專利名稱：混合動力推進系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力推進系統(tǒng)，所述混合動力推進系統(tǒng)適合用于那些在操作期間 具有可變動力需求的船舶中，并且本發(fā)明還涉及用于在混合動力推進系統(tǒng)中管理能量流的 系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能治污的成果促使人們不斷研發(fā)和改進用于船舶和用于其他重負荷可變需求 應(yīng)用的推進系統(tǒng)，這些推進系統(tǒng)減少了燃料消耗和有害排放。柴電式推進技術(shù)用在潛水艇 和水面船舶上已有很多年。一般來說，柴油發(fā)動機被耦連到發(fā)電機，而發(fā)電機向一電動機供 電，該電動機被機械地耦連到推進器。已經(jīng)實施了各種類型的組合式循環(huán)推進系統(tǒng)，這些推進系統(tǒng)利用兩個或更多個不 同的動力源(結(jié)合使用或獨立使用)進行推進。例如，CODOG(柴油或燃氣組合式)裝置通 過柴油發(fā)動機或燃氣輪發(fā)動機(但不是兩者同時)提供推進力。與之相反，CODAG(柴油和 燃氣組合式)裝置可同時地以及獨立地允許兩種類型的推進。組合循環(huán)裝置已經(jīng)和柴油 式、柴電式、燃氣渦輪機式和蒸汽渦輪機式推進技術(shù)的各種組合一起使用。新西蘭皇家海軍 的多功能艦船HMNZS Canterbury具有組合式的柴電和柴油(CODLAD)推進系統(tǒng)。美國專利7207652公開了一種船舶推進系統(tǒng)，其中機械傳動軸穿過船體，并且由 位于船內(nèi)的原動機或者在船外部的外殼中的電動機驅(qū)動，機械傳動軸穿過該船舶。這種 布置提供了組合式循環(huán)操作的優(yōu)點，但無需在船的有限內(nèi)部空間內(nèi)布置電動機。在Ueda， N.禾口 Numaguchi，Hajime 的文章 The First Hybrid CRP-POD Driven Fast ROPAX Ferry inthe World(翻譯自 2005 年的 Journal of the JIME Vol. 40,No. 2)中，已將相似類型的 電艙式推進單元和常規(guī)柴油機推進系統(tǒng)結(jié)合。盡管已在各種船舶應(yīng)用的組合式推進系統(tǒng)中取得了上述成果，但是這些組合式系 統(tǒng)已經(jīng)表現(xiàn)出一些令人失望的結(jié)果，特別是在整體燃料和性能效率、減少排放、多功能性、 快速高效響應(yīng)各種推進需求情況的能力等方面。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)中，推進能量可以由以下能量源提供，即直接機械 配置結(jié)構(gòu)中的主發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機或其他類型的原動力發(fā)動機)、電動機_發(fā)電機 (例如柴電式配置結(jié)構(gòu)中的柴油發(fā)電機)、全電式配置結(jié)構(gòu)中的蓄電池、或者這些能量源的 任意組合。船舶膳宿負荷和輔助能量需求(比如絞車和其他操作裝備)也通過混合動力能 量源得到滿足。能量管理系統(tǒng)在可用的能量選擇之間切換，并且響應(yīng)推進負荷的需求、膳宿 負荷和/或輔助能量的需求改變各種能量源的操作和輸出，實現(xiàn)多種操作模式。推進系統(tǒng) 在多種操作模式上進行操作允許優(yōu)化推進系統(tǒng)對各種情況的響應(yīng)，從而提高了整個系統(tǒng)以 及獨立的各能量源的燃料和性能效率，減少了排放并快速高效地滿足了各種能量需求。在 某些實施例中，自動能量管理系統(tǒng)(EMS)實現(xiàn)了基本上連續(xù)可變范圍的系統(tǒng)操作模式，并
5且動態(tài)轉(zhuǎn)變各種能量源的操作以滿足推進能量需求和其他能量需求。本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)是參考船舶推進系統(tǒng)進行描述的，并且合并有船舶推 進設(shè)備配置的創(chuàng)新方案。該系統(tǒng)尤其適合在具有高推進負荷能力要求和可變動力需求的船 舶中使用，其中通常會在間歇的時間段上需要較高的動力。該混合動力推進系統(tǒng)是參考與 雙傳動、雙推進器裝置中的電動機-發(fā)電機單元協(xié)作操作的主發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機) 進行描述的，并且特別設(shè)計成用于船舶(比如拖船)。但是該混合動力推進系統(tǒng)可以在其他 船舶和可變動力需求應(yīng)用中使用，并且可以在單發(fā)動機、單驅(qū)動系和/或單推進器裝置中 實施。額外的能量需求可以得到滿足并且額外的能量源也可以合并到本發(fā)明的系統(tǒng)中。這一混合動力推進系統(tǒng)提供了高效地產(chǎn)生、存儲和利用能量的能力，并且在配置 結(jié)構(gòu)方面提供了相當大的靈活性。本文描述的混合動力推進和能量管理系統(tǒng)使多個主驅(qū) 動發(fā)動機的非必要操作減至最少，僅在其高效范圍內(nèi)操作主驅(qū)動發(fā)動機，并且允許用單發(fā) 動機或較小德爾發(fā)動機來為大量負載提供動力，從而減少燃料消耗和有害排放。該設(shè)計利 用電能存儲和高級動力轉(zhuǎn)化技術(shù)提供了靈活的配置結(jié)構(gòu)，該配置結(jié)構(gòu)通常合并有直接柴油 式、柴電式和全電式推進。該系統(tǒng)可適應(yīng)各種替代性能量源的使用，可在船上獲得和可從輔 助源(比如岸基源)中獲得這樣的能量源時。這種系統(tǒng)的靈活性允許其可被配置成滿足寬 廣范圍的船工作負載循環(huán)和動力要求。推進動力源的新穎布置和控制技術(shù)可由能量管理系統(tǒng)(EMS)操作，很少需要或不 需要操作員控制輸入。根據(jù)某些實施例，EMS能夠配置發(fā)電設(shè)備(包括多個推進動力源)，以 便通過采用智能負荷共享、能量分配和扭矩優(yōu)化技術(shù)在寬廣范圍的推進需求和其他能量需 求上來實現(xiàn)較高效率。以這種方式，在寬廣范圍的所需軸輸出速度上高效利用船舶的(一 個或多個)主推進發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機)和其他能量源。通常，(一個或多個)主發(fā) 動機、(一個或多個)電動機_發(fā)電機、(一個或多個)輔助發(fā)電機和(一個或多個)蓄電 池為推進需求和輔助需求比如“膳宿”負荷(燈光、空調(diào)、家庭水泵等等)，需要動力的輔助 設(shè)備比如絞盤等等提供動力。主推進發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機)通過例如離合器裝置機械地耦連到驅(qū)動系，并 且也連接到在公共驅(qū)動系上布置的電動機-發(fā)電機。來自主推進發(fā)動機的輸出可驅(qū)動推進 輸出軸(例如推進器)或其他電動機-發(fā)電機、或者這兩者，這取決于負荷需求以及選擇或 實施的操作模式。(一個或多個)電動機-發(fā)電機一般可用于作為給電分配系統(tǒng)(例如總 線)供應(yīng)能量的發(fā)電機操作，或作為驅(qū)動輸出軸的電動機操作，這取決于船的推進需求或 負荷以及實施的操作模式。遍布在系統(tǒng)中的電能分配被供應(yīng)給公共總線(一般為直流總線)或從公共總線獲 得供應(yīng)，并且直流(DC)總線和推進電動機-發(fā)電機之間的能量流優(yōu)選是雙向的。雙向流允 許電動機-發(fā)電機在它們具有多余的發(fā)電容量時，將多余的能量供應(yīng)給總線，同時也允許 在可獲得多余能量時，讓電動機_發(fā)電機從總線獲取能量作為推進發(fā)動機操作。主能量分 配總線也一般提供雙向能量流給一個或更多能量存儲系統(tǒng)(例如電池組)，允許在獲得多 余能量時給能量存儲系統(tǒng)充電，并且在需要時從能量存儲系統(tǒng)中獲取能量。也可以將得自 其他船載或輔助系統(tǒng)比如輔助發(fā)電機、岸電、風(fēng)渦輪機、水渦輪機、太陽能和/或光電電池 等等的能量供應(yīng)給主能量分配總線。輔助能量需求，比如膳宿負荷、絞盤和其他操作設(shè)備等 等也可以從主能量分配總線得到滿足。在低需求或負荷期間，推進需求可以通過電池和/或輔助發(fā)電機動力得到滿足并且經(jīng)由主能量分配DC總線和(一個或多個)相應(yīng)轉(zhuǎn)換器供 應(yīng)。在推進需求需要少于產(chǎn)生的動力的100%時，多余的動力可用于給能量存儲系統(tǒng)充電和 /或滿足其他能量需求?；旌蟿恿ο到y(tǒng)一般包括至少兩個提供推進能量的源，其包括至少一個(優(yōu)選是兩 個)與主推進發(fā)動機同軸布置的電動機/發(fā)電機。電動機/發(fā)電機單元優(yōu)選通過離合器連 接到至少一個推進輸出構(gòu)件，比如(一個或多個)推進器和/或Z型驅(qū)動器，或具有類似功 能的裝置，從而允許在(一個或多個)主發(fā)動機不操作時隔離主發(fā)動機并且允許推進驅(qū)動 系和推進輸出構(gòu)件的操作。