CN110304228B - 具有飞轮储能***的电池动力船舶及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有飞轮储能***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***、电力电子变换器、飞轮储能***、推进***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***、飞轮储能***、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***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***使飞轮储能***与动力电池组协调工作，提高了电池动力船舶电力***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。
Description
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***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***相比，电池动力船舶电力推进***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***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***使飞轮储能***与动力电池组协调工作，提高了电池动力船舶电力***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***的电池动力船舶，包括：动力电池组、推进***、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能***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***、飞轮储能***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***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***，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***包括螺旋桨和驱动所述螺旋桨的推进电机。
进一步地，所述飞轮储能***与所述主配电板间设有双向变流器。
进一步地，所述主配电板还连接有燃料发电设备，且所述燃料发电设备采用LNG、柴油，或LNG与柴油的混合燃料。
进一步地，所述的主配电板中的连接母线采用直流母线或交流母线；当所述主配电板中的连接母线采用直流母线，所述的动力电池组通过DC/DC变换器与所述主配电板连接，所述推进***通过变频器及第一DC/AC逆变器与所述主配电板连接，所述分配电板通过变压器、第二DC/AC逆变器与所述主配电板连接；当所述主配电板中的连接母线采用交流母线，所述的动力电池组通过DC/AC逆变器与所述主配电板相连，所述推进***通过变频器及第一AC/AC变换器与主配电板相连，所述分配电板通过第二AC/AC变换器与所述主配电板相连。
进一步地，所述燃料发电设备包括发电机和双燃料发动机，且所述发电机与所述主配电板间设有AC/DC整流器。
本发明还公开了一种上述具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，包括以下步骤：
当船舶在启动、加速、过载等工况下，需要的驱动功率大于动力电池组提供的功率时，在能量管理***的协调下，飞轮储能***工作于放电模式，释放存储的电能，飞轮储能***和动力电池组共同提供推进***需要的功率。
当船舶怠速、低速或减速航行等工况下，动力电池组功率大于驱动功率，动力电池组同时为飞轮储能***和推进***供电，飞轮储能***工作于充电模式，将电能以飞轮旋转动能的形式存储起来。
进一步地，当船舶正常航行时，动力电池组为推进***供电，飞轮储能***工作于保持模式，既不充电，也不放电。当船舶制动时，动力电池组停止工作，飞轮储能***工作于充电模式，吸收储存反馈到电网的再生制动能量。
进一步地，所述的能量管理***包括发电管理子***、负载管理子***和配电管理子***。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用飞轮储能***与动力电池组协调工作，提高了电池动力船舶电力***的动态响应速度与稳定性。
2、采用飞轮储能***，能实现船舶制动时反馈到电网上的再生制动能量回收。
3、采用飞轮储能***与动力电池组协调工作，对动力电池组起到保护作用，动力电池组能长时间、高效、稳定的向外供电，延长其工作寿命。
4、当船舶因动力电池组故障或其它原因失去动力时，飞轮储能***能提供应急电源供电。
5、飞轮储能***对环境无污染，能反复充放电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施方式示意图。
图2为本发明另一种实施方式示意图。
