一种船舶用燃料电池动力系统的制作方法

本技术涉及船舶燃料供应，具体涉及一种船舶用燃料电池动力系统。

背景技术：

1、随着环保法规的愈加严格，船舶行业面临严格的“减碳”“零碳”压力，燃料电池作为船舶实现“零碳”排放的一种动力型式，愈发受到业界的关注。但是作为燃料电池燃料的氢气，具有特殊的理化特性，导致船舶应用燃料电池时受到安全性、可靠性等方面的严格限制，这也成了燃料电池在船舶行业推广过程中的重大难题。

技术实现思路

1、本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种船舶用燃料电池动力系统，结构布局合理，带有冗余结构设计，安全性高。

2、本实用新型保护一种船舶用燃料电池动力系统，包括第一储氢装置以及两组相互并联的燃料动力模块；两组所述燃料动力模块分别与所述第一储氢装置连接；所述船舶包括船舱、主甲板、驾驶甲板以及罗经甲板；所述船舱设于主甲板下端，并设有燃料电池舱；所述驾驶甲板高于所述主甲板；所述罗经甲板高于所述驾驶甲板；所述第一储氢装置设于所述罗经甲板上，通过储氢管道与所述燃料电池连接；所述燃料动力模块包括燃料电池以及通过管道与燃料电池连接的阴极排气口和阳极排气口；所述燃料电池设于所述燃料电池舱中；所述阴极排气口设于所述主甲板一侧；所述阳极排气口设于所述罗经甲板上。

3、两组燃料动力模块并联的方式，为冗余设计，当一侧出现故障时或者检修时，备用的燃料动力模块可以启用。所述第一储氢装置主要为燃料动力模块提供氢源；由于氢的扩散性与挥发性几乎是所有气体中最强的，因此，防止氢气泄漏的解决方案是本发明提供的一种船用燃料电池动力系统所重点考虑的措施。在本实用新型中，对阴极排气口和阳极排气口的排气方案和排气口位置进行了科学的论证和布局，并结合了船舶结构设计的特点，能够提高船舶整体的安全性。且本实用新型的第一储氢装置位于罗经甲板上，由于罗经甲板位置位于全船的顶部，通风良好，只需适当的遮盖装置即可对第一储氢装置进行有效的保护；同时，由于氢的特殊性质，一旦储氢装置发生泄漏或其他危险，氢气会向上逃逸或向上爆炸，不会对船舶人员造成影响。

4、由于燃料电池的阳极反应后会产生废气，废气可以通过阳极排气口释放到大气中，本实用新型的阳极排气口通过排氢管道与燃料电池的阳极出口连接，阳极排气口布置在罗经甲板上，并设置成一定高度，也与第一储氢装置保持一定安全距离，保证阳极排气口与第一储氢装置两者互不影响。

5、本实用新型提出的一种船用燃料电池动力系统无论是整体架构，还是整体布局都是一种创新，为燃料电池在船舶中的大面积应用奠定了良好的基础，值得重点保护。

6、进一步的，所述燃料动力模块还包括燃料电池舱排风扇，所述燃料电池舱排风扇设于所述主甲板的一侧，用于将燃料电池处所内的气体排出燃料电池舱；所述阴极排气口与所述燃料电池舱排风扇并排。

7、燃料电池所代表的发电模块一般限制在燃料电池处所，对燃料电池处所采用强制通风的原则，以燃料电池舱排风扇为驱动力强制将燃料电池处所内的气体排出燃料电池舱，考虑到本实用新型船舶的结构设计，将燃料电池舱排风扇布置在靠近主甲板的位置，同时为了避开对船舶人员的影响，其位置与主甲板上可能存在人走动的围栏避开。

8、而燃料电池阴极反应后的废气通过阴极排气口排出燃料电池舱，其布置原则类似于燃料电池舱排风扇的布置，其具体位置并排、靠近燃料电池舱排风扇。

9、进一步的，所述燃料动力模块还包括燃料电池舱进气口，所述燃料电池舱进气口包括通风帽和燃料电池舱进气管道，所述燃料电池舱进气管道的下端连接所述燃料电池，上端连接所述通风帽，所述通风帽连通外界空气。

10、进一步的，所述通风帽设于主甲板、驾驶甲板或罗经甲板上。

11、由于燃料电池1的空气滤清器、空气压缩机等进气系统需要吸收空气，因此本实用新型还设计了燃料电池舱进气口；使得燃料电池的进气系统直接从燃料电池舱中吸取空气，燃料电池舱的空气由设置在驾驶甲板上的燃料电池舱进气口补充新鲜空气，这种布置不仅可以保证燃料电池工作时空压机等引起的噪音限制或隔离在燃料电池舱中，减少对燃料电池动力船舶舒适性的影响，而且可以加强燃料电池舱及燃料电池处所的通风，减少了可能泄露氢气的聚集。