使用離合器還允許關(guān)聯(lián)的電動機/發(fā)電機作為獨立于推進驅(qū)動 系的發(fā)電機操作。(一個或多個)主推進發(fā)動機可用于驅(qū)動配備在公共驅(qū)動系上的(一個 或多個)電動機/發(fā)電機，其中公共驅(qū)動系上耦連有或沒有耦連Z型驅(qū)動器?？梢栽O(shè)定系統(tǒng)的能量存儲容量的大小，并且根據(jù)需要將其配置成提供滿足最小需 求期間船的推進和輔助需求的能量，并幫助系統(tǒng)滿足超過聯(lián)機(在線)主發(fā)動機容量的短 時間的臨時動力要求。這提供了系統(tǒng)的靈活性并改進了響應(yīng)能力，因為它允許系統(tǒng)橋接了 在需要于較長時間上增加動力需求時使額外發(fā)電容量聯(lián)機所需的時間。在一個實施例中， 以鉛酸電池組的形式來提供化學(xué)儲存?？稍谙到y(tǒng)中額外地或替代性地并入替代類型的電池 和能量存儲裝置。在旋轉(zhuǎn)儲備能量可用時，系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)(EMS)以可能的最高效的 方式來使用可用的動力，以補充能量存儲儲備，同時滿足推進和任何輔助負荷的動力需求?；旌蟿恿ν七M系統(tǒng)通常使用雙總線電氣系統(tǒng)，該雙總線電氣系統(tǒng)具有適當?shù)霓D(zhuǎn)換 器來提供AC和DC總線之間的雙向能量流。一個或更多AC總線一般為膳宿負荷和其他相 對低沖擊的輔助動力需求提供動力，同時DC總線一般是功率分配源，用于所有主要推進需 求和其他高功率需求比如絞盤和其他高功率設(shè)備。(一個或多個)AC總線可從DC總線獲取 能量，并且可額外提供一個或更多個輔助發(fā)電機，以直接給AC總線提供電力。AC總線上的 多余能量可供應(yīng)給DC總線，以提供推進動力并滿足其他系統(tǒng)需求。當多余能量從(一個或 多個)AC總線供應(yīng)給DC總線，并且從DC總線供應(yīng)給(一個或多個)電動機_發(fā)電機以滿 足推進需求時，(一個或多個)輔助發(fā)電機因此間接為推進需求供應(yīng)能量。在一個實施例 中，變頻驅(qū)動器(VFDs)連接在DC總線和(一個或多個)電動機-發(fā)電機之間，并且用于提 供動力來滿足特定的電動機_發(fā)電機速度和/或扭矩要求。通過讓主發(fā)動機在高效率的低排放范圍內(nèi)操作(一個或多個)，并且在需要時從 其他源供應(yīng)推進能量來滿足推進需求和支持發(fā)動機以高效率操作，所述混合動力推進系統(tǒng) 在發(fā)動機操作、燃料消耗和維修要求方面取得了顯著的效果，并減少有害排放。高負荷能力 發(fā)動機和原動機典型地在一般的高輸出范圍內(nèi)能夠最高效地操作，但是它們在低需求操作 期間也會在相當?shù)托У牡洼敵龇秶鷥?nèi)操作。例如，柴油發(fā)動機的特定燃料消耗(SFC) —般 隨負荷減少。對于Caterpillar 3512柴油發(fā)動機，例如在100%負荷時的SFC近似為0. 064 美國加侖/馬力小時，而在25%負荷時的SFC近似為0. 081美國加侖/馬力小時。更低負 荷(比如在船靜止和緩慢通行期間的負荷)時的SFC甚至更高，這極大降低了操作效率并 增加了有害排放。在低功率水平操作的高負荷能力發(fā)動機的高SFC通過產(chǎn)生熱量浪費了能 量，并且由于低效燃燒產(chǎn)生了更高水平的有害廢氣排放。本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)通過操作員或自動系統(tǒng)選擇各種操作模式由EMS操 作，從而以高效方式滿足可變的推進和輔助能量需求。(一個或多個)主發(fā)動機典型地僅在其具有高效率和低SFC的操作范圍內(nèi)操作。這主要減少了在功率曲線的低端處燃料用量， 并因此對總排放的減少產(chǎn)生了不成比例的很大的影響。因此在此描述的混合動力推進系統(tǒng) 降低了在(一個或多個)主推進發(fā)動機輸出每單位能量產(chǎn)生最大排放的區(qū)域中無用的燃料 消耗。(一個或多個)主發(fā)動機在其具有高效率和低SFC的操作范圍內(nèi)操作時(操作范 圍典型是高輸出操作范圍)，它們可滿足推進需求而不需要來自其他能量源的輸入。在(一 個或多個)主發(fā)動機的輸出超過推進需求時，多余的能量通過關(guān)聯(lián)的電動機_發(fā)電機分配 到能量分配系統(tǒng)并被用來滿足輔助能量需求或存儲在系統(tǒng)中。在高推進需求期間，系統(tǒng)負 荷要求可通過多個源滿足，這些源包括(一個或多個)主發(fā)動機、能量存儲器和輔助發(fā)電容 量。在低推進需求期間，(一個或多個)主發(fā)動機一般不操作，并且滿足推進需求的能量從 能量存儲器和/或輔助發(fā)電容量供應(yīng)。通過在更高效率、更低排放范圍內(nèi)操作主推進發(fā)動 機，本發(fā)明的推進系統(tǒng)在混合動力模式中的操作因此提供了極大的效率并減少了排放，而 不論主推進發(fā)動機為何種類型。本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)可額外提供操作控制特征和排放控制特征(除了在 主發(fā)動機配備的排放控制設(shè)備之外)，以確保主發(fā)動機在期望的操作參數(shù)內(nèi)操作。操作控制 可以按若干不同方式實現(xiàn)。在高負荷需求情況下，例如當(一個或多個)主發(fā)動機正在運 行并且(一個或多個)電動機/發(fā)電機正在額外提供正扭矩給驅(qū)動系時，EMS可被配置成 控制或限制(一個或多個)主發(fā)動機貢獻的扭矩量，有效將發(fā)動機操作限制在指定的輸出 扭矩或低于指定的輸出扭矩，而不限制推進器可獲得的動力。以這種方式，(一個或多個) 主推進發(fā)動機可以其整個功率曲線上的最佳效率操作，使產(chǎn)生的發(fā)動機排放減至最少。根據(jù)一個實施例，發(fā)動機操作被限制為在推薦界限或低于推薦界限的輸出扭矩范 圍內(nèi)的操作，其中(一個或多個)電動機/發(fā)電機提供能量來滿足推進需求，超過推進需求 的能量由在推薦的扭矩范圍內(nèi)操作的(一個或多個)主發(fā)動機滿足。對于在美國的操作， 例如發(fā)動機操作可被控制為在處于所有輸出需求時都要保持低于本地或州或聯(lián)邦管理機 構(gòu)推薦的不可逾越(NTE)的界限，而多余的能量由混合動力推進系統(tǒng)的其他組件提供。各 種NTE界限可被編程到系統(tǒng)中，或者可由操作員根據(jù)本地規(guī)章、操作條件等等來選擇。低效的燃料燃燒和發(fā)動機操作不僅產(chǎn)生高水平的有害排放，而且導(dǎo)致發(fā)動機組件 過早退化，并增加了維修頻率和成本?？刹僮鞅景l(fā)明的混合動力系統(tǒng)，以提供改進的發(fā)動機 性能和耐用性，并降低維修成本，提供更方便的維修計劃等等。在本發(fā)明的操作系統(tǒng)中，(一 個或多個)主推進發(fā)動機和/或(一個或多個)主推進電動機-發(fā)電機可通過限制或控制 除扭矩之外的各種參數(shù)比如輸出的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)、操作時間等等來提高效率和性能。通 過不需要頻繁地進行發(fā)動機檢查、機油變換、空氣和油過濾器更換以及提高預(yù)測、管理和安 排維修事件的能力實現(xiàn)了整個設(shè)備工況良好和維修方面的益處。混合動力推進和能量管理 系統(tǒng)的其他組件，比如輔助發(fā)電機，能量存儲系統(tǒng)、輔助能量產(chǎn)生系統(tǒng)等等也可被監(jiān)視和控 制，以提高整體系統(tǒng)效率和耐用性，并且運行適合滿足特定操作條件和組件配置的專門的 操作模式。


圖1圖解說明了本發(fā)明的示例性混合動力推進和能量分配系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)適于和具有可變動力需求的船舶一起使用。圖2A示出了一示意圖，其圖解說明了示例性的系統(tǒng)操作的最小排放模式，該模式 適合在船不活動以及緩慢通行和/或無負荷通行期間操作具有高負載量推進系統(tǒng)的船舶， 其中最大連續(xù)推進負荷在延伸期間(或稱擴展時段或擴展周期)不超過最大推進負荷潛能 的大約5%到10%。圖2B圖解說明了處于低動力需求、最小排放模式、緩慢通行狀態(tài)的推進和能量管 理系統(tǒng)的示例性操作的示意圖。圖3A示出了一示意圖，其圖解說明了示例性的系統(tǒng)操作的經(jīng)濟巡航模式，該模式 了提供進行連續(xù)慢通行或中間速度通行以及低動力輔助工作的能力，在低動力輔助工作 時，最大連續(xù)負荷在延伸期間不超過最大推進負荷潛能的大約15%到35%。圖3B示出了一示意圖，其圖解說明處于一般的低到中間動力需求模式的推進和 能量管理系統(tǒng)的示例性操作。圖4A示出了一示意圖，其圖解說明具有從大約30%到70%最大推進負荷潛能的 更寬且更高范圍推進負荷能力的系統(tǒng)操作的中間范圍模式。圖4B示出了一示意圖，其圖解說明了處于一般的中間水平動力范圍需求模式的 推進和能量管理系統(tǒng)的示例性操作。圖5A示出了一示意圖，其圖解說明了操作的全動力模式，該模式為連續(xù)的快轉(zhuǎn)換 提供高負載量推進操作和全動力輔助要求，全動力輔助要求具有大約60%到100%或更多 最大推進負荷潛能的負荷能力。圖5B示出了一示意圖，其圖解說明了處于提供高負荷能力推進的一般的高負荷 需求模式的操作的推進和能量管理系統(tǒng)的示例性操作。圖5C示出了一示意圖，其圖解說明了處于滿足超過額定系統(tǒng)功率的推進負荷需 求的一般的臨時高負荷需求模式的操作的推進和能量管理系統(tǒng)的示例性操作。