其中：1、储氢罐，2、氢燃料电池组，3、DC/DC变换器，4、主配电板，5、第一DC/AC逆变器，6、变频器，7、推进电机，8、螺旋桨，9、用电负载，10、分配电板，11、变压器，12、第二DC/AC逆变器，13、双向变流器，14、飞轮本体，15、第一磁悬浮轴承，16、真空室，17、可逆式电动/发电机，18、第二磁悬浮轴承，19、AC/DC整流器，20、发电机，21、双燃料发动机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种具有飞轮储能***的电池动力船舶，包括：为船舶航行提供动力的动力电池组、推进***、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能***及用电负载9，所述配电装置包括主配电板和分配电板，所述主配电板4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***、飞轮储能***和分配电板10，此处采用不同类型的电力电子变换器与动力电池组、推进***、飞轮储能***和分配电板10相连接，所述分配电板10用于连接用电负载9，且所述分配电板10为用电负载9提供电力，此处的用电负载9为除了推进***和飞轮储能***意外的其他负载，所述飞轮储能***包括飞轮本体14、与所述飞轮本体14同轴的可逆式电动/发电机17和真空室16，所述飞轮本体14和可逆式电动/发电机17设于所述真空室16，且所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转蓄能，或在飞轮本体14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17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4将电能分配至飞轮储能***，驱动所述可逆式电动/发电机17旋转，进而带动飞轮本体14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14惯性旋转驱动下，带动所述可逆式电动/发电机17发电，且将电力通过电力电子变换器传输至主配电板4。
在本实施方式中，飞轮储能***与动力电池组事务协调工作，采用能量管理***，所述的能量管理***包括发电管理子***、负载管理子***和配电管理子***，发电管理子***提供全船动力、设备和生活用电，配电管理子***控制母线分段的联接和断开，负载管理子***主要对推进器及大功率用电设备进行功率管理和负载限制。
在本实施方式中，所述的动力电池组为氢燃料电池组2，且所述氢燃料电池组2连接有储氢罐1，储氢罐1为氢燃料电池组2提供氢气，氢燃料电池组2通过电化学反应产生电能，因电化学反应不稳定，氢燃料电池组2输出电压变化较大，经过DC/DC变换器3变压稳压后与主配电板4相连并输出电能。当然，在本发明的其他实施方式中，所述动力电池组还可以为其它任何形式的电池，其能够实现供电即可。
在本实施方式中，所述推进***包括螺旋桨8和驱动所述螺旋桨8的推进电机7。
在本实施方式中，所述飞轮储能***与所述主配电板4间设有双向变流器13，所述双向变流器13可以将飞轮储能***发出的电能变换以满足电网的要求。
在本实施方式中，所述的主配电板4中的连接母线采用直流母线或交流母线；当所述主配电板4中的连接母线采用直流母线，所述的动力电池组通过DC/DC变换器3与所述主配电板4连接，所述推进***通过变频器6及第一DC/AC逆变器5与所述主配电板4连接，通过变频器6的变频功能，可以对推进***中的螺旋桨8调速，所述分配电板10通过变压器11、第二DC/AC逆变器12与所述主配电板连接，所述主配电板4采用直流母线，不存在交流配电网的涡流损耗以及线路的无功损耗，并且理论上直流***没有频率偏差、三相电压不平衡和无功补偿等问题，能够有效地改善电能质量，提高电网可靠性。
当所述主配电板4中的连接母线采用交流母线，所述的动力电池组通过DC/AC逆变器与所述主配电板4相连，所述推进***通过变频器及第一AC/AC变换器与主配电板4相连，所述分配电板10通过第二AC/AC变换器与所述主配电板相连。
在本实施方式中，所述可逆式电动/发电机17的驱动轴与安装飞轮本体14的旋转轴同轴设置，且在所述旋转轴的两端分别设有轴承，所述轴承包括位于所述飞轮本体14一侧的第一磁悬浮轴承15和位于所述可逆式电动/发电机17一侧的第二磁悬浮轴承18，用于同真空室16配合，大大降低了飞轮旋转时的能量损耗，减少飞轮储能***工作过程的能量损耗。
在本实施方式中，所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转储能或在飞轮14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17发电；所述的可逆式电动/发电机17采用直流永磁无刷同步电机，工作模式为电动/发电双向可逆式，其结构简单、运行效率高、调速性能好；所述飞轮储能***还设有监测飞轮14转速的监控仪表，所述监控仪表还能够检测第一磁悬浮轴承15和第二磁悬浮轴承18的温度，真空室16真空度等参数，可以精准的检测到飞轮14所储存的能量。
