本發(fā)明涉及新能源船舶離岸補(bǔ)能，尤其是一種自補(bǔ)能氫能動力船。

背景技術(shù)：

1、船舶作為重要的水面運(yùn)輸交通工具，被用廣泛應(yīng)用于內(nèi)河運(yùn)輸及海上運(yùn)輸。目前的船舶驅(qū)動方式均為柴油的，存在目前柴油動力船存在環(huán)境影響大、能源依賴性高、能源效率低、維護(hù)成本高和安全隱患等問題和困難。柴油動力船使用化石燃料產(chǎn)生大量污染物，對環(huán)境造成不利影響，同時對有限的能源資源依賴性高，維護(hù)成本昂貴，存在安全隱患。將水面移動船舶改為氫能船舶意味著減少碳排放和空氣污染，降低對化石燃料的依賴，推動技術(shù)創(chuàng)新并增加航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)性。這將有助于改善環(huán)境、提高能源利用效率，并推動航運(yùn)業(yè)朝著更加可持續(xù)的方向發(fā)展?，F(xiàn)有的船舶動力系統(tǒng)主要有兩種：柴油動力和鋰電池驅(qū)動；柴油需要靠港加油，且排放污染氣體和污染顆粒物，不符合低碳環(huán)保的要求；鋰電池驅(qū)動船，存在鋰電池組能量密度低，充電速度慢，換點(diǎn)過于頻繁，不符合大部分船舶需要一次補(bǔ)能長途行駛的要求；故現(xiàn)有的船舶技術(shù)不能完全滿足綠色環(huán)保、供能時間長、補(bǔ)能時間短、無噪音的要求。同時，由于化石能源的資源性缺乏問題、致使區(qū)域性油荒、鋰電池的壽命短、電芯安全性低以及舊電池回收的污染、環(huán)保等問題，促使需要一種新的船舶動力能源及可持續(xù)的補(bǔ)能方法。本發(fā)明提出一種自補(bǔ)能氫能動力船，解決船用柴油發(fā)動機(jī)對江河的污染問題，解決船舶長途續(xù)航，加油難、補(bǔ)電難的自補(bǔ)能問題，解決實(shí)際船用鋰電池、續(xù)航時間短，不耐寒的技術(shù)問題。

2、在中國專利文獻(xiàn)上公開的“船上氫燃料制備系統(tǒng)及其制氫方法”，其公開號為cn114142061a，公開了一種船上氫燃料制備系統(tǒng)及其制氫方法,涉及船上燃料制備技術(shù)領(lǐng)域,通過在船上放置用于儲放液態(tài)天然氣的天然氣儲存艙,天然氣儲存艙中的天然氣蒸發(fā)器直接進(jìn)入到加熱器中,天然氣儲存艙中的液態(tài)天然氣通過低溫蒸發(fā)器將液態(tài)天然氣變成低溫天然氣,低溫天然氣進(jìn)入到加熱器中,加熱器提高天然氣的溫度,并將加熱后的天然氣輸送到天然氣制氫裝置中,利用天然氣制氫裝置將天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?氫氣作為燃料供船上動力系統(tǒng)或電力系統(tǒng)使用。；但是公開號為cn114142061a的中國專利具有良好的制氫效果，但其需要靠岸補(bǔ)充壓縮天然氣，并不能解決船舶不靠岸，自行制氫及補(bǔ)能的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種自補(bǔ)能氫能動力船，解決船用柴油發(fā)動機(jī)對江河的污染問題，解決船舶長途續(xù)航，加油難、補(bǔ)電難的自補(bǔ)能問題，解決實(shí)際船用鋰電池、續(xù)航時間短，不耐寒的技術(shù)問題，提出一種使用船舶發(fā)電系統(tǒng)，包括且不限于船載光伏、水面漂浮光伏、風(fēng)力發(fā)電、海浪發(fā)電等新能源發(fā)電方式，通過堿性或質(zhì)子交換膜電解槽，電解水制氫，氫氣存儲，然后供給氫能動力船的系統(tǒng)及方法，通過控制新能源制氫系統(tǒng)和氫燃料電池組發(fā)電，并調(diào)節(jié)緩沖鋰電池系統(tǒng)，起到離岸制氫自補(bǔ)能的作用，在出海長途行駛時，保證氫能動力船的能源供應(yīng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種自補(bǔ)能氫能動力船的自補(bǔ)能單元包括：船舶發(fā)電系統(tǒng)和電解制氫系統(tǒng)；儲氫單元包括：干燥過濾的純化系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)；氫能發(fā)電驅(qū)動單元包括：燃料電池系統(tǒng)、緩沖鋰電、驅(qū)動電機(jī)等，所述船載新能源發(fā)電系統(tǒng)連接到直流母線，直流母線連接有第一dc/dc轉(zhuǎn)換器，所述第一dc/dc轉(zhuǎn)換器連接有電解槽，電解槽電解水后產(chǎn)生的氫氣，凈化處理后，通過管道輸送到儲氫系統(tǒng)，所述儲氫系統(tǒng)連接有氫燃料電池組，所述氫燃料電池組連接有第二dc/dc轉(zhuǎn)換器，所述第二dc/dc轉(zhuǎn)換器通過直流母線分別連接有緩沖鋰電池系統(tǒng)和船舶直流驅(qū)動電機(jī)，所述直流母線還連接有ac/dc和岸電裝置，所述緩沖鋰電池系統(tǒng)通過集中控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行充電和放電。上述所有連接均有集中控制系統(tǒng)通過斷路器開關(guān)進(jìn)行通斷控制；所述系統(tǒng)還包括集中控制系統(tǒng)，所述集中控制系統(tǒng)用于控制。

