一种船用内燃机与燃料电池的混合动力系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112078772A(43)申请公布日2020.12.15(21)申请号202010886324.5(22)申请日2020.08.28(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人陈志凌尹必峰解玄孙闫贾和坤唐捷旭方谊茂许晟(51)Int.Cl.B63H21/20(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种船用内燃机与燃料电池的混合动力系统及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种船用内燃机与燃料电池的混合动力系统及其控制方法，包括内燃机发电组件、燃料电池组件、蓄电池组、母线、驱动电机组件、动力耦合装置、螺旋桨、直流用电设备和交流用电设备，所述内燃机发电组件和燃料电池组件产生的电能输出至母线；所述蓄电池组与母线连接；所述母线分别给驱动电机组件、直流用电设备和交流用电设备提供电能；所述驱动电机组件通过动力耦合装置驱动螺旋桨旋转。有益效果：本发明提高了整个动力系统的燃料经济性；提高了燃料电池组件的发电效率和能源回收率。实现燃料电池进气量的稳定控制；利用迭代学习控制算法对电动阀门进行控制，实现不同工况下对燃料电池准确、快速的气体供给。CN112078772ACN112078772A权利要求书1/2页1.一种船用内燃机与燃料电池的混合动力系统，其特征在于：包括内燃机发电组件（1）、燃料电池组件（2）、蓄电池组（3）、母线（4）、驱动电机组件（5）、动力耦合装置（6）、螺旋桨（7）、直流用电设备（8）和交流用电设备（9），所述内燃机发电组件（1）包括至少两组相互并联的内燃机发电单元，所述内燃机发电单元包括内燃机本体（11）、发电机（12）和高压整流模块（13），所述内燃机本体（11）驱动发电机（12），发电机（12）产生的电能通过高压整流模块（13）整流后输出至母线（4）；所述燃料电池组件（2）包括至少两组相互并联的燃料电池发电单元，所述燃料电池发电单元包括燃料电池本体（21）和燃料电池变压器（22），所述燃料电池本体（21）产生的电能通过燃料电池变压器（22）变压后输出至母线（4）；所述蓄电池组（3）与母线（4）连接；所述母线（4）分别给驱动电机组件（5）、直流用电设备（8）和交流用电设备（9）提供电能；所述驱动电机组件（5）包括至少两组并联的电机驱动单元，所述电机驱动单元包括驱动电机（51）和电机控制器（52），所述驱动电机（51）通过动力耦合装置（6）驱动螺旋桨（7）旋转。2.根据权利要求1所述的船用内燃机与燃料电池的混合动力系统，其特征在于：所述内燃机发电组件（1）和燃料电池组件（2）同时连接有燃料供给系统（10），所述燃料供给系统（10）包括甲醇罐（101）、内燃机燃料泵（102）、燃料电池燃料泵（103）和甲醇重整器（104）；所述内燃机燃料泵（102）将甲醇罐（101）中的甲醇输送至内燃机本体（11），所述燃料电池燃料泵（103）将甲醇罐（101）中的甲醇输送至甲醇重整器（104），所述甲醇重整器（104）产生的氢气进入燃料电池本体（21）的阳极；所述内燃机本体（11）的排气管连接有第一叶轮（14），所述第一叶轮（14）连接有第一增压涡轮（15），所述内燃机本体（11）的尾气汇集后对甲醇重整器（104）进行加热，并驱动第一叶轮（14）旋转，所述第一叶轮（14）驱动第一增压涡轮（15）旋转，所述第一增压涡轮（15）产生的压缩空气输送至燃料电池本体（21）的阴极；所述燃料电池本体（21）的排气管连接有第二叶轮（23），所述第二叶轮（23）连接有第二增压涡轮（24），所述燃料电池本体（21）产生的尾气驱动第二叶轮（23）旋转，所述第二叶轮（23）驱动第二增压涡轮（24）工作，第二增压涡轮（24）产生的压缩空气输送至燃料电池本体（21）的阴极。3.根据权利要求2所述的船用内燃机与燃料电池的混合动力系统，其特征在于：所述第二叶轮（23）与第二增压涡轮（24）之间设有双轴电机（25）和同步装置（26），所述第二叶轮（23）通过同步装置（26）与双轴电机（25）一端连接，所述双轴电机（25）另一端与第二增压涡轮（24）连接，所述双轴电机（25）转速大于第二叶轮（23）转速时，第二叶轮（23）通过同步装置（26）与双轴电机（25）分离，当双轴电机（25）转速小于等于第二叶轮（23）转速时，第二叶轮（23）通过同步装置（26）与双轴电机（25）啮合，第二叶轮（23）驱动双轴电机（25）旋转进而驱动第二增压涡轮（24）工作。4.根据权利要求3所述的船用内燃机与燃料电池的混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池本体（21）的阴极入口处设有第一空气流量计（27）、电动阀门（28）和第二空气流量计（29），第一空气