在本实施方式中，如图2所示，所述主配电板4还连接有燃料发电设备，且所述燃料发电设备采用LNG、柴油，或LNG与柴油的混合燃料，所述动力电池组可以和其他发电设备共同为主配电板4提供电力，实现向船舶提供动力，所述燃料发电设备采用的燃料可以是纯LNG、纯柴油、LNG和柴油双燃料或其它任何形式燃料，其目的能够实现辅助发电即可。在本实施方式中，所述燃料发电设备包括发电机20和双燃料发动机21，且所述发电机20与所述主配电板4间设有AC/DC整流器19。
如图所示，一种上述具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，包括以下步骤：
当船舶在启动、加速、过载等工况下，需要的驱动功率大于动力电池组提供的功率时，在能量管理***的协调下，飞轮储能***工作于放电模式，释放存储的电能，飞轮储能***和动力电池组共同提供推进***需要的功率。
当船舶怠速、低速或减速航行等工况下，动力电池组功率大于驱动功率，动力电池组同时为飞轮储能***和推进***供电，飞轮储能***工作于充电模式，将电能以飞轮旋转动能的形式存储起来。
在本实施方式中，当船舶正常航行时，动力电池组为推进***供电，飞轮储能***工作于保持模式，既不充电，也不放电；当船舶制动时，动力电池组停止工作，飞轮储能***工作于充电模式，吸收储存反馈到电网的再生制动能量。
实施例1，如图1所示，本发明提供了一种具有飞轮储能***的电池动力船舶，包括：为船舶航行提供动力的动力电池组、推进***、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能***及用电负载9，所述配电装置包括主配电板和分配电板，所述主配电板4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***、飞轮储能***和分配电板10，此处采用不同类型的电力电子变换器与动力电池组、推进***、飞轮储能***和分配电板10相连接，所述分配电板10用于连接用电负载9，且所述分配电板10为用电负载9提供电力，此处的用电负载9为除了推进***和飞轮储能***意外的其他负载，所述飞轮储能***包括飞轮本体14、与所述飞轮本体14同轴的可逆式电动/发电机17和真空室16，所述飞轮本体14和可逆式电动/发电机17设于所述真空室16，且所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转蓄能，或在飞轮本体14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17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4将电能分配至飞轮储能***，驱动所述可逆式电动/发电机17旋转，进而带动飞轮本体14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14惯性旋转驱动下，带动所述可逆式电动/发电机17发电，且将电力通过电力电子变换器传输至主配电板4。
在本实施例中，飞轮储能***与动力电池组事务协调工作，采用能量管理***，所述的能量管理***包括发电管理子***、负载管理子***和配电管理子***，发电管理子***提供全船动力、设备和生活用电，配电管理子***控制母线分段的联接和断开，负载管理子***主要对推进器及大功率用电设备进行功率管理和负载限制。
在本实施例中，所述的动力电池组为氢燃料电池组2，且所述氢燃料电池组2连接有储氢罐1，储氢罐1为氢燃料电池组2提供氢气，氢燃料电池组2通过电化学反应产生电能，因电化学反应不稳定，氢燃料电池组2输出电压变化较大，经过DC/DC变换器3变压稳压后与主配电板4相连并输出电能。当然，在本发明的其他实施方式中，所述动力电池组还可以为其它任何形式的电池，其能够实现供电即可。
在本实施例中，所述推进***包括螺旋桨8和驱动所述螺旋桨8的推进电机7。
在本实施例中，所述飞轮储能***与所述主配电板4间设有双向变流器13，所述双向变流器13可以将飞轮储能***发出的电能变换以满足电网的要求。
在本实施例中，所述的主配电板4中的连接母线采用直流母线，所述的动力电池组通过DC/DC变换器3与所述主配电板4连接，所述推进***通过变频器6及第一DC/AC逆变器5与所述主配电板4连接，通过变频器6的变频功能，可以对推进***中的螺旋桨8调速，所述分配电板10通过变压器11、第二DC/AC逆变器12与所述主配电板连接，所述主配电板4采用直流母线，不存在交流配电网的涡流损耗以及线路的无功损耗，并且理论上直流***没有频率偏差、三相电压不平衡和无功补偿等问题，能够有效地改善电能质量，提高电网可靠性。
在本实施例中，所述可逆式电动/发电机17的驱动轴与安装飞轮本体14的旋转轴同轴设置，且在所述旋转轴的两端分别设有轴承，所述轴承包括位于所述飞轮本体14一侧的第一磁悬浮轴承15和位于所述可逆式电动/发电机17一侧的第二磁悬浮轴承18，用于同真空室16配合，大大降低了飞轮旋转时的能量损耗，减少飞轮储能***工作过程的能量损耗。
在本实施例中，所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转储能或在飞轮14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17发电；所述的可逆式电动/发电机17采用直流永磁无刷同步电机，工作模式为电动/发电双向可逆式，其结构简单、运行效率高、调速性能好；所述飞轮储能***还设有监测飞轮14转速的监控仪表，所述监控仪表还能够检测第一磁悬浮轴承15和第二磁悬浮轴承18的温度，真空室16真空度等参数，可以精准的检测到飞轮14所储存的能量。
