近年來,船舶的綠色化與智能化引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注,混合動力船舶應(yīng)用多種清潔能源,可有效地提高船舶的綠色化水平。通過多種船舶清潔能源應(yīng)用技術(shù),以及混合動力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、建模與仿真技術(shù)、能量管理策略等方面的系統(tǒng)分析,論述了諸關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,提出了船舶多清潔能源混合動力系統(tǒng)所存在的不足與挑戰(zhàn),最終,對多清潔能源混合動力系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的未來發(fā)展與研究方向做出展望。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

船舶多清潔能源混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)Fig.1Keytechnologiesofshiphybridsystemconsistingofmulti-cleanenergysources

用，其總效率可達80%~85%[4]。此外，燃料電池還具有無污染、噪聲低、可靠性強等優(yōu)點[5–7]。然而，燃料電池在船舶上的應(yīng)用仍需不斷深化燃料電池的安全保障技術(shù)、氫燃料獲取與存儲技術(shù)、系統(tǒng)供電可靠性技術(shù)，以及面向降本增效的燃料電池營運優(yōu)化管理等技術(shù)。Collong等[8]基于故障樹診斷理論提出了可用于供氫可靠性分析的爆炸模型。Wu等[9]設(shè)計了一個混合動力系統(tǒng)實時自適應(yīng)控制策略，考慮了燃料電池響應(yīng)速度慢的特點，并基于李亞普諾夫理論驗證了閉環(huán)供電系統(tǒng)的收斂性和供電可靠性。2）蓄電池應(yīng)用技術(shù)蓄電池是一種具有高比能、無記憶效應(yīng)的電能儲存裝置。蓄電池成組使用時，溫度對其使用壽命和輸出特性具有較大影響，對其進行熱量管理尤為重要。Yang等[10]提出一個具有高計算效率、高精度特點的鋰電池半經(jīng)驗熱特性分析模型，此模型計算速度較快，可用于監(jiān)控鋰電池模塊的工作狀態(tài)。此外，精確預(yù)估電池的荷電狀態(tài)（SOC）可以避免電池過充放電帶來的危害，也是蓄電池應(yīng)用的關(guān)鍵所在。凡序國[11]建立電池非線性狀態(tài)空間模型，基于高斯厄密特濾波對SOC進行估算，該方法收斂速度較快，精確度較高。另外，蓄電池的安全保障及優(yōu)化管理技術(shù)對蓄電池在船舶上的應(yīng)用也尤為重要。3）超級電容應(yīng)用技術(shù)超級電容主要依靠雙電層結(jié)構(gòu)和電極表面的氧化還原反應(yīng)來儲存能量，作為能量源具有功率密度較高、循環(huán)壽命長和充電時間短等優(yōu)點。除了供電的安全性和可靠性外，超級電容優(yōu)化控制策略是實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化管理與控制的關(guān)鍵。Peng等[12]提出一種針對超級電容和蓄電池的復(fù)合能量控制策略，通過采用自抗擾控制器實現(xiàn)超級電容的控制，提高電力系統(tǒng)的抗干擾能力。Turpin等[13]提出一種針對超級電容-燃料電池系統(tǒng)的直流組網(wǎng)方式，可以有效避

用，其總效率可達80%~85%[4]。此外，燃料電池還具有無污染、噪聲低、可靠性強等優(yōu)點[5–7]。然而，燃料電池在船舶上的應(yīng)用仍需不斷深化燃料電池的安全保障技術(shù)、氫燃料獲取與存儲技術(shù)、系統(tǒng)供電可靠性技術(shù)，以及面向降本增效的燃料電池營運優(yōu)化管理等技術(shù)。Collong等[8]基于故障樹診斷理論提出了可用于供氫可靠性分析的爆炸模型。Wu等[9]設(shè)計了一個混合動力系統(tǒng)實時自適應(yīng)控制策略，考慮了燃料電池響應(yīng)速度慢的特點，并基于李亞普諾夫理論驗證了閉環(huán)供電系統(tǒng)的收斂性和供電可靠性。2）蓄電池應(yīng)用技術(shù)蓄電池是一種具有高比能、無記憶效應(yīng)的電能儲存裝置。蓄電池成組使用時，溫度對其使用壽命和輸出特性具有較大影響，對其進行熱量管理尤為重要。Yang等[10]提出一個具有高計算效率、高精度特點的鋰電池半經(jīng)驗熱特性分析模型，此模型計算速度較快，可用于監(jiān)控鋰電池模塊的工作狀態(tài)。此外，精確預(yù)估電池的荷電狀態(tài)（SOC）可以避免電池過充放電帶來的危害，也是蓄電池應(yīng)用的關(guān)鍵所在。凡序國[11]建立電池非線性狀態(tài)空間模型，基于高斯厄密特濾波對SOC進行估算，該方法收斂速度較快，精確度較高。另外，蓄電池的安全保障及優(yōu)化管理技術(shù)對蓄電池在船舶上的應(yīng)用也尤為重要。3）超級電容應(yīng)用技術(shù)超級電容主要依靠雙電層結(jié)構(gòu)和電極表面的氧化還原反應(yīng)來儲存能量，作為能量源具有功率密度較高、循環(huán)壽命長和充電時間短等優(yōu)點。除了供電的安全性和可靠性外，超級電容優(yōu)化控制策略是實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化管理與控制的關(guān)鍵。Peng等[12]提出一種針對超級電容和蓄電池的復(fù)合能量控制策略，通過采用自抗擾控制器實現(xiàn)超級電容的控制，提高電力系統(tǒng)的抗干擾能力。Turpin等[13]提出一種針對超級電容-燃料電池系統(tǒng)的直流組網(wǎng)方式，可以有效避

【參考文獻】：
期刊論文
[1]柴電混合動力船舶機動性能研究[J]. 劉永志,胡義,徐振峰.  內(nèi)燃機工程. 2019(01)
[2]直流電力推進系統(tǒng)在小水線面雙體科考船上的應(yīng)用[J]. 李鴻瑞,熊良勝,邵詩逸.  艦船科學(xué)技術(shù). 2017(15)
[3]單相DC/AC逆變器大信號快速建模仿真方法[J]. 王建華,顧彬仕,段青,邱麗君,呂志鵬,王濤.  電力系統(tǒng)自動化. 2017(03)
[4]基于在線ECMS的混合動力公交車能量管理策略優(yōu)化與HIL仿真[J]. 陳龍,李文瑤,徐興,王位,單海強.  汽車工程. 2016(10)
[5]混合動力船舶能量管理控制策略設(shè)計與仿真[J]. 袁裕鵬,王凱,嚴新平.  船海工程. 2015(02)
[6]基于系統(tǒng)辨識的電化學(xué)超級電容器建模[J]. 孫家南,趙洋,韋莉,張逸成.  高壓電器. 2012(09)
[7]船舶能量管理系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 宋波.  中國艦船研究. 2011(02)
[8]質(zhì)子交換膜燃料電池的建模與仿真分析[J]. 賀建軍,孫超.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(02)
[9]燃料電池作為船舶動力裝置的可行性分析和研究[J]. 岳蕾,張志國,彭婭玲.  艦船科學(xué)技術(shù). 2009(02)

博士論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大學(xué) 2011

碩士論文
[1]鋰離子電池組等效電路建模及SOC估算的研究[D]. 凡旭國.西南科技大學(xué) 2017
[2]基于智能控制算法的混合動力船舶能量管理策略研究[D]. 唐道貴.武漢理工大學(xué) 2017



本文編號：3533898