3、本發(fā)明中，當(dāng)與船舶岸電完成連接后q4、q5閉合，船舶控制器可切換至“制氫位”，交流岸電輸入，通過ac/dc并入直流母線，第一開關(guān)q1閉合，通過第一dc/dc供給電解槽，電解水制氫，產(chǎn)出的氫氣經(jīng)過干燥凈化后壓縮存儲到儲氫系統(tǒng)。

4、作為優(yōu)選，所述第一dc/dc轉(zhuǎn)換器與電解槽之間設(shè)置有第一開關(guān)q7，所述船舶控制器切換至“制氫位”時，所述第一開關(guān)q1閉合。

5、本發(fā)明中，當(dāng)船舶風(fēng)、光、浪等新能源發(fā)電系統(tǒng)完成連接后q3閉合，新能源發(fā)電并入直流母線，船舶集中控制系統(tǒng)切換至“制氫位”，第一開關(guān)q1閉合，通過第一dc/dc供給電解槽，電解水制氫，產(chǎn)出的氫氣經(jīng)過干燥凈化后壓縮存儲到儲氫系統(tǒng)。

6、本發(fā)明中，當(dāng)開關(guān)q2閉合，船舶切換至“行駛位”，氫燃料電池組發(fā)電，驅(qū)動電機(jī)行駛，并對緩沖鋰電池充電；集中監(jiān)控系統(tǒng)控制緩沖鋰電池系統(tǒng)充放電，應(yīng)對氫燃料電池組高負(fù)荷和低負(fù)荷的情況。

7、作為優(yōu)選，所述第二dc/dc轉(zhuǎn)換器與氫燃料電池之間設(shè)置有第二開關(guān)q8；所述船舶控制器切換至“行駛位”時，所述開關(guān)q2和q4閉合。

8、本發(fā)明中，開關(guān)q1用于控制第一dc/dc接入母線，開關(guān)q7用于控制電解槽連接第一dc/dc，開關(guān)q1用于控制船舶控制器切換至“制氫位”；在觸發(fā)船舶控制器切換至“制氫位”后，開關(guān)q1和q7閉合。

9、作為優(yōu)選，所述電解槽包括內(nèi)部的dc/ac變換器以及控制單元，所述電解槽通過遠(yuǎn)程通訊模塊接收集中控制系統(tǒng)的指令。

10、本發(fā)明中，自補(bǔ)能氫能動力船能夠?qū)⒋d新能源發(fā)電產(chǎn)生的直流電用于制氫及驅(qū)動電機(jī)，在岸電斷開時，可通過船載新能源發(fā)電提供船上電解槽制氫、直流驅(qū)動電機(jī)和負(fù)載的供電；自補(bǔ)能氫能動力船內(nèi)部的控制單元能夠接收集中控制系統(tǒng)的指令調(diào)度。

