一种自补能氢能动力船的制作方法

本发明涉及新能源船舶离岸补能，尤其是一种自补能氢能动力船。

背景技术：

1、船舶作为重要的水面运输交通工具，被用广泛应用于内河运输及海上运输。目前的船舶驱动方式均为柴油的，存在目前柴油动力船存在环境影响大、能源依赖性高、能源效率低、维护成本高和安全隐患等问题和困难。柴油动力船使用化石燃料产生大量污染物，对环境造成不利影响，同时对有限的能源资源依赖性高，维护成本昂贵，存在安全隐患。将水面移动船舶改为氢能船舶意味着减少碳排放和空气污染，降低对化石燃料的依赖，推动技术创新并增加航运业的可持续性。这将有助于改善环境、提高能源利用效率，并推动航运业朝着更加可持续的方向发展。现有的船舶动力系统主要有两种：柴油动力和锂电池驱动；柴油需要靠港加油，且排放污染气体和污染颗粒物，不符合低碳环保的要求；锂电池驱动船，存在锂电池组能量密度低，充电速度慢，换点过于频繁，不符合大部分船舶需要一次补能长途行驶的要求；故现有的船舶技术不能完全满足绿色环保、供能时间长、补能时间短、无噪音的要求。同时，由于化石能源的资源性缺乏问题、致使区域性油荒、锂电池的寿命短、电芯安全性低以及旧电池回收的污染、环保等问题，促使需要一种新的船舶动力能源及可持续的补能方法。本发明提出一种自补能氢能动力船，解决船用柴油发动机对江河的污染问题，解决船舶长途续航，加油难、补电难的自补能问题，解决实际船用锂电池、续航时间短，不耐寒的技术问题。

2、在中国专利文献上公开的“船上氢燃料制备系统及其制氢方法”，其公开号为cn114142061a，公开了一种船上氢燃料制备系统及其制氢方法,涉及船上燃料制备技术领域,通过在船上放置用于储放液态天然气的天然气储存舱,天然气储存舱中的天然气蒸发器直接进入到加热器中,天然气储存舱中的液态天然气通过低温蒸发器将液态天然气变成低温天然气,低温天然气进入到加热器中,加热器提高天然气的温度,并将加热后的天然气输送到天然气制氢装置中,利用天然气制氢装置将天然气转变为氢气,氢气作为燃料供船上动力系统或电力系统使用。；但是公开号为cn114142061a的中国专利具有良好的制氢效果，但其需要靠岸补充压缩天然气，并不能解决船舶不靠岸，自行制氢及补能的问题。

技术实现思路

1、本发明提出一种自补能氢能动力船，解决船用柴油发动机对江河的污染问题，解决船舶长途续航，加油难、补电难的自补能问题，解决实际船用锂电池、续航时间短，不耐寒的技术问题，提出一种使用船舶发电系统，包括且不限于船载光伏、水面漂浮光伏、风力发电、海浪发电等新能源发电方式，通过碱性或质子交换膜电解槽，电解水制氢，氢气存储，然后供给氢能动力船的系统及方法，通过控制新能源制氢系统和氢燃料电池组发电，并调节缓冲锂电池系统，起到离岸制氢自补能的作用，在出海长途行驶时，保证氢能动力船的能源供应。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种自补能氢能动力船的自补能单元包括：船舶发电系统和电解制氢系统；储氢单元包括：干燥过滤的纯化系统、增压系统、储氢系统；氢能发电驱动单元包括：燃料电池系统、缓冲锂电、驱动电机等，所述船载新能源发电系统连接到直流母线，直流母线连接有第一dc/dc转换器，所述第一dc/dc转换器连接有电解槽，电解槽电解水后产生的氢气，净化处理后，通过管道输送到储氢系统，所述储氢系统连接有氢燃料电池组，所述氢燃料电池组连接有第二dc/dc转换器，所述第二dc/dc转换器通过直流母线分别连接有缓冲锂电池系统和船舶直流驱动电机，所述直流母线还连接有ac/dc和岸电装置，所述缓冲锂电池系统通过集中控制系统的指令进行充电和放电。上述所有连接均有集中控制系统通过断路器开关进行通断控制；所述系统还包括集中控制系统，所述集中控制系统用于控制。

3、本发明中，当与船舶岸电完成连接后q4、q5闭合，船舶控制器可切换至“制氢位”，交流岸电输入，通过ac/dc并入直流母线，第一开关q1闭合，通过第一dc/dc供给电解槽，电解水制氢，产出的氢气经过干燥净化后压缩存储到储氢系统。