具體實施例方式圖1示意性地圖解說明了示例性混合動力推進系統(tǒng)。本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng) 包括至少兩個提供推進能量的源，并且合并了至少一個(優(yōu)選兩個)主推進發(fā)動機，比如柴 油發(fā)動機10和10’(例如左舷和右舷柴油發(fā)動機)，以及至少一個(優(yōu)選兩個)電動機-發(fā) 電機單元14和14’。在本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)的實施例中(該實施例特別適于在具有可 變性高的操作和性能要求的船舶比如拖船中使用)，該混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動系結(jié)構(gòu)包括兩 個主推進發(fā)動機10，10’，每個主推進發(fā)動機或者被直接地或通過機械驅(qū)動系統(tǒng)或傳動系統(tǒng) (比如方位推進器12和12’)，通過推進驅(qū)動系，耦合到推進輸出構(gòu)件比如推進器(或螺旋 槳)18和18’，每個推進驅(qū)動系設(shè)置在獨立的且并行操作的軸上。雖然在本說明書中以方位 推進器作為示例，但是顯然可在本發(fā)明的推進系統(tǒng)中使用其他類型的傳動箱和傳動系統(tǒng)。主推進發(fā)動機10和10’優(yōu)選被額定成給系統(tǒng)提供基本處于或稍微高于期望最大 推進負荷潛能的推進輸出，盡管本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)能夠使用系統(tǒng)管理的替代推進 能量源在有限的持續(xù)時間期間達到超過主推進發(fā)動機的額定輸出的推進輸出。提供不同推 進輸出水平的不同類型的發(fā)動機可用于不同的船舶應(yīng)用。使用具有至少大約2000馬力的 額定輸出的Cummin主柴油發(fā)動機和Rolls Royce Z型驅(qū)動器是在提供高推進負荷能力的拖船船舶應(yīng)用中使用的示例。電動機-發(fā)電機14和14’ (例如圖1所示的左舷和右舷MG單元)配備在每個主 推進發(fā)動機和推進器18、18’之間的軸線中。每個電動機-發(fā)電機單元與主推進發(fā)動機和 輸出軸“直線”排列，并且能夠在以電動機模式操作并且離合器機構(gòu)16、16’嚙合時向相應(yīng) 的輸出軸(和推進器)提供推進動力。每個電動機-發(fā)電機單元也能夠以發(fā)電機模式操作 并向船的電力管理系統(tǒng)提供電力。電動機-發(fā)電機優(yōu)選能夠在短暫的持續(xù)時間超過額定的 輸出功率操作。電動機_發(fā)電機單元能夠作為AC(交流)電動機比如AC鼠籠式感應(yīng)電機 提供。具有895Kw額定輸出的西門子(Siemens)雙軸AC鼠籠式感應(yīng)電機的使用是在提供 高推進負荷能力的拖船船舶應(yīng)用中使用的示例。其他類型的電動機_發(fā)電機單元也是已知 的，并且可用于本發(fā)明的系統(tǒng)中。本發(fā)明的推進系統(tǒng)操作時每個發(fā)動機、電動機-發(fā)電機、傳動軸和推進器組合“直 線”排列，使得每個傳動軸因此每個推進器可僅由主發(fā)動機、僅由電動機-發(fā)電機單元或者 由兩個源同時直接驅(qū)動。每個軸可配備離合器15、15’，其允許主發(fā)動機轉(zhuǎn)動主軸或從驅(qū)動 系統(tǒng)斷開，因此允許(一個或多個)電動機-發(fā)電機在(一個或多個)主發(fā)動機關(guān)閉時或者 轉(zhuǎn)換時充當(一個或多個)原動機。每個主軸也具有離合器16、16’，允許每個電動機-發(fā) 電機在離合器16、16’嚙合時作為驅(qū)動輸出軸的電動機操作，或者在離合器16、16’沒有嚙 合時作為向能量分配系統(tǒng)感應(yīng)能量而不驅(qū)動輸出軸的發(fā)電機操作?；旌蟿恿ν七M系統(tǒng)額外包括能量分配系統(tǒng)并且一般合并有雙總線裝置。DC(直 流)總線一般作為針對船上的所有主要負荷(包括推進和其他主要負荷)的電源和能量分 配系統(tǒng)提供，并且優(yōu)選適應(yīng)船的能量存儲容量。在圖1示出的實施例中，DC總線20通過一 個或更多驅(qū)動器22、22’連接到每個電動機-發(fā)電機單元14、14’，驅(qū)動器22、22’在DC總 線20和電動機-發(fā)電機單元14、14’之間提供雙向動力流。每個電動機_發(fā)電機單元14、 14’能夠彼此獨立地從DC總線20獲取能量并且返回能量給DC總線20，并且最高效地滿足 實時推進要求。在一個實施例中，驅(qū)動器22、22’包括變頻驅(qū)動器。使用變頻驅(qū)動器耦連到 電動機_發(fā)電機和能量分配系統(tǒng)允許推進電動機_發(fā)電機向DC總線提供動力而不管主驅(qū) 動發(fā)動機的操作和速度如何。在主發(fā)動機和推進器之間的軸線上提供電動機_發(fā)電機，并 且在電動機-發(fā)電機和DC總線之間提供變頻驅(qū)動器就允許電動機_發(fā)電機提供推進動力 或充當發(fā)電機并向DC總線供應(yīng)能量，這取決于任意時間處不同推進需求下的系統(tǒng)需要。推 進力的電能和其他要求可由輔助柴油發(fā)電機、連接到其相應(yīng)電動機-發(fā)電機的主柴油發(fā)動 機或由這些系統(tǒng)的組合產(chǎn)生。DC總線20也通過適當?shù)霓D(zhuǎn)換器比如DC/DC轉(zhuǎn)換器26、26，連接到一個或更多能量 存儲系統(tǒng)，比如電池24、24’。當與適當?shù)哪芰抗芾硐到y(tǒng)(EMS) —起使用時，DC/DC轉(zhuǎn)換器允 許該系統(tǒng)在DC總線上保持基本恒定的電壓，并且當存在多余的發(fā)電容量時，用多余的能量 給電池24、24’充電，以在DC總線上保持恒定的電壓。DC總線也可鏈接到膳宿負荷分配系統(tǒng)，比如通過斷路器31連接的一個或更多AC 總線，并且向其提供動力。在一個適合在拖船船舶應(yīng)用中使用的示例實施例中，每個AC總 線包括600V三相60Hz總線。(一個或多個)AC總線一般給系統(tǒng)的膳宿負荷供電，并且可供 應(yīng)其他輔助的非推進動力需求。膳宿負荷分配系統(tǒng)在這個實施例中包括總線30、30’，其可 通過DC/AC轉(zhuǎn)換器32、32’連接到主DC總線。轉(zhuǎn)換器允許AC總線和DC總線之間的雙向能
10量流，并且被設(shè)定尺寸以便于所有預(yù)計的負荷?？商峁┹o助發(fā)電機34、34’，并將其連接到膳 宿負荷分配系統(tǒng)，以向(一個或多個)AC總線供應(yīng)額外的能量來補充膳宿負荷要求，和/或 根據(jù)推進、膳宿效率和/或排放要求指示給DC總線補充能量。在一個示例實施例中，輔助 發(fā)電機包括250kW的II等船服務(wù)發(fā)電機。在一些實施例中，額外的動力需求可通過主DC總線滿足。使用本發(fā)明的混合動力 推進和能量管理系統(tǒng)，例如高負荷能力絞盤(比如船首和船尾絞盤28、28’)可額外從DC總 線例如通過驅(qū)動器29、29’(比如變頻驅(qū)動器)供電。應(yīng)該意識到，其他具有高功率要求的 設(shè)備也可通過適當?shù)霓D(zhuǎn)換器或驅(qū)動器由DC總線動力驅(qū)動。在某些情況下，在由DC總線動 力驅(qū)動的輔助設(shè)備比如絞盤的操作期間產(chǎn)生的再生能量也可以返回給DC總線用于分配， 以滿足系統(tǒng)中其他地方的能量需求。較低能量要求的設(shè)備也可由DC總線或AC總線動力驅(qū) 動。額外的動力源，比如(一個或多個)船載或基于岸的光電動力源、(一個或多個) 風(fēng)電或潮電動力源等等可用于向混合動力系統(tǒng)提供輔助能量。輔助能量源可被耦連成向 (一個或多個)AC總線和/或DC總線提供能量。輔助動力系統(tǒng)，比如岸電可由本發(fā)明的混 合動力推進和能量管理系統(tǒng)使用，用于向推進負荷和輔助負荷兩者提供能量。在岸電可用 時，系統(tǒng)可使用它來為膳宿負荷和輔助負荷提供動力，和/或補充存儲的能量源，這在岸邊 時就不必要操作柴油發(fā)動機并且減少還消除了對船載電存儲容量的依賴。通常期望從電網(wǎng) 補充船載能量存儲，因為這減少了發(fā)動機排放并且岸電通常更高效地產(chǎn)生，比船舶主發(fā)動 機提供的動力產(chǎn)生更少的排放?？商峁┌峨娏ψ儔浩鞑⑼ㄟ^例如適當?shù)腄C/DC轉(zhuǎn)換器饋送 給DC總線。本發(fā)明的系統(tǒng)合并有船載可更新且可再充電的能量存儲系統(tǒng)，比如電池，以提供 存儲容量來支持低動力需求，以及提供操作模式之間的一般性短穿越容量。