【摘要】：旅游業(yè)在國家經(jīng)濟發(fā)展中日漸占據(jù)重要地位,頻頻出臺旅游政策的同時,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。為了響應相關法律法規(guī)對游艇行業(yè)綠色環(huán)保、低排放的號召,綠色游艇的設計與制造迫在眉睫。而燃料電池電力推進裝置(Fuel cell electric propulsion device)的高效、無污染等特性正好符合綠色游艇的設計理念,并且該種推進裝置早已被廣泛應用于電動汽車行業(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。本文主要針對游艇推進裝置進行研究,設計出以氫燃料電池為主動力源、蓄電池為輔助動力的符合游艇自身特性的燃料電池電力推進系統(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、推進電機、推進器、輔助電池、DC-DC轉(zhuǎn)換裝置等主要部件入手,對整個游艇燃料電池電力推進系統(tǒng)進行了選型配置;對主要部件的各項基本參數(shù)進行了匹配計算之后,確定了整個游艇燃料電池電力推進系統(tǒng)的各項參數(shù):選用兩個額定功率為20 kW的質(zhì)子交換膜燃料電池作為主要供電系統(tǒng)、兩個額定功率15 kW的永磁無刷直流電機作為推進電機、以直徑550 mm的MAU型4葉螺旋槳作為游艇推進器、以容量為70 Ah的鎳氫蓄電池作為燃料電池電力推進系統(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,對整個游艇各主要部件進行分段建模,分析得出各個部件的運行情況及輸出特性,之后將各部件進行組織整合,通過聯(lián)合仿真了解整個游艇燃料電池電力推進裝置的輸出特性及其可靠性;最后,通過選型、計算、建立出與游艇燃料電池電力推進裝置相匹配的金屬貯氫裝置三維立體模型,對其進行設計優(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模型進行對比,仿真模擬后得出不同的游艇燃料電池電力推進系統(tǒng)特性曲線;將兩者仿真運行后所得的游艇航速變化、系統(tǒng)輸出功率及系統(tǒng)效率等特性曲線進行對比分析。結(jié)合現(xiàn)有的游艇推進系統(tǒng)特性,得出該游艇可達到的最大航速為7.9 kn,此時推進電機的轉(zhuǎn)速為1920 r/min,螺旋槳轉(zhuǎn)速為940 r/min,功率達到27.3 kW,且在經(jīng)濟航速下電機轉(zhuǎn)速達到1100 r/min時,游艇的航速能夠達到4.7 kn,耗氫量0.68 kg/h,續(xù)航時間達6.9 h。以上參數(shù)均符合該游艇氫燃料電池電力推進裝置的設計需求,由此可確定該燃料電池電力推進系統(tǒng)運用于游艇推進系統(tǒng)中的可行性與準確性。最后,對于燃料電池在船舶行業(yè)中的研究與普及提出展望。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U664.14

【參考文獻】

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本文編號：2728760