[发明专利]具有飞轮储能系统的电池动力船舶及其使用方法

说明书

本发明提供一种具有飞轮储能系统的电池动力船舶及其使用方法，包括：为船舶航行提供动力的动力电池组、配电装置、能量管理系统、电力电子变换器、飞轮储能系统、推进系统及其它用电负载，配电装置包括主配电板和分配电板，动力电池组、推进系统、飞轮储能系统、分配电板通过不同类型的电力电子变换器连接到主配电板上，其它用电负载连接到分配电板上。本发明所述的具有飞轮储能系统的电池动力船舶及其使用方法，将飞轮储能技术应用于电池动力船舶，通过能量管理系统使飞轮储能系统与动力电池组协调工作，提高了电池动力船舶电力系统的动态响应速度与稳定性，能实现船舶制动时的能量回收，同时对动力电池组起到保护作用，延长其工作寿命。

技术领域

本发明涉及电池动力船舶领域，具体而言，尤其涉及一种具有飞轮储能系统的电池动力船舶及其使用方法。

背景技术

世界航运业日益受到高油价与环保的挑战，节能减排的压力不断增大，绿色船舶成为其中最重要的解决手段和未来船舶发展的主要方向。而作为船舶的新型推进动力—电池动力推进，其已成为世界各国都在深入研究的前沿课题，与传统的船舶动力系统相比，电池动力船舶电力推进系统因其具有调速范围广、安装方便、便于维修、布局灵活、振动和噪音小、零排放、环保性能好等优点，更具优越性。

以氢燃料电池船舶为例，氢燃料电池直接将化学能转化为电能而不经过燃烧，具有洁净、高效、无污染、低噪声、模块结构、高功率密度及连续工作等优点，燃料电池反应生成物是水，不会污染环境，没有运动部件，安静无噪音，运行可靠，维修工作量小，减少运营成本。但是氢燃料电池的输出外特性很软，输出功率太低时会导致燃料电池效率严重下降，并且冷启动困难，动态响应慢，无法实现再生能量回收，此外，负载需求波动会损害燃料电池组、减少其生命周期；类似地，对于采用单一蓄电池供电的电池动力船舶，在运行过程中会经常出现功率大幅波动的情况，此时单一蓄电池难以满足性能要求并且存在寿命缩短的问题。

发明内容

根据上述提出的氢燃料电池的输出外特性很软，输出功率太低时会导致燃料电池效率严重下降，冷启动困难，动态响应慢，无法实现再生能量回收，负载需求波动会损害燃料电池组、减少其生命周期；类似地，对于采用单一蓄电池供电的电池动力船舶，在运行过程中会经常出现功率大幅波动的情况，此时单一蓄电池难以满足性能要求并且存在寿命缩短的技术问题，而提供一种具有飞轮储能系统的电池动力船舶及其使用方法。本发明主要将飞轮储能技术应用于电池动力船舶，通过能量管理系统使飞轮储能系统与动力电池组协调工作，提高了电池动力船舶电力系统的动态响应速度与稳定性，能实现船舶制动时的能量回收，同时对动力电池组起到保护作用，延长其工作寿命。

本发明采用的技术手段如下：

一种具有飞轮储能系统的电池动力船舶，包括：动力电池组、推进系统、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能系统及用电负载，所述配电装置包括主配电板和分配电板，所述主配电板通过电力电子变换器分别连通有用于提供电力的动力电池组、推进系统、飞轮储能系统和分配电板，所述分配电板用于连接用电负载，且所述分配电板为用电负载提供电力；所述飞轮储能系统包括飞轮本体、与所述飞轮本体同轴的可逆式电动/发电机和真空室，所述飞轮本体和可逆式电动/发电机设于所述真空室，且所述可逆式电动/发电机用于驱动所述飞轮本体旋转蓄能，或在飞轮本体的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机发电。

当船舶上的船舶用电功率低于所述动力电池组提供的功率时，所述主配电板将电能分配至飞轮储能系统，驱动所述可逆式电动/发电机旋转，进而带动飞轮本体旋转蓄能。

当船舶上的船舶用电功率高于所述动力电池组提供的功率时，所述飞轮本体惯性旋转驱动下，带动所述可逆式电动/发电机发电，且将电力通过电力电子变换器传输至主配电板。

进一步地，所述的动力电池组为氢燃料电池组，且所述氢燃料电池组连接有储氢罐。

进一步地，所述推进系统包括螺旋桨和驱动所述螺旋桨的推进电机。