雖然認識到存 在許多電池選擇，但是在一個在實施例中，采用吸附的玻璃纖維隔板或凝膠電池技術(shù)的鉛 酸電池被采用。對于許多應(yīng)用，提供密封無需維護的選擇、能夠接受快速放電/再充電率和 相對長的循環(huán)壽命的鉛酸電池技術(shù)是優(yōu)選的。這些電池優(yōu)選裝配在它們不影響船操作并且 不可能被損壞的船位置處。這些電池可被配置以保持船的緊急電池上的電荷，并且能量存 儲系統(tǒng)優(yōu)選裝配有DC/DC轉(zhuǎn)換器，以向主DC總線提供能量。替代的能量存儲選擇，比如鎳 金屬氫化物(NiMH)和鈉鎳氯化物(NaNiCl)電池也可用于電池存儲和補充?？梢庾R到的是，這個發(fā)電設(shè)備概述是示例性的并且組件的具體布局和排列以及組 件額定值和容量可變化，以適應(yīng)不同的推進和輔助動力需求。圖1所示的混合動力推進系 統(tǒng)顯示為雙發(fā)動機、雙發(fā)電機系統(tǒng)，其中提供大體鏡像的推進系統(tǒng)和驅(qū)動系以驅(qū)動雙推進 器?？梢庾R到的是可以提供單發(fā)動機和多發(fā)動機系統(tǒng)，并且使用本發(fā)明的混合動力推進和 能量管理系統(tǒng)來操作它們。也意識到的是混合動力推進系統(tǒng)可作為單獨的新安裝的系統(tǒng)提 供，或者各種組件可被翻新(改造)和重配置，以將現(xiàn)有的推進系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為本發(fā)明的混合動 力推進和能量管理系統(tǒng)。在混合動力系統(tǒng)被改造為現(xiàn)有系統(tǒng)時，可保持現(xiàn)有的AC配電盤，并且如果需要額 外的AC動力，現(xiàn)有的AC配電盤可整合到額外的AC配電盤中。先前存在的AC配電盤可被 配置，從而例如必然僅供應(yīng)膳宿負荷，同時輔助發(fā)電機進入者、甲板絞盤和其他高功率要求 組件的現(xiàn)有連接可被改道到主能量管理DC總線。甲板絞盤和其他顯著負荷優(yōu)選由頻率驅(qū)散DC總線操作。這增加了 AC總線的穩(wěn)定性并減少了電壓波動對連接的膳宿負荷的影響。連接在DC總線和AC總線之間的轉(zhuǎn)換器允許能量從主DC總線根據(jù)需要流到(一個 或多個)AC總線，以滿足船的膳宿負荷和其他AC負荷。通過(一個或多個)轉(zhuǎn)換器或(一 個或多個)變頻驅(qū)動器，動力也從主DC總線提供給(一個或多個)推進電動機-發(fā)電機單 元，以在電動機操作來驅(qū)動輸出軸的操作模式期間給軸提供動力。在電動機_發(fā)電機在發(fā) 電機模式操作的操作模式中，能量從電動機供應(yīng)給主DC總線，以為輔助需求提供能量并且 根據(jù)需要將能量存儲儲備再充電。在輔助發(fā)電機之一或者兩者都運行并提供動力給AC總 線時，多余的能量通過轉(zhuǎn)換器從AC總線供應(yīng)給DC總線，以為從主DC總線提供的推進力和 其他需求提供動力。隨著系統(tǒng)動力和推進需求改變，混合動力推進和能量管理系統(tǒng)的操作被調(diào)整并改 變，以在來自多個源的寬廣范圍的需求之間提供高效操作。在某些控制和實施方案中，操作 員可選擇期望的輸出，或者輸出的組合，允許推進和能量管理系統(tǒng)以大多數(shù)燃料高效的方 式、最低排放的方式、整體最能量平衡的方式等等滿足輸出需求。推進和能量管理系統(tǒng)的操 作可以根據(jù)預(yù)定的操作協(xié)議由EMS自動監(jiān)視和控制。在預(yù)定的操作模式由操作員提供并且 可由操作員選擇或由系統(tǒng)根據(jù)操作員指定的期望的輸出要求選擇的實施例中，可提供幾個 或許多不同操作模式。在替代實施例中，系統(tǒng)可在基本連續(xù)可變的模式中操作，因為EMS監(jiān) 視組件和整體系統(tǒng)性能和能量和動力需求，并基本實時識別首選的操作參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)配 置、可用的能量源等等以最高效的方式操作混合動力推進和能量管理系統(tǒng)。示例性操作模式可被認為是概念模型的組件，概念模型被設(shè)計為幫助操作員理解 哪些操作參數(shù)是系統(tǒng)可能選擇的，以及使用各種系統(tǒng)和操作模式配置預(yù)計什么水平的系統(tǒng) 性能、燃料節(jié)約和排放減少。當在一操作模式中要求的負荷超過系統(tǒng)容量的時間比預(yù)定的 時期長時，控制系統(tǒng)可自動逐步增強系統(tǒng)模式以達到所需的發(fā)電量。雖然下面參考圖2A-5C 描述了多個不同的操作模式，但是可意識到這些操作模式是示例性的并且額外和/或不同 的操作模式是可行的，并且在某些情況下是所期望的。可意識到圖2A-5C中的每個圖中顯 示的特定組件配置對于每個特定操作模式是示例性的，標簽其他配置在每個模式內(nèi)是可行 的。圖2A示出示例性最小排放模式操作方案，其適合在不活動且慢通行和/或無負荷 通行期間的船操作，其中最大連續(xù)負荷在延伸期間不超過最大推進負荷潛能的大約5%到 10%。該模式一般用于船不活動期間，此時船拋錨停靠并且不獲取岸電、船正在以非常慢的 速度移動并且不牽引負載以及連續(xù)負荷在延伸期間不超過最大容量的大約10%。在最小排 放模式下的操作通常只利用電池存儲容量來供應(yīng)主DC總線和推進需求，利用電動機-發(fā)電 機用于額外的能量容量和存儲。在圖2A所示的示例性最小排放模式方案中，存儲在船載電 池24、24，的能量通過適當?shù)霓D(zhuǎn)換器饋送到DC總線20。主DC總線20通過適當轉(zhuǎn)換器32、 32’為AC總線30、30’提供動力以滿足膳宿負荷需求。(一個或多個)適當?shù)酿佀推?、斷?器可配備在AC和DC總線上，如本領(lǐng)域公知的。如果有必要或希望，在延伸期間，膳宿負荷 一般僅僅從電池源得到滿足。在這種最小排放模式的操作中，根據(jù)需要，主DC總線20也可向電動機_發(fā)電機 單元14、14’提供能量，以滿足相對低的推進需求。在這個配置中，電動機-發(fā)電機離合器 16、16’嚙合以驅(qū)動推進器18、18’。主發(fā)動機10和10’都沒有在操作，并且主發(fā)動機離合器15和15’也沒有嚙合來給傳動軸貢獻推進輸出。但是主發(fā)動機10和10’保持在準備啟 動狀態(tài)，使增加的推進需求待決或者切換到不同的更高推進需求的操作模式。一般，能夠給 AC總線30、30’提供能量的輔助發(fā)電機34、34’都不在最小排放模式操作。但是輔助發(fā)電機 34,34'之一或兩者可以處于準備好的(備用模式，并且可用于通過關(guān)閉開關(guān)35、35’為AC 總線30、30’之一或兩者提供能量。在這個操作模式中，AC總線30、30’也通過轉(zhuǎn)換器32、 32’向DC總線20提供能量，從而根據(jù)需要向電動機-發(fā)電機單元14、14’提供推進能量。對于低能量和低推進動力需求，如一般在最小排放模式中經(jīng)歷的，存儲的能量足 以滿足能量和低推進動力需求。典型地，預(yù)先確定的最小電池電荷水平被識別并且并入能 量管理系統(tǒng)的控制邏輯中。當達到最小電池電荷閾時，輔助發(fā)電機之一或兩者開始給AC總 線提供能量。在AC總線上可獲得多余能量的方面來說，多余能量從AC總線饋送到DC總線， 從而滿足推進需求或其他的船需求，比如絞盤動力需求等等。在DC總線上可獲得多余能量 的方面來說，多余能量從DC總線供應(yīng)到能量存儲系統(tǒng)(電池)，以恢復(fù)電池動力。在電池動 力恢復(fù)為希望的水平或預(yù)定水平時，輔助發(fā)電機之一或兩者可以是不活動的，或者膳宿需 求已經(jīng)減少或推進需求已經(jīng)減少，或者這些情況的某個組合。主發(fā)動機、電動機-發(fā)電機單 元和離合器的直線排列允許驅(qū)動系在低推進需求情況下操作而不操作主發(fā)動機，并且也允 許電動機-發(fā)電機單元作為發(fā)電機操作，提供用于分配的能量，并且獨立于推進驅(qū)動系在 系統(tǒng)的其他地方使用。圖2B圖解說明系統(tǒng)中的類似最小排放、低推進動力操作模式，該系統(tǒng)示意說明為 具有單個電分配總線120。實箭頭表示在該操作模式期間的能量流方向。在這個最小排放、 低推進動力操作模式中，在需要能量來保持期望的總線容量時，能量從電池組124傳送到 總線120，并且在可獲得超過保持期望的總線容量所需能量的能量時，能量從總線120供應(yīng) 給電池組124，如實箭頭指示的。推進器118和118’由操作在驅(qū)動電動機模式并通過嚙合 的發(fā)電機離合器116、116’分別連接到傳動軸的電動機-發(fā)電機114、114’專門驅(qū)動。驅(qū)動 處于驅(qū)動電動機模式的電動機-發(fā)電機114、114’的電能由總線120供應(yīng)，如實箭頭指示的。 主推進發(fā)動機110和110’在這個操作模式中沒有被激活，因此以淡色樣顯示，并且沒有嚙 合主發(fā)動機離合器115、115’。輔助發(fā)電機34、34’可選擇性地被激活，并且可間歇操作，如 虛線指示的，以向總線120供應(yīng)能量(如黑色箭頭指示的)，根據(jù)需要用于膳宿和/或推進 需求。圖3A圖解說明在示例性的一般相對低推進動力需求巡航模式操作的本發(fā)明的推 進系統(tǒng)，其中推進和能量管理系統(tǒng)為連續(xù)的慢通行以及低動力輔助工作提供推進能力。通 常來說，這個操作模式在最大連續(xù)推進負荷是推進系統(tǒng)的最大負荷能力的至少約5%但不 超過約35%時是合適的。在這個操作模式中，來自電池存儲系統(tǒng)24、24’的能量一般可用 于為DC總線20提供能量，并且至少一個，優(yōu)選兩個輔助發(fā)電機34、34’被激活并操作，以向 AC總線30、30，提供能量，并且通過適當?shù)霓D(zhuǎn)換器32、32，向DC總線20提供能量。DC總線 20分配能量給電動機-發(fā)電機單元14、14’，其通過嚙合的離合器16、16’驅(qū)動輸出軸和推 進器18、18’。在低推進動力需求巡航模式的輔助發(fā)電機34、34’的操作一般由推進系統(tǒng)的 需求和膳宿和其他負荷需求確定，并且由組件效率曲線、組件容量和整個系統(tǒng)的配置確定。 一般首先從電池存儲器和輔助發(fā)電機獲取能量，并且如果需要額外的推進動力，或如果需 要額外的能量來滿足膳宿或輔助需求，則可使主發(fā)動機之一聯(lián)機。
