[发明专利]一种适用于小型高速无人艇的多工况油电混合推进系统

说明书

一种适用于小型高速无人艇的多工况油电混合推进系统，属于船舶动力系统技术领域。该系统主要由发动机、两个离合器、动力分离与合成装置、主发电机/辅电动机、主电动机/辅发电机、两个变流器、锂离子蓄电池组、电池电源充电器、螺旋桨推进器组成。可以构成纯电动、油电轻混、油电强混三种工作模式，三种工作模式可根据实际工况进行切换。这种推进系统通过发动机、电动机的有效配合，可充分利用电动机扭矩大且低转速时功率输出高的特性和发动机大功率输出出现在高转速区的特性，使发动机、电动机始终在最高效率区工作，可以实现良好的燃油经济性和排放性能，同时提高了船舶的可靠性与机动性、增强了续航能力和自持力，具备适应多工况作业的能力。

技术领域

本发明涉及一种适用于小型高速无人艇的多工况油电混合推进系统，属于船舶动力系统技术领域。

背景技术

在全球化进程中，船舶与航运发挥了不可取代的作用，但与此同时，船舶和航运业在管控温室气体排放及应对气候变化方面的速度却远远落后于全球其他行业去碳化的进程。转变发展方式、开展绿色航运已经成为船舶行业乃至整个航运业的共识。而油电混合型船舶由于其经济性和环保性方面的优势，已经成为船舶行业的一大热门。

目前国内外油电混合型船舶动力系统的模式主要有：串联式柴电混合动力系统；PTO/PTI可逆电机模式柴电混合动力系统。串联式柴电混合动力系统基本原理是将由主推进柴油机带动的螺旋桨和由主发电机/辅电动机供电的全回转吊舱组合用于推进，两个螺旋桨安装在没有物理连接的同一轴线上；PTO/PTI可逆电机模式柴电混合动力系统，其中电机既可以做发电机用，也可以逆变成电动机使用，从而实现混合动力的目的。

上述各种模式下的混合动力推进系统虽然降低了船舶主机运行过程中的油耗与污染，也在一定程度上实现了节能减排、降低运营成本的目标，但各个系统的研究设计大多都针对于大型远洋船舶，真正应用于小船的并不多。

无人艇方面，目前多个国家都开展了无人艇技术的相关研究,美国和以色列在无人艇研究和应用方面走在世界前列,国内对无人艇的研究还处在概念设计阶段,与国外相比还有较大的差距。一般的小型无人艇具备巡逻安防、地貌测绘、水产养殖、遥控测量等一种或多种功能，甚至可搭载水下机器人、无人机等，因此对自主航行、自带避障、续航能力和航速、船舶动力系统的性能等要求较高。而现有的小型无人艇多采用单一的电动或燃油驱动，存在着或自主航行性能差、操纵性低，或经济性和环保性低、可靠性差等问题，或不能满足航速范围宽、续航力大的需要等。

发明内容

针对上述现状和相关技术存在的问题，本发明提供了一种适用于小型高速无人艇的多工况油电混合推进系统。该发明旨在通过发动机、电动机的有效配合，达到节能减排、提高可靠性与机动性、增强续航能力的效果。

本发明所采取的技术方案为：一种适用于小型高速无人艇的多工况油电混合推进系统，它包括燃油舱、供油泵、发动机、第一离合器和螺旋桨推进器，它还包括第二离合器、动力分离与合成装置、主发电机/辅电动机、主电动机/辅发电机、第一变流器、第二变流器、锂离子蓄电池组和电池电源充电器，所述燃油舱通过供油泵与发动机连接,发动机与动力分离与合成装置之间安装有第一离合器，动力分离与合成装置机械连接主发电机/辅电动机；所述主发电机/辅电动机通过第二变流器与锂离子蓄电池组电连接，锂离子蓄电池组还连接外接充电的电池电源充电器；所述动力分离与合成装置与主电动机/辅发电机之间安装有第二离合器，主电动机/辅发电机不仅通过第一变流器与锂离子蓄电池组电连接，还连接螺旋桨推进器；所述主发电机/辅电动机和主电动机/辅发电机均采用交流电动、发电两用电机；所述油电混合推进系统包括纯电动模式、油电轻混模式和油电强混模式，所述纯电动模式包含单电动机驱动工作状态和双电动机驱动工作状态；所述油电轻混模式包含发动机单独驱动并带动辅发电机发电工作状态和发动机带动主发电机发电工作状态；所述油电强混模式包含发动机、主电动机和辅电动机联合驱动工作状态和发动机、主电动机混合驱动并带动主发电机发电工作状态。