所述系统安装在船舶上，所述系统包括：直流变换器、燃料电池子系统和复合储能子系统；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料电池子系统还包括水热管理装置、氢气供应装置和氧气供应装置，所述氢气供应装置连接所述燃料电池电堆的阳极进气口，所述氧气供应装置连接所述燃料电池电堆的阴极进气口和所述水热管理装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氢气供应装置包括氢气循环罐、储氢罐、第一稳压限流阀和第一加湿器；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述氢气供应装置还包括电磁阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量控制器、第一储水器、第二流量控制器、第二稳压限流阀、湿度传感器、第一气液分离器、第一散热器、氢气循环泵、过滤器、三通阀和截止阀；
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氧气供应装置包括空气过滤器、空气压缩机、第三稳压限流阀和第二加湿器；
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水热管理装置包括冷却循环水箱、第二散热器、第二气液分离器
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述氧气供应装置还包括水过滤器和第二储水器，所述水过滤器的一端连接第二储水器的一端，所述水过滤的另一端连接所述第二气液分离器的第三端，所述水过滤器还包括排出空气的排气口。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锂电池和超级电容并联。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流变换器包括单向DC/DC变换器、第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器；
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括直流母线，所述单向DC/DC变换器、第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器均连接直流母线，所述直流母线连接外部船舶负载。
...【技术特征摘要】
1.一种基于燃料电池的船舶电力推进系统，其特征在于，所述系统安装在船舶上，所述系统包括：直流变换器、燃料电池子系统和复合储能子系统；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料电池子系统还包括水热管理装置、氢气供应装置和氧气供应装置，所述氢气供应装置连接所述燃料电池电堆的阳极进气口，所述氧气供应装置连接所述燃料电池电堆的阴极进气口和所述水热管理装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氢气供应装置包括氢气循环罐、储氢罐、第一稳压限流阀和第一加湿器；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述氢气供应装置还包括电磁阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量控制器、第一储水器、第二流量控制器、第二稳压限流阀、湿度传感器、第一气液分离器、第一散热器、氢气循环泵、过滤器、三通阀和截止阀；
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氧气供应装置包括空气过滤...
【专利技术属性】
技术研发人员：滕宪斌，王杰，陈昊，毕齐林，张志斌，常高雷，张兆豪，
申请(专利权)人：广州航海学院，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。