通常來說。如果電負荷和/或推進負荷需求超過(一個或多個)輔助發(fā)電機的容 量的時間長于預(yù)定的時期，那么EMS自動啟動主發(fā)動機10和10’中的至少一個來滿足能量 需求并實現(xiàn)必要的發(fā)電。圖3A所示的操作配置包括輔助發(fā)電機34、34’和主發(fā)動機10的 操作，主發(fā)動機10通過嚙合的離合器15為驅(qū)動系和推進器18提供推進動力。低推進動力 需求巡航模式一般要求激活單個主發(fā)動機。并且，在一般高效率、高輸出狀態(tài)的發(fā)動機操作 提供推進動力并提供多余的能量生成，多余的能量生成通過電動機-發(fā)電機14返回到主能 量分配總線20。提供給總線20的多余能量可用于輔助動力需求，以補充能量存儲系統(tǒng)，并 且如下面所述的，提供推進能量給相對的輸出軸。本發(fā)明的混合動力推進和能量管理系統(tǒng)配置優(yōu)選允許單個主發(fā)動機驅(qū)動兩個推 進輸出軸。在圖3B所示的示例性實施例中，主發(fā)動機110在一般高效率、高輸出模式操作， 以直接驅(qū)動其輸出軸上的方位驅(qū)動器112和推進器118。在這個實施例中，主發(fā)動機110也 驅(qū)動處于發(fā)電機模式的電動機_發(fā)電機114，以向DC總線120提供能量(由箭頭指示)，DC 總線20然后供應(yīng)能量給電動機/發(fā)電機114’，電動機/發(fā)電機114’操作在驅(qū)動模式以驅(qū) 動其他傳動軸上的方位驅(qū)動器112’和推進器118’。在這個配置中，輔助發(fā)電機134、134’ 也操作，以向總線120提供能量(由箭頭指示)。因此，在圖3B所示的相對低推進動力需求配置中，一個主發(fā)動機和兩個輔助發(fā)電 機可用于供應(yīng)推進動力需求和膳宿與輔助動力需求兩者。這個配置減少了需要兩個主發(fā)動 機用于推進的時間并且使得(一個或多個)主發(fā)動機能夠在比其其他情況下更高的效率運 行，主發(fā)動機在高負荷范圍操作更高效?？偩€上多余的能量供應(yīng)給電池存儲系統(tǒng)124，電池 存儲系統(tǒng)124 —般處于充電狀態(tài)?？刂破骺杀痪幊桃愿嬖诎l(fā)動機和船舶的整個生命周期 在這個模式中指定為主要應(yīng)答器的主發(fā)動機。和其他操作模式一樣，臨時需求的暫時可由 電池存儲系統(tǒng)提供。中間范圍推進需求操作模式示意顯示在圖4A中。這個操作模式一般為連續(xù)通行 提供充分的推進負荷能力和高百分比的船援助方案，其中最大推進負荷需求在延長的時間 不超過整體負荷能力的大約30%到70%。在這個操作模式中，至少一個，一般兩個主發(fā)動 機連續(xù)或間歇操作在一般高效率、高輸出，以滿足推進負荷、膳宿負荷和輔助負荷需求。多 余能量供應(yīng)給主電力分配總線以滿足膳宿和輔助負荷需求，并適當提供電池充電。在這個 模式中，輔助發(fā)電機之一或兩者和電池存儲器可用于輔助發(fā)電。如圖4A中所示，推進力一般由操作在一般高輸出的主發(fā)動機10、10’提供，和高效 操作一致。兩個主發(fā)動機10、10’用于通過嚙合的離合器15、15’、16、16’為方位驅(qū)動器12、 12’和推進器18、18’，提供動力。當在這個模式中操作在高輸出時，主發(fā)動機10、10’ 一般 產(chǎn)生超過推進需求所需的輸出，并且也提供能量以驅(qū)動發(fā)電機模式的電動機/發(fā)電機14、 14’，其中能量提供給總線20用于分配并且用于滿足膳宿負荷需求、輔助負荷需求比如絞 盤需求，并給電池充電。輔助發(fā)電機34、34’在這個模式中一般不被激活，因為主發(fā)動機提 供滿足所有推進和輔助需要的輸出。如果同時在中間范圍推進模式的兩個主發(fā)動機的操作提供的推進動力和能量超 過推進、膳宿和輔助和能量存儲需求，那么主發(fā)動機之一可被去激活，并且系統(tǒng)可在間歇的 時期基本如圖3B所示那樣操作。能量可從電池存儲器供應(yīng)給主總線，并且在減少主發(fā)動機 操作的期間根據(jù)需要分配。如前所述，系統(tǒng)的靈活性允許單個主發(fā)動機用于驅(qū)動兩個推進驅(qū)動系，并且電池存儲器提供瞬時需求的臨時穿越。這個配置提高了兩個主發(fā)動機運行時 系統(tǒng)的效率，并且大體減少兩個主發(fā)動機運行的時間，推廣增加其負荷到最佳范圍提高了 正在操作的發(fā)動機的效率。在電池儲備量低并且推進、膳宿或輔助需求增加時，兩個發(fā)動機 可再次操作，以提供滿足形成中的需求并補充電池存儲量?？刂破骺杀痪幊桃愿嬖诎l(fā)動 機和船舶的整個生命周期在這個模式中指定為主要應(yīng)答器的主發(fā)動機，雖然也可以提供手 工控制以允許操作員管理發(fā)動機使用來優(yōu)化船舶的性能和維修日程計劃。圖4B中示意圖解說明在示意示出具有單個電力分配總線20的系統(tǒng)中的類似中間 范圍推進需求操作模式。實箭頭表示在這個操作模式期間的能量流方向。主發(fā)動機110、 110’通過合適的離合器裝置提供推進動力給傳動軸、方位驅(qū)動器112、112’和推進器118、 118’。主發(fā)動機110、110’也提供能量來操作處于發(fā)電機模式的電動機-發(fā)電機114、114’， 由此它們給總線120供應(yīng)能量，滿足膳宿和輔助負荷，并且適當?shù)亟o電池組124充電。輔助 發(fā)電機134、134’之一或兩者在這個模式中可短暫操作，如虛線表示的，以向總線120提供 額外能量來滿足更高的短暫膳宿負荷或輔助負荷，或更快更完整地給(一個或多個)能量 存儲系統(tǒng)充電。圖5A示意圖解說明本發(fā)明的推進和能量管理系統(tǒng)的全動力(功率)操作模式，其 中推進系統(tǒng)操作在主發(fā)動機的額定推進負荷能力的基本90%或更多。這個操作模式用于， 例如在預(yù)計將遇到針對連續(xù)快速行進和/或全動力船援助需求的更大更長持續(xù)時間負荷 時。通過提供輔助動力源和高效管理可用的動力，它允許系統(tǒng)滿足或者超過合并更高能力 主發(fā)動機的非混合動力推進系統(tǒng)的性能能力。甚至在這個模式中，在推進需求不是主發(fā)動 機負荷能力的100%時，可由軸線中的電動機-發(fā)電機發(fā)電。這個多余的動力可供應(yīng)給DC 總線，并用于膳宿和輔助動力需求，并給能量存儲系統(tǒng)充電。在完全操作模式中，所有的設(shè) 備是操作的，該系統(tǒng)能夠?qū)⒈仍诤喜⒕哂邢嗤敵鋈萘康闹靼l(fā)動機的非混合動力系統(tǒng)中可 用的動力更多的動力應(yīng)用于驅(qū)動器。這可用作為提供更快系統(tǒng)響應(yīng)的手段，或者如果驅(qū)動 系能夠處理額外的扭矩，那么就可能增加船的額定馬力?？商峁┽槍Χ虝r期的增加的輸出。全動力操作模式中的推進力，如圖5A所示，一般由操作在一般高效率、高輸出的 主發(fā)動機10、10’提供，通過各自的嚙合的離合器提供推進動力給推進器18、18’。在推進 和能量管理系統(tǒng)操作在這個全動力模式時，配備在輸出軸驅(qū)動系上的電動機-發(fā)電機單元 14,14'可用于作為供應(yīng)主發(fā)動機產(chǎn)生的多余能量給主能量分配總線20的發(fā)電機操作，或 者作為電動機操作，從主能量分配總線20獲取能量來供應(yīng)額外的推進驅(qū)動力給(一個或多 個)輸出軸。當在推進電動機模式操作時，電動機_發(fā)電機通過各自的轉(zhuǎn)換器借助于DC總 線操作，其中給總線的能量由電池和/或輔助發(fā)電機動力的任何組合供應(yīng)。輔助發(fā)電機34、 34’ 一般都操作在這個模式，通過AC總線30、30’和各自的轉(zhuǎn)換器32、32’為主分配DC總線 20提供能量。在某些全動力操作模式，推進動力由主發(fā)動機和作為電動機操作的電動機-發(fā)電 機單元兩者提供，兩個推進動力源都給公共軸提供輸出。供應(yīng)給能量分配總線20的任何能 量超過滿足膳宿負荷、電動機/發(fā)電機需求和任何輔助需求所需的能量，其被返回給能量 存儲系統(tǒng)(電池24、24’ )。主發(fā)動機、電動機-發(fā)電機單元和輔助發(fā)電機一般具有足夠的 額定動力來供應(yīng)在全動力操作模式期間的所有預(yù)計的推進動力需求、膳宿負荷和輔助能量 需求。