实施例2，如图1所示，本发明提供了一种实施1所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，包括以下步骤：
船舶正常航行时，氢燃料电池组2为推进***及其它用电负载9供电，飞轮储能***工作于保持模式，既不充电，也不放电。
当船舶在加速、过载等工况下需要的驱动功率大于氢燃料电池组2可以提供的功率时，在能量管理***的协调下，飞轮储能***工作于放电模式，可逆式电动/发电机17以发电机形式工作，旋转的飞轮14依靠惯性带动发电机17发电，释放存储的电能，飞轮储能***和氢燃料电池组2共同提供推进***需要的功率。
当船舶怠速、低速或减速航行等工况下，氢燃料电池组2功率大于驱动功率，氢燃料电池2组同时为飞轮储能***和推进***供电，飞轮储能***工作于充电模式，可逆式电动/发电机17以电动机形式工作，带动同轴的飞轮14加速旋转，将电能以飞轮14旋转的动能的形式存储起来；氢燃料电池组2能保持较稳定的输出功率，以较高效率长时间工作。
当船舶制动时，推进电机7处于回馈发电状态，此时氢燃料电池组2停止工作，飞轮储能***工作于充电模式，可以吸收储存反馈到电网的再生制动能量。
当氢燃料电池组2从冷态启动到正常运行过程中，或当氢燃料电池组2因突发故障不能输出电能，电力推进***靠飞轮储能***应急供电。
实施例3，如图2所示，本发明提供了一种具有飞轮储能***的电池动力船舶，包括：为船舶航行提供动力的动力电池组、燃料发电设备、推进***、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能***及用电负载9，所述配电装置包括主配电板和分配电板，所述主配电板4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、燃料发电设备、推进***、飞轮储能***和分配电板10，此处采用不同类型的电力电子变换器与动力电池组、推进***、飞轮储能***和分配电板10相连接，所述分配电板10用于连接用电负载9，且所述分配电板10为用电负载9提供电力，此处的用电负载9为除了推进***和飞轮储能***意外的其他负载，所述飞轮储能***包括飞轮本体14、与所述飞轮本体14同轴的可逆式电动/发电机17和真空室16，所述飞轮本体14和可逆式电动/发电机17设于所述真空室16，且所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转蓄能，或在飞轮本体14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17发电。
在本实施例中，所述燃料发电设备采用LNG、柴油，或LNG与柴油的混合燃料，所述动力电池组可以和其他发电设备共同为主配电板4提供电力，实现向船舶提供动力，所述燃料发电设备采用的燃料可以是纯LNG、纯柴油、LNG和柴油双燃料或其它任何形式燃料，其目的能够实现辅助发电即可。在本实施方式中，所述燃料发电设备包括发电机20和双燃料发动机21，且所述发电机20与所述主配电板4间设有AC/DC整流器19。
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4将电能分配至飞轮储能***，驱动所述可逆式电动/发电机17旋转，进而带动飞轮本体14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14惯性旋转驱动下，带动所述可逆式电动/发电机17发电，且将电力通过电力电子变换器传输至主配电板4。
在本实施例中，飞轮储能***与动力电池组事务协调工作，采用能量管理***，所述的能量管理***包括发电管理子***、负载管理子***和配电管理子***，发电管理子***提供全船动力、设备和生活用电，配电管理子***控制母线分段的联接和断开，负载管理子***主要对推进器及大功率用电设备进行功率管理和负载限制。
在本实施例中，所述的动力电池组为氢燃料电池组2，且所述氢燃料电池组2连接有储氢罐1，储氢罐1为氢燃料电池组2提供氢气，氢燃料电池组2通过电化学反应产生电能，因电化学反应不稳定，氢燃料电池组2输出电压变化较大，经过DC/DC变换器3变压稳压后与主配电板4相连并输出电能。当然，在本发明的其他实施方式中，所述动力电池组还可以为其它任何形式的电池，其能够实现供电即可。
在本实施例中，所述推进***包括螺旋桨8和驱动所述螺旋桨8的推进电机7。
在本实施例中，所述飞轮储能***与所述主配电板4间设有双向变流器13，所述双向变流器13可以将飞轮储能***发出的电能变换以满足电网的要求。
在本实施例中，所述的主配电板4中的连接母线采用直流母线，所述的动力电池组通过DC/DC变换器3与所述主配电板4连接，所述推进***通过变频器6及第一DC/AC逆变器5与所述主配电板4连接，通过变频器6的变频功能，可以对推进***中的螺旋桨8调速，所述分配电板10通过变压器11、第二DC/AC逆变器12与所述主配电板连接，所述主配电板4采用直流母线，不存在交流配电网的涡流损耗以及线路的无功损耗，并且理论上直流***没有频率偏差、三相电压不平衡和无功补偿等问题，能够有效地改善电能质量，提高电网可靠性。