11、作為優(yōu)選，所述集中控制系統(tǒng)還包括有可視化模塊，所述可視化模塊用于將自補(bǔ)能氫能動力船的實(shí)時制氫及儲能信息、燃料電池發(fā)電及船舶動力信息展示出來，所述可視化模塊還連接有用于自補(bǔ)能氫能動力船制氫、儲氫、發(fā)電、驅(qū)動全過程的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

12、本發(fā)明中，所述儲氫系統(tǒng)的氫瓶可采用氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫及固態(tài)儲氫，形態(tài)及數(shù)量根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和排布，儲氫瓶采用結(jié)構(gòu)件進(jìn)行固定。

13、本發(fā)明中，集中控制系統(tǒng)為應(yīng)急電源的總控制中心，分別與船載新能源發(fā)電、電解槽、緩沖鋰電池組、儲氫系統(tǒng)、氫燃料電池組以及dc/dc轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接，并進(jìn)行相應(yīng)的控制；集中控制系統(tǒng)還包括可視化模塊，可視化模塊包括若干個顯示單元，通過顯示單元將實(shí)時發(fā)電信息進(jìn)行展示，此外，由于可視化模塊還連接于監(jiān)測系統(tǒng)，也能夠?qū)⒈O(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。

14、一種自補(bǔ)能氫能動力船，采用上述的一種自補(bǔ)能氫能動力船控制系統(tǒng)，所述以下步驟：

15、s1，將自補(bǔ)能氫能動力船與岸電連接，自動觸發(fā)船舶控制器切換到“制氫位”，岸電可為電解槽提供電力制氫；

16、s2，當(dāng)船舶停止行駛時，q1、q3、q7開關(guān)閉合，船舶控制器切換到“制氫位”，船載新能源發(fā)電可為電解槽提供電力制氫；

17、s3，當(dāng)船舶氫燃料動力行駛時，q2、q4、q8開關(guān)閉合，船舶控制器切換到“行駛位”，氫燃料電池發(fā)電可為直流驅(qū)動電機(jī)提供電力，驅(qū)動船舶行駛；

18、s4，當(dāng)船舶純電行駛時，q3、q4開關(guān)閉合，船舶控制器切換到“行駛位”，新能源發(fā)電與緩沖鋰電池協(xié)同工作，可直接為直流驅(qū)動電機(jī)提供電力，驅(qū)動船舶行駛，富余的電能可儲存到緩沖鋰電池組；

19、s4，市電恢復(fù)正常時，電解槽自動進(jìn)入待機(jī)模式，并且離網(wǎng)切換裝置立即閉合，電解槽即自動進(jìn)入并網(wǎng)模式；

20、s5，自補(bǔ)能氫能動力船停止時，斷開q1、q2、q3、q4、q7、q8與直流母線的電連接開關(guān)，船舶控制器進(jìn)入“停止位”。

21、本發(fā)明中，在氫燃料電池和緩沖鋰電池組的供電量與氫能船所需電量之間進(jìn)行平衡判斷，保證最佳供電方式。

22、本發(fā)明的有益效果是：對于本發(fā)明的一種自補(bǔ)能氫能動力船，通過控制補(bǔ)能單元、儲氫單元、氫燃料電池和驅(qū)動單元，并調(diào)節(jié)緩沖鋰電池系統(tǒng)，起到使船舶綠色可以零碳補(bǔ)能，及零碳行駛的作用；此外，本自補(bǔ)能氫能動力船發(fā)明能夠解決以下問題：1、解決了船用柴油發(fā)動機(jī)對江河及大海的污染問題。2、創(chuàng)新性采用陽光和水制氫解決了船舶長途續(xù)航的自補(bǔ)能問題。3.應(yīng)用氫燃料電池解決了實(shí)際船用鋰電池、續(xù)航時間短，不耐寒的問題。4.創(chuàng)新應(yīng)用氫燃料電池發(fā)電的靜音特性，完美解決了艦艇、潛艇航行的靜音隱身航行問題。

23、圖1是本發(fā)明一種自補(bǔ)能氫能動力船的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；

24、圖2是本發(fā)明一種自補(bǔ)能氫能動力船系統(tǒng)運(yùn)行流程圖；

25、圖3是本發(fā)明一種系統(tǒng)運(yùn)行流程圖的電氣連接示意圖。

26、1、儲氫系統(tǒng)??2、氫燃料電池組??3、緩沖鋰電池??4、電解槽??5、船舶控制系統(tǒng)。