【摘要】：旅游業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中日漸占據(jù)重要地位,頻頻出臺(tái)旅游政策的同時(shí),游艇產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的春天。中小型游艇市場逐步升溫后,污染、噪聲等問題也便隨之而來。為了響應(yīng)相關(guān)法律法規(guī)對(duì)游艇行業(yè)綠色環(huán)保、低排放的號(hào)召,綠色游艇的設(shè)計(jì)與制造迫在眉睫。而燃料電池電力推進(jìn)裝置(Fuel cell electric propulsion device)的高效、無污染等特性正好符合綠色游艇的設(shè)計(jì)理念,并且該種推進(jìn)裝置早已被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車行業(yè),由此可見,燃料電池供電系統(tǒng)在船舶行業(yè)的盛行指日可待。本文主要針對(duì)游艇推進(jìn)裝置進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)出以氫燃料電池為主動(dòng)力源、蓄電池為輔助動(dòng)力的符合游艇自身特性的燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)。首先,根據(jù)游艇基本參數(shù)及燃料電池的工作特性,從燃料電池、推進(jìn)電機(jī)、推進(jìn)器、輔助電池、DC-DC轉(zhuǎn)換裝置等主要部件入手,對(duì)整個(gè)游艇燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了選型配置;對(duì)主要部件的各項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行了匹配計(jì)算之后,確定了整個(gè)游艇燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù):選用兩個(gè)額定功率為20 kW的質(zhì)子交換膜燃料電池作為主要供電系統(tǒng)、兩個(gè)額定功率15 kW的永磁無刷直流電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)、以直徑550 mm的MAU型4葉螺旋槳作為游艇推進(jìn)器、以容量為70 Ah的鎳氫蓄電池作為燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)中的輔助電池,DC-DC變換器則使用輸出電壓380 V具有升壓穩(wěn)壓作用的Boost變換器。根據(jù)所得的選型參數(shù),結(jié)合游艇在不同工況下的工作需求,分析出三種不同的能量控制策略;之后,在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下,對(duì)整個(gè)游艇各主要部件進(jìn)行分段建模,分析得出各個(gè)部件的運(yùn)行情況及輸出特性,之后將各部件進(jìn)行組織整合,通過聯(lián)合仿真了解整個(gè)游艇燃料電池電力推進(jìn)裝置的輸出特性及其可靠性;最后,通過選型、計(jì)算、建立出與游艇燃料電池電力推進(jìn)裝置相匹配的金屬貯氫裝置三維立體模型,對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,使其成為更安全、可靠的氫源。根據(jù)建立起的仿真模型,將僅有燃料電池組向游艇供電的模型及燃料電池與鎳氫蓄電池共同供電的電力推進(jìn)模型進(jìn)行對(duì)比,仿真模擬后得出不同的游艇燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)特性曲線;將兩者仿真運(yùn)行后所得的游艇航速變化、系統(tǒng)輸出功率及系統(tǒng)效率等特性曲線進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)合現(xiàn)有的游艇推進(jìn)系統(tǒng)特性,得出該游艇可達(dá)到的最大航速為7.9 kn,此時(shí)推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1920 r/min,螺旋槳轉(zhuǎn)速為940 r/min,功率達(dá)到27.3 kW,且在經(jīng)濟(jì)航速下電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1100 r/min時(shí),游艇的航速能夠達(dá)到4.7 kn,耗氫量0.68 kg/h,續(xù)航時(shí)間達(dá)6.9 h。以上參數(shù)均符合該游艇氫燃料電池電力推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)需求,由此可確定該燃料電池電力推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)用于游艇推進(jìn)系統(tǒng)中的可行性與準(zhǔn)確性。最后,對(duì)于燃料電池在船舶行業(yè)中的研究與普及提出展望。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U664.14

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2728760