在本实施例中，所述可逆式电动/发电机17的驱动轴与安装飞轮本体14的旋转轴同轴设置，且在所述旋转轴的两端分别设有轴承，所述轴承包括位于所述飞轮本体14一侧的第一磁悬浮轴承15和位于所述可逆式电动/发电机17一侧的第二磁悬浮轴承18，用于同真空室16配合，大大降低了飞轮旋转时的能量损耗，减少飞轮储能***工作过程的能量损耗。
在本实施例中，所述可逆式电动/发电机17用于驱动所述飞轮本体14旋转储能或在飞轮14的惯性旋转驱动下带动所述可逆式电动/发电机17发电；所述的可逆式电动/发电机17采用直流永磁无刷同步电机，工作模式为电动/发电双向可逆式，其结构简单、运行效率高、调速性能好；所述飞轮储能***还设有监测飞轮14转速的监控仪表，所述监控仪表还能够检测第一磁悬浮轴承15和第二磁悬浮轴承18的温度，真空室16真空度等参数，可以精准的检测到飞轮14所储存的能量。
实施例4，如图2所示，本发明提供了一种实施3所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，包括以下步骤：
与实施例2相比，氢燃料电池组2可与双燃料发动机21一起为电网供电，正常航行时，主要由双燃料发动机21带动发电机20发电，经过AC/DC整流器后为船舶电网供电，当船舶重载时，氢燃料电池组2和双燃料发动机21共同供电，双燃料发动机21提供基本不变的基础载荷，发动机21工作于最高效率点，超出的载荷部分由氢燃料电池组2提供，当负载需求功率突然增大时，飞轮储能***能快速释放能量满足负载需求，有效的保护氢燃料电池组2。
在本实施中，氢燃料电池组2的容量满足船舶进出港口所需，可以减少发动机21运行，在港口停泊期间，也可使用燃料电池组2作为日常生活负荷电力的补充，降低港口区域噪音和污染水平。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种具有飞轮储能***的电池动力船舶，其特征在于，包括：动力电池组、推进***、配电装置、电力电子变换器、飞轮储能***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***、飞轮储能***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***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***，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；
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；
所述推进***包括螺旋桨和驱动所述螺旋桨的推进电机；
所述飞轮储能***与所述主配电板间设有双向变流器；
所述主配电板还连接有燃料发电设备，且所述燃料发电设备采用LNG、柴油，或LNG与柴油的混合燃料；
所述的主配电板中的连接母线采用直流母线或交流母线；
当所述主配电板中的连接母线采用直流母线，所述的动力电池组通过DC/DC变换器与所述主配电板连接，所述推进***通过变频器及第一DC/AC逆变器与所述主配电板连接，所述分配电板通过变压器、第二DC/AC逆变器与所述主配电板连接；
当所述主配电板中的连接母线采用交流母线，所述的动力电池组通过DC/AC逆变器与所述主配电板相连，所述推进***通过变频器及第一AC/AC变换器与主配电板相连，所述分配电板通过第二AC/AC变换器与所述主配电板相连。
2.根据权利要求1所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶，其特征在于，所述燃料发电设备包括发电机和双燃料发动机，且所述发电机与所述主配电板间设有AC/DC整流器。
3.一种上述权利要求1所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
当船舶在启动、加速、过载等工况下，需要的驱动功率大于动力电池组提供的功率时，在能量管理***的协调下，飞轮储能***工作于放电模式，释放存储的电能，飞轮储能***和动力电池组共同提供推进***需要的功率；
当船舶怠速、低速或减速航行等工况下，动力电池组功率大于驱动功率，动力电池组同时为飞轮储能***和推进***供电，飞轮储能***工作于充电模式，将电能以飞轮旋转动能的形式存储起来。
4.根据权利要求3所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，其特征在于，
当船舶正常航行时，动力电池组为推进***供电，飞轮储能***工作于保持模式，既不充电，也不放电；
当船舶制动时，动力电池组停止工作，飞轮储能***工作于充电模式，吸收储存反馈到电网的再生制动能量。
5.根据权利要求3所述的具有飞轮储能***的电池动力船舶的使用方法，其特征在于，所述的能量管理***包括发电管理子***、负载管理子***和配电管理子***。
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