12、在本实用新型的实施例中燃料电池舱进气口位于驾驶甲板上，由于进气口的位置对燃料电池动力系统的影响较小，因此，其位置可以有多种替代方案，如可以位于类似于燃料电池舱排风扇的左舷或右舷，也可以位于主甲板，甚至是位于罗经甲板之上，均在本技术的保护范围之内。

13、优选的，两组所述燃料动力模块分别设于船舶左舷和右舷，对称设置。

14、进一步的，所述燃料动力模块还包括与燃料电池连接的换热器；所述龙骨式换热器设于所述船舶的底部，浸没于环境水中；环境水通过对换热器热交换实现对燃料电池产生热量的降温。

15、进一步的，所述换热器为龙骨式换热器。

16、本实用新型的燃料电池所代表的发电模块发生电化学反应产生的热量由其冷却液转移至龙骨式换热器，而龙骨式换热器位于船舶的底部，浸没于环境水中，环境水再通过龙骨式换热器将燃料电池内的冷却液降温，实现燃料电池的内部降温，且龙骨式的结构增加了换热器与环境水的接触面积，降温效果更好。

17、进一步的，所述阳极排气口的高度高于所述第一储氢装置；所述阳极排气口距离所述第一储氢装置≥1米。

18、进一步的，本实用新型的船舶用燃料电池动力系统还包括第二储氢装置，所述第二储氢装置与第一储氢装置并联。

19、优选本实用新型的储氢装置也有两套，且两套储氢装置并行连接，提供更好的冗余性，可为两套独立的燃料动力模块提供氢气。另外，第一储氢装置和第二储氢装置的类型可以相同的，也可以是不同的，即第一储氢装置和第二储氢装置可以都是高压储氢，可以是高压储氢与固态储氢的搭配，也可以是液态储氢与固态储氢的搭配，总之采用两套储氢装置并联的模式使得储氢方式或种类具备一定的灵活性或多样性。

20、进一步的，本实用新型的船舶还设有锂电池舱、机电设备舱以及舵桨舱；所述燃料动力模块还包括锂电池组、配电装置以及推进装置；所述锂电池组设于所述锂电池舱中；所述配电装置设于所述机电设备舱中；所述推进装置设于所述舵桨舱中；所述推进装置与所述配电装置电连接；所述锂电池组与所述燃料电池电连接；所述锂电池和燃料电池分别与所述配电装置电连接。

21、本实用新型采用一备一用的原则，互不影响，每套燃料电池所代表的发电模块匹配一组锂电池，进行电电混合，且每组锂电池各自应用独立的岸电接口以用于锂电池的充电，每组锂电池还配备了独立的dc/dc。

22、本实用新型的两套燃料动力模块共用第一储氢装置和第二储氢装置，每套燃料动力模块配备独立的dc/dc，实现独立的电压调制；每组锂电池、燃料电池及配电装置中的直流母排组成独立的配电网络，两套配电网共用日用配电盘，在物理端实现了两套燃料动力模块的分离。功能方面，推进系统所需功率由燃料电池与锂电池协同提供，同时燃料电池基于设计的规则，在锂电池soc小于某一阈值，且符合充电条件时，能够反向为锂电池充电，维持锂电池soc在合理的范围内。为了进一步保证整船的安全，防止任何一套燃料电池或锂电池失效，本实用新型在配电装置中设置了还设置了可控开关，当一侧动力失效时，另一侧的动力可及时通过配电网络进行补充。

23、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

24、本实用新型提供的船用燃料电池动力系统采用一备一用的整体架构，两套燃料电池动力系统互不影响，且两套燃料动力模块共用两套并联的储氢装置，大幅提高船舶的冗余度和可靠性，且储氢装置的布置位置安全，对船舶造成影响度降低至最低；在成本可控的同时，提高了整体的安全性。

25、本实用新型提供的船用燃料电池动力系统，有效利用了船舶自身的空间，将燃料动力模块巧妙地布置在各舱室内，一方面对各模块进行了安全隔离，另一方面为燃料电池的物质和能量交换提供安全、可靠的解决方案。

26、本实用新型针对的燃料电池的阴极排气、阳极排气采用独立的排出方案，直接将废气排出口与大气连通，整个方案降低了阴极、阳极侧的废气泄漏，同时，阴极排气口和阳极排气口的位置巧妙，减少了对船舶及船舶人员的影响，提升了整船设计的安全性。

27、本实用新型燃料电池的进气系统直接从燃料电池舱中吸取空气，燃料电池舱的空气由设置在驾驶甲板上的燃料电池舱进气口补充新鲜空气，这种布置不仅可以保证燃料电池工作时空压机等引起的噪音限制或隔离在燃料电池舱中，减少对燃料电池动力船舶舒适性的影响，而且可以加强燃料电池舱及燃料电池处所的通风，降低了可能泄露氢气聚集的风险。