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兩個不同的全動力操作模式示意說明在圖5B和5C在具有單個電分配總線20的 系統(tǒng)中，其中實箭頭指示操作期間的能量流方向。在圖5B中所示的全動力操作模式中，兩 個主發(fā)動機10、10’都通過適當?shù)碾x合器裝置提供全動力輸出到方位驅(qū)動器112、112’和推 進器118、118’。兩個輔助發(fā)電機134、134’都操作以提供能量給主能量分配總線120。電 動機-發(fā)電機單元114、114’兩者都和主發(fā)動機串聯(lián)操作在電動機驅(qū)動模式并從總線120 獲取能量，以給各自的輸出軸貢獻推進動力。這個配置可用于在推進需求低于主發(fā)動機和 電動機-發(fā)電機的總負荷能力時，并且一般返回主總線120上可用的多余能量給能量存儲 系統(tǒng)(例如電池組124)，能量存儲系統(tǒng)操作在充電模式。圖5C圖解說明全動力操作模式，其一般是在推進需求高于主發(fā)動機和電動機-發(fā) 電機的總負荷能力時短暫使用。在這個實施例中，兩個主發(fā)動機10、10’都通過適當?shù)碾x合 器裝置提供全動力輸出到方位驅(qū)動器112、112’和推進器118、118’。兩個輔助發(fā)電機134、 134’都操作以提供能量給主能量分配總線120。兩個電動機-發(fā)電機單元114、114’都和 主發(fā)動機串聯(lián)操作在電動機驅(qū)動模式并從總線120獲取能量，以給各自的輸出軸貢獻推進 動力。電池能量額外提供給總線120，以在過渡周期提供超過額定推進動力(功率)的推進 動力，或滿足輔助或膳宿負荷。這個操作模式可以只是持續(xù)不變直到電池組被耗盡。一般 來說，這個過容量操作模式僅僅間歇使用，或用于滿足短暫的高功率需求。如上所述，能量管理系統(tǒng)(EMS)控制推進系統(tǒng)、能量分配系統(tǒng)和能量存儲系統(tǒng)的 操作的許多方面，從而以高效方式操作各種推進源并在整個系統(tǒng)分配能量，同時滿足來自 多種源的可變能量需求。EMS可包括多種功能，或者是更大操作系統(tǒng)的一部分，更大操作系 統(tǒng)一般包括操作員接口，該接口允許操作員從多個預(yù)定的操作模式選擇，提供輸入給EMS 的傳感器，輸入和各種組件輸出、能力、當前操作參數(shù)和條件、能量水平等等相關(guān)，發(fā)電機和 系統(tǒng)保護系統(tǒng)、系統(tǒng)維修應(yīng)用、系統(tǒng)警報和通知應(yīng)用等等。EMS典型通過操作和改變?nèi)缜八?述的(一個或多個)主發(fā)動機、(一個或多個)電動機-發(fā)電機單元、驅(qū)動系和其他離合器、 (一個或多個)輔助發(fā)電機、(一個或多個)電池存儲系統(tǒng)的操作狀態(tài)和輸出，響應(yīng)遍及混 合動力推進系統(tǒng)的負荷需求。在某些實施例中，操作系統(tǒng)可允許操作員選擇某些操作參數(shù)， 比如驅(qū)動系每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)和/或扭矩、通行速度(行進速度)和/或持續(xù)時間、負荷要 求和/或持續(xù)時間等等，它們由整個控制系統(tǒng)用于明確表達和實施適當?shù)牟僮髂Ｊ?。與(一個或多個)推進和EMS系統(tǒng)的操作員接口可包括電監(jiān)視器，其允許操作員 查看和監(jiān)視推進和能量管理系統(tǒng)的操作和控制。操作模式可以是操作員選擇的或者自動實 施的?？商峁┎⒕幊潭鄠€不同操作模式。操作員控制裝置，比如電子加速器踏板、操縱桿和 控制桿可被提供用于操作員輸入并耦連到推進和能量管理系統(tǒng)。操作員可具有通過輸入裝 置比如電子操縱桿和控制桿控制推進的選項，或者操作員可具有通過提供多個預(yù)選擇的輸 入或允許操作員指定期望輸入的接口控制推進能量管理的選項。例如可提供針對非技術(shù)人 員的簡單操作平臺，系統(tǒng)操作參數(shù)和警告或警報顯示在監(jiān)視器或觸摸屏上。系統(tǒng)也可為更 詳細的維修和信息訪問/管理提供接口，并且可將所有機械監(jiān)視結(jié)合到單個平臺中。顯示 器，可選地合并觸摸屏、各種命令組件和分立的控件可整合成單個組件，比如主舵手室控制 臺。在任何給定時間操作中的發(fā)動機和發(fā)電機的數(shù)量由推進系統(tǒng)的需求和輔助負荷 比如膳宿和輔助設(shè)備要求決定。如果這些負荷超過在任何指定的操作模式操作的(一個或多個)發(fā)動機和/或發(fā)電機的容量的時間長于預(yù)定的時期，能量管理系統(tǒng)就自動增強系統(tǒng) 操作模式，并且激活適當?shù)念~外(一個或多個)發(fā)動機、(一個或多個)電動機-發(fā)電機、 (一個或多個)輔助發(fā)電機等等，以提供必要的動力生成。通過EMS，系統(tǒng)的控制人工提供 或以部分或完全的自動方式提供。EMS監(jiān)視輸出、操作狀態(tài)和可從系統(tǒng)內(nèi)的各種能量源獲得 的能量水平，確定系統(tǒng)的推進和輔助動力需求，并控制發(fā)動機、電動機-發(fā)電機單元、輔助 發(fā)電機的操作，并且更一般地控制遍及系統(tǒng)的能量流，以滿足負荷和動力需求。瞬時需求的 臨時穿越可由能量存儲系統(tǒng)提供。在本發(fā)明的一些自動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)操作模式可實時且基本連續(xù)地被選擇和調(diào) 節(jié)到各種系統(tǒng)需求，并且由EMS控制和限制。雖然上面詳細描述了若干操作模式，但是要認 識到可提供額外的操作模式。實際中，船和EMS的操作可根據(jù)由動力要求和可用的動力資 源指示的預(yù)定操作模式被自動化和操作，或者各種預(yù)定操作模式可由操作員選擇，以滿足 船當前或預(yù)計的操作要求?？稍诜蛛x的面板中提供分立的控件，以允許操作員選擇預(yù)編程 的操作模式，如上所述的。在一個實施例中，操作員可為船當前或預(yù)計的操作要求選擇最實 用的模式。超過所選模式中可用持續(xù)功率的油門加速(throttle advance)可促使自動前 進轉(zhuǎn)到下一操作水平或模式。在另一實施例中，如果船在提供比必要負荷或輸出更多的動 力的模式操作的時間超過預(yù)定時間周期，那么EMS提供指示或信號給操作員，指出可以以 更高效的方式操作。一般來說，雖然自動模式選擇可在某些情況下提供或者可以是默認操 作，但是操作員能夠不考慮模式選擇。除了能夠在上述的動力模式中操作混合動力推進系統(tǒng)之外，在一些實施例中，EMS 選擇某個動力模式的能力由操作員或系統(tǒng)選擇多個準備就緒狀態(tài)之一限制。準備就緒狀態(tài) 可由操作員選擇或由EMS自動應(yīng)用，以管理多少電池電力在操作期間被分配。提供“行進”、 “援助”和“電池恢復(fù)”動力模式是示例性的?！靶羞M”和“援助”模式可由操作員通過可選 的控制特征來選擇。電池恢復(fù)狀態(tài)是對全動力的限制，該限制可自動強加或在一些條件下 是可選擇的，所述條件是在可用的電池動力已經(jīng)低于預(yù)定的最小值時或電池被放電或過熱 時。以這種方式，混合動力系統(tǒng)能夠(例如)防止主發(fā)動機在船援助操作模式期間關(guān)閉，或 防止過多動力使用造成的耗盡的蓄電池的超負載。一般來說，優(yōu)選保持足夠的儲備容量，并且使其可用于短時突發(fā)地提供立即的電 推進動力到近似70%的全負荷。這減少了操作模式之間的延遲，而且同時在線路上獲得了 額外的發(fā)電量。超過預(yù)定動力水平比如65%的動力的不變的增長可被編程，以自動起動主 發(fā)動機之一或兩者。在這個情況中，可經(jīng)歷最小延遲。在這種延遲不可接受的情況中，可提 前選擇全模式操作。也可提供一個或更多可選擇、可編程或已編程的排放控制特征。美國環(huán)境保護機 構(gòu)(EPA)提供扭矩和軸速度參數(shù)，它們定義例如船用柴油發(fā)動機的“不超過”(NTE)操作限 制。除了主發(fā)動機配備的排放控制設(shè)備之外，本發(fā)明的混合動力推進系統(tǒng)可提供操作排放 控制特征，以確保主發(fā)動總是在EPA要求或替代的操作限制內(nèi)操作。操作排放控制可確保 在主推進電動機_發(fā)電機之一或兩者和主發(fā)動機之一或兩者共享推進負荷時，(一個或多 個)主發(fā)動機在任何給定速度發(fā)展的扭矩低于EPA NTE限制。操作排放控制特征可通過變頻驅(qū)動器實現(xiàn)。在一個實施例中，用于控制AC主推進 電動機的變頻驅(qū)動器操作在兩個基本開環(huán)控制方案之一中頻率控制或扭矩控制。開環(huán)頻率控制方案例如用于在僅電推進的情況。在這個方案中，控制系統(tǒng)確定頻率(和線性關(guān)系 的電壓)，以施加到電動機，從而達到設(shè)置點軸速度。電動機發(fā)展所需的扭矩以在給定的設(shè) 置點速度轉(zhuǎn)動軸，并且獲取的電流據(jù)此改變。