4、作为优选，所述第一dc/dc转换器与电解槽之间设置有第一开关q7，所述船舶控制器切换至“制氢位”时，所述第一开关q1闭合。

5、本发明中，当船舶风、光、浪等新能源发电系统完成连接后q3闭合，新能源发电并入直流母线，船舶集中控制系统切换至“制氢位”，第一开关q1闭合，通过第一dc/dc供给电解槽，电解水制氢，产出的氢气经过干燥净化后压缩存储到储氢系统。

6、本发明中，当开关q2闭合，船舶切换至“行驶位”，氢燃料电池组发电，驱动电机行驶，并对缓冲锂电池充电；集中监控系统控制缓冲锂电池系统充放电，应对氢燃料电池组高负荷和低负荷的情况。

7、作为优选，所述第二dc/dc转换器与氢燃料电池之间设置有第二开关q8；所述船舶控制器切换至“行驶位”时，所述开关q2和q4闭合。

8、本发明中，开关q1用于控制第一dc/dc接入母线，开关q7用于控制电解槽连接第一dc/dc，开关q1用于控制船舶控制器切换至“制氢位”；在触发船舶控制器切换至“制氢位”后，开关q1和q7闭合。

9、作为优选，所述电解槽包括内部的dc/ac变换器以及控制单元，所述电解槽通过远程通讯模块接收集中控制系统的指令。

10、本发明中，自补能氢能动力船能够将船载新能源发电产生的直流电用于制氢及驱动电机，在岸电断开时，可通过船载新能源发电提供船上电解槽制氢、直流驱动电机和负载的供电；自补能氢能动力船内部的控制单元能够接收集中控制系统的指令调度。

11、作为优选，所述集中控制系统还包括有可视化模块，所述可视化模块用于将自补能氢能动力船的实时制氢及储能信息、燃料电池发电及船舶动力信息展示出来，所述可视化模块还连接有用于自补能氢能动力船制氢、储氢、发电、驱动全过程的安全监测系统。

12、本发明中，所述储氢系统的氢瓶可采用气态储氢、液态储氢及固态储氢，形态及数量根据实际需求进行设计和排布，储氢瓶采用结构件进行固定。

13、本发明中，集中控制系统为应急电源的总控制中心，分别与船载新能源发电、电解槽、缓冲锂电池组、储氢系统、氢燃料电池组以及dc/dc转换器进行连接，并进行相应的控制；集中控制系统还包括可视化模块，可视化模块包括若干个显示单元，通过显示单元将实时发电信息进行展示，此外，由于可视化模块还连接于监测系统，也能够将监测系统监测得到的数据进行可视化展示。

14、一种自补能氢能动力船，采用上述的一种自补能氢能动力船控制系统，所述以下步骤：

15、s1，将自补能氢能动力船与岸电连接，自动触发船舶控制器切换到“制氢位”，岸电可为电解槽提供电力制氢；

16、s2，当船舶停止行驶时，q1、q3、q7开关闭合，船舶控制器切换到“制氢位”，船载新能源发电可为电解槽提供电力制氢；

17、s3，当船舶氢燃料动力行驶时，q2、q4、q8开关闭合，船舶控制器切换到“行驶位”，氢燃料电池发电可为直流驱动电机提供电力，驱动船舶行驶；

18、s4，当船舶纯电行驶时，q3、q4开关闭合，船舶控制器切换到“行驶位”，新能源发电与缓冲锂电池协同工作，可直接为直流驱动电机提供电力，驱动船舶行驶，富余的电能可储存到缓冲锂电池组；

19、s4，市电恢复正常时，电解槽自动进入待机模式，并且离网切换装置立即闭合，电解槽即自动进入并网模式；

20、s5，自补能氢能动力船停止时，断开q1、q2、q3、q4、q7、q8与直流母线的电连接开关，船舶控制器进入“停止位”。

21、本发明中，在氢燃料电池和缓冲锂电池组的供电量与氢能船所需电量之间进行平衡判断，保证最佳供电方式。

22、本发明的有益效果是：对于本发明的一种自补能氢能动力船，通过控制补能单元、储氢单元、氢燃料电池和驱动单元，并调节缓冲锂电池系统，起到使船舶绿色可以零碳补能，及零碳行驶的作用；此外，本自补能氢能动力船发明能够解决以下问题：1、解决了船用柴油发动机对江河及大海的污染问题。2、创新性采用阳光和水制氢解决了船舶长途续航的自补能问题。3.应用氢燃料电池解决了实际船用锂电池、续航时间短，不耐寒的问题。4.创新应用氢燃料电池发电的静音特性，完美解决了舰艇、潜艇航行的静音隐身航行问题。

23、图1是本发明一种自补能氢能动力船的系统架构示意图；

24、图2是本发明一种自补能氢能动力船系统运行流程图；

25、图3是本发明一种系统运行流程图的电气连接示意图。

26、1、储氢系统  2、氢燃料电池组  3、缓冲锂电池  4、电解槽  5、船舶控制系统。