開環(huán)扭矩率控制方案在組合的柴油推進力和 電推進力期間使用。在這個方案下，通過操縱電動機的電磁狀態(tài)，分開控制扭矩產(chǎn)生和電場 產(chǎn)生的電流，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電動機速度和扭矩兩者。電動機僅僅提供所需推進器扭矩超過 在任何給定速度的EPA NTE扭矩要求的部分，允許主發(fā)動機總是準確保持在EPA NTE限制， 或者在其之下。本發(fā)明的混合動力推進和能量管理系統(tǒng)優(yōu)選包括傳感器和監(jiān)視裝置，這些裝置檢 測在系統(tǒng)內(nèi)各種點的當前動力水平和操作參數(shù)并且將該數(shù)據(jù)傳遞給中央控制系統(tǒng)，該控制 系統(tǒng)例如由已編程或可編程的控制器(PLC)操作?？商峁└鞣N類型的控制系統(tǒng)和接口。例 如，分立的操作員系統(tǒng)控件可提供在單獨的控制面板中，允許操作員選擇模式并且使推進 系統(tǒng)根據(jù)其意愿聯(lián)機或脫機?？商峁└鞣N類型的人機接口。工業(yè)標準OPC協(xié)議可用于連接 到系統(tǒng)的PLC部分，并且標準軟件開發(fā)工具可用于開發(fā)接口。系統(tǒng)接口和控制器可和遠程 或中央控制或監(jiān)視系統(tǒng)通信，使得遠程連接和監(jiān)視作為一個選項可用?！銇碚f，在所有實際應(yīng)用中，船控制系統(tǒng)優(yōu)選利用分布的控制布局?？刂乒δ鼙?推到最低的可能控制級。從系統(tǒng)的視角來看，這提供了對控制失敗的高防護力。在一個實 施例中，(一個或多個)速度源和發(fā)電設(shè)備中的電壓控制故障被識別，并且在產(chǎn)生級聯(lián)的失 敗之前清除故障?？墒褂?個獨立的基于PLC的控制系統(tǒng)實現(xiàn)推進力控制、監(jiān)督的功率管 理和能量管理。所有關(guān)鍵的控制裝置優(yōu)選被提供有高可靠性、監(jiān)視的冗余動力供應(yīng)。在一個實施例中，在發(fā)動機室中和另外在操作員控制站比如舵手室中提供固定的 監(jiān)視和接口站?？商峁┍銛y維修裝置，比如筆記本計算機，并且其能夠在任何位置連接到系 統(tǒng)，比如Z型驅(qū)動器隔室中。和推進力控制一樣，系統(tǒng)將被分成兩個單獨的系統(tǒng)。每個操作 員站可和專用的服務(wù)器接口，一個位于舵手室中，另一個位于工程空間，通過物理隔離提供 增加的可靠性。本設(shè)計提供了發(fā)電、分配和推進系統(tǒng)，使得在活動元件上的單個故障導(dǎo)致的船舶 動力損失不會多于其推進能力的50%。此外，在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)被布置成使得導(dǎo)致發(fā)電 設(shè)備損失50 %的活動元件的僅僅一個單點故障是Z傳動變速箱。這相對于常規(guī)的船舶電力 和驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計具有顯著的進步，因為在常規(guī)的船舶電力和驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計中主發(fā)動機故障 一般都會導(dǎo)致50%的推進力損失。每個驅(qū)動系上具有多個動力選項的分布式發(fā)電設(shè)備設(shè)計 意味著在最可能出現(xiàn)的故障上為操作員留有余地。能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)電機、分配系統(tǒng)和功率消耗者的性能。在許多傳統(tǒng)的功率管 理系統(tǒng)中，焦點放在中央系統(tǒng)的高級控制。本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)的功率管理一般將該過 程的控制推到可能的最低等級。在一些實施例中，這意味者在任何可能的地方，智能負荷直 接通過頻率認識設(shè)備負荷水平并且適當減少消耗中央控制系統(tǒng)的功率管理功能一般包括高級別的功率分派限制，該限制從多個信 息源發(fā)展而來。源自過程變量的這個新信息被向下傳給過程控制器。過程控制器在動力中 央控制系統(tǒng)交付的參數(shù)內(nèi)執(zhí)行。這些參數(shù)可在中央控制系統(tǒng)的帶寬內(nèi)更新。過程控制器將 在動力中央控制系統(tǒng)交付的參數(shù)內(nèi)執(zhí)行，直到參數(shù)被更新。該關(guān)鍵特性意味著不要求參數(shù) 一定要基于某個確定的基準，并且能夠從處理過程機器中預(yù)測自主性的可預(yù)測性能，而不用連續(xù)更新參數(shù)。DC控制動力系統(tǒng)也作為冗余系統(tǒng)提供。裝備兩個獨立的高度冗余的動力系統(tǒng)以向 關(guān)鍵的系統(tǒng)控制器負荷供應(yīng)高度可靠的動力?？蓛H僅提供這個系統(tǒng)的操作員接口來進行維 護或者由于系統(tǒng)另一部分故障而將系統(tǒng)重配置成用于臨時公共模式的操作。系統(tǒng)優(yōu)選監(jiān)視 所有層次的冗余，并且向維護人員提供詳細的狀況。通過VMS/SWBD硬連線接口可獲得系統(tǒng) 的概要狀況。已經(jīng)參考特定的裝置實施例和附圖描述了本發(fā)明。這些特定實施例不應(yīng)被解釋為 對發(fā)明范圍的限制；而是僅僅作為對示例性實施例的說明。要進一步理解的是，在不脫離本 發(fā)明范圍的情況下，可對描述的混合動力推進和能量管理系統(tǒng)做出許多修改、添加和替代。
權(quán)利要求
一種推進系統(tǒng)，包括提供推進能量的至少兩個源；以及能量管理系統(tǒng)，該能量管理系統(tǒng)控制所述至少兩個源中每個的操作，其中所述至少兩個源包括至少一個主推進發(fā)動機和至少一個電動機 發(fā)電機單元，它們被布置成驅(qū)動公共輸出軸并被連接到公共推進輸出構(gòu)件，并且所述能量管理系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)換所述至少兩個源中每個的操作，以滿足推進需求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述公共輸出軸和推進輸出構(gòu)件可由所述主 推進發(fā)動機和所述電動機_發(fā)電機單元獨立地驅(qū)動，并且可由所述主推進發(fā)動機和所述電 動機-發(fā)電機單元同時驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述電動機-發(fā)電機單元連接到電力分配系 統(tǒng)，所述電力分配系統(tǒng)在所述能量管理系統(tǒng)的控制下在所述電動機-發(fā)電機單元和所述電 力分配系統(tǒng)之間提供雙向能量流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述主推進發(fā)動機通過驅(qū)動所述公共輸出軸 和推進輸出構(gòu)件并且驅(qū)動所述電動機-發(fā)電機單元作為發(fā)電機向所述電力分配系統(tǒng)供應(yīng) 輸出能量，能夠獨立提供推進能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述能量管理系統(tǒng)控制所述電動機_發(fā)電機 單元作為電動機用于推進以及控制所述電動機-發(fā)電機單元作為發(fā)電機用于向所述電力 分配系統(tǒng)供應(yīng)能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述電力分配系統(tǒng)額外連接到至少一個輔助 發(fā)電機，所述輔助發(fā)電機在操作期間向所述電力分配系統(tǒng)供應(yīng)能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述電力分配系統(tǒng)額外連接到能量存儲系 統(tǒng)，在所述能量存儲系統(tǒng)與所述電力分配系統(tǒng)之間提供雙向能量流。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述電力分配系統(tǒng)包括DC總線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的推進系統(tǒng)，其中所述電力分配系統(tǒng)額外包括連接到所述DC總 線的AC總線，在DC總線和AC總線之間提供雙向流。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，其中所述電力分配系統(tǒng)包括DC總線，并且所述能 量管理系統(tǒng)在所述推進系統(tǒng)的操作期間在所述DC總線上保持基本恒定的DC電壓，并且向 所述能量存儲系統(tǒng)供應(yīng)超過保持恒定DC電壓所需能量的能量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述推進輸出構(gòu)件是推進器或推進用Z型驅(qū) 動器。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的推進系統(tǒng)，還包括變頻驅(qū)動器，其連接所述能量分配系統(tǒng)和 所述電動機-發(fā)電機單元并規(guī)定了所述電動機_發(fā)電機單元的輸出速度和/或扭矩。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，包括兩個主推進發(fā)動機和兩個電動機-發(fā)電機單 元，每個主推進發(fā)動機被布置成和電動機-發(fā)電機組合來驅(qū)動公共輸出軸并連接到公共推 進輸出構(gòu)件，由此每個公共輸出軸和公共推進輸出構(gòu)件既可由各自的主推進發(fā)動機和電動 機_發(fā)電機獨立驅(qū)動，又可由各自的主推進發(fā)動機和電動機-發(fā)電機同時驅(qū)動。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述能量管理系統(tǒng)僅僅在高效操作模式操 作所述主推進發(fā)動機。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述能量管理系統(tǒng)控制所述主推進發(fā)動機的操作，以將所述主推進發(fā)動機的扭矩輸出限制到選擇的水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的推進系統(tǒng)，其中所述能量管理系統(tǒng)控制所述主推進發(fā)動機 的操作，以將所述主推進發(fā)動機的扭矩輸出限制到選擇的水平，所述選擇的水平處于或低 于管理機構(gòu)規(guī)定的不可超過的水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的推進系統(tǒng)，其中所述能量管理系統(tǒng)操作所述電動機-發(fā)電 機單元作為電動機，提供額外的推進能量給所述公共輸出軸和公共推進輸出構(gòu)件，以在所 述主推進發(fā)動機的操作沒有滿足推進需求時滿足推進需求。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述電動機_發(fā)電機單元是AC電動機-發(fā) 電機。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，其中所述電動機_發(fā)電機單元是AC鼠籠式感應(yīng) 電機。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)，還包括能量分配系統(tǒng)和耦連到所述能量分配系 統(tǒng)的至少一個絞盤，其中所述能量管理系統(tǒng)控制從所述能量分配系統(tǒng)到所述絞盤的能量供應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的推進系統(tǒng)，其中所述至少一個絞盤通過變頻驅(qū)動系統(tǒng)耦連 到所述能量分配系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的推進系統(tǒng)，其中所述絞盤額外供應(yīng)再生能量給所述能量分 配系統(tǒng)。
23.一種合并有權(quán)利要求1所述推進系統(tǒng)的船舶。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的船舶，其中所述船舶是拖船。
25.一種用于船舶上的混合動力系統(tǒng)，其包括布置在公共驅(qū)動系上提供推進能量的獨 立可操作的至少兩個驅(qū)動源，能量分配總線、能量存儲系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)，所述能量管理 系統(tǒng)控制所述至少兩個源的操作，并且控制所述至少兩個源、所述能量分配總線和所述能 量存儲系統(tǒng)之間的能量流，其中所述能量管理系統(tǒng)動態(tài)操作所述兩個獨立可操作的驅(qū)動源 并動態(tài)控制能量流，以滿足推進需求和在所述能量分配總線上保持基本恒定的電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述至少兩個可獨立操作的驅(qū)動源之 一是電動機-發(fā)電機單元，其可工作于使用來自所述能量分配系統(tǒng)和所述能量存儲系統(tǒng)中 至少一個的能量的電動機模式，以滿足推進需求。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述電動機-發(fā)電機單元額外地可工 作于使用來自另一獨立可操作驅(qū)動源的能量的電動機模式。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述至少兩個可獨立操作的驅(qū)動源包 括布置在公共驅(qū)動系上的電動機_發(fā)電機單元和主驅(qū)動發(fā)動機，并且主驅(qū)動發(fā)動機和電動 機_發(fā)電機可操作以在所述能量管理系統(tǒng)的控制下來交替驅(qū)動所述公共驅(qū)動系。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述主驅(qū)動發(fā)動機和所述電動機-發(fā) 電機可操作以在所述能量管理系統(tǒng)的控制下同時驅(qū)動所述公共驅(qū)動系。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述主驅(qū)動發(fā)動機可操作為同時驅(qū)動 所述公共驅(qū)動系并且提供能量以在電動機模式或發(fā)電機模式下操作所述電動機_發(fā)電機。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的混合動力系統(tǒng)，還包括至少一個輔助發(fā)電機，所述輔助發(fā) 電機向所述能量分配系統(tǒng)提供能量。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的混合動力系統(tǒng)，還包括至少一個絞盤，其在所述系統(tǒng)的操 作期間耦連到所述能量分配總線并從所述能量分配總線獲取能量。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的混合動力系統(tǒng)，其中所述至少一個絞盤通過變頻驅(qū)動系統(tǒng) 耦連到所述能量分配總線并從所述能量分配總線獲取能量。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的混合動力系統(tǒng)，包括兩個主發(fā)動機、兩個電動機-發(fā)電機和 兩個公共驅(qū)動系，每個主發(fā)動機和一電動機-發(fā)電機布置在一公共驅(qū)動系上，其中每個公 共驅(qū)動系既可由各自的主發(fā)動機和電動機_發(fā)電機獨立驅(qū)動，又可由各自的主發(fā)動機和電 動機-發(fā)電機同時驅(qū)動。
35.一種包括權(quán)利要求25所述混合動力系統(tǒng)的船舶。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的船舶，其中所述船舶是拖船。
37.一種用于操作推進系統(tǒng)以滿足可變推進需求的方法，其中所述推進系統(tǒng)包括至少 一個主發(fā)動機和至少一個電動機_發(fā)電機單元，所述主發(fā)動機和所述電動機_發(fā)電機單元 被配置為既可獨立地又可同時地驅(qū)動公共輸出軸，所述方法包括限制所述主發(fā)動機的扭矩 輸出到選擇的水平，并且操作所述電動機-發(fā)電機單元作為電動機，在推進需求超過所述 主發(fā)動機的扭矩輸出的選擇水平時提供額外的驅(qū)動能量給所述公共輸出軸。
全文摘要
一種用于船舶和其他可變需求推進應(yīng)用中的推進和能量管理系統(tǒng)，其監(jiān)視并動態(tài)地獲取來自各種能量源的能量，從而實施多種操作模式并提供各種推進需求的高效系統(tǒng)操作，響應(yīng)推進負荷需求、膳宿負荷和輔助能量需求而改變各種能量源的操作和輸出。該推進系統(tǒng)中并入有至少兩個推進源，包括至少一個主推進發(fā)動機和至少一個電動機-發(fā)電機單元，它們被布置成驅(qū)動公共輸出軸，并且能量管理系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)換兩個源中每個的操作，以滿足推進需求。主推進發(fā)動機和電動機-發(fā)電機單元既能獨立地又能同時地驅(qū)動公共輸出軸，(一個或多個)電動機-發(fā)電機單元可作為驅(qū)動輸出軸的電動機操作或作為為能量分配系統(tǒng)供應(yīng)能量的發(fā)電機操作。
文檔編號B60K6/20GK101932469SQ200880120419
公開日2010年12月29日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者C·賴特, E·博伊德(雷諾), J·埃爾德里奇, J·巴雷特, J·斯特拉頓, J·阿斯平, P·賈默, R·麥肯納, T·斯圖爾特 申請人:福斯海運公司;阿斯平肯普事務(wù)所;施樂波因特能源公司