摘 要

近年由于海上丝绸之路的提出，对外开放的需求不断扩大，经济也在不断发展，国家也对船舶运输业越来越重视。因此，船舶的各项技术都被提出了更高的要求，更好的促进船舶技术的研究发展。同时，动力系统对于船舶技术在未来的发展是最重要的，目前纯电力船舶尚有技术原因而受到限制，新型能源动力系统由于能量管理策略较复杂，自身发展也不成熟，而本文研究的柴电混合动力船舶则是混合动力系统中发展势头强劲的一种动力系统，不仅可以节能减排，减小噪音，还能获得更多的经济效益。因此，本文主要研究了并联式船舶柴电混合动力系统的具体构造，探寻混合动力系统的具体工作原理和先进技术，同时也就能量管理策略进行了简单的研究。

关键词：船舶技术；混合动力系统；匹配选型；能量管理策略；

Abstract

In recent years, due to the proposal of the Maritime Silk Road, the demand for opening to the outside world has continued to expand, and the economy has also continued to develop. The country also attaches importance to the shipping industry. Therefore, the ship technology are required, and better promote the research and development of ship technology. At the same time, the power system is the most important for the future development of ship technology. At present, pure electric ships are still limited by technical reasons. The new energy power system is not mature due to the complicated energy management strategy. Electric hybrid ships are a kind of power system with strong development momentum in the hybrid power system, which can not only save energy and reduce emissions, reduce noise, but also obtain more economic benefits. Therefore, this article studies the specific structure of the parallel ship diesel-electric hybrid system, explores the specific working principle and advanced technology of the hybrid power system, and also conducts a simple research on the energy management strategy.

Keywords: ship technology; hybrid power system; matching selection; energy management strategy;

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1船舶推进系统的发展 1

1.2.2动力系统的研究现状 3

1.3研究的主要内容 3

第2章 柴电混合动力推进系统 5

2.1柴电混合动力系统简介 5

2.2柴电混合动力系统组成与结构 5

2.3柴电混合动力系统并联式工作模式 7

2.3.1工作模式 7

2.4油电混合动力系统关键技术分析 7

2.4.1混合动力船舶能量管理系统 7

2.4.2蓄电池组 8

2.4.3柴电混合动力系统匹配仿真技术 8

2.5本章小结 8

第3章 混合动力系统设计、选型与匹配 9

3.1系统方案设计 9

3.1.1系统结构 9

3.1.2工作原理 10

3.2部件匹配与选型 11

3.2.1匹配原则 11

3.2.2发动机选型 12

3.2.3电机选型 12

3.2.4蓄电池选型 13

3.3本章小结 13

第4章 系统能量管理策略 14

4.1混合动力系统控制策略介绍 14

4.1.2基于优化算法的能量管理策略 14

4.1.3基于智能控制的能量管理策略 15

4.2本文研究的控制能量管理策略 15

4.3本章小结 16

第5章 总结与展望 17

5.1总结 17

5.2展望 17

参考文献 18

致 谢 19

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

随着全球能源的现存以及开采量的减少，大气污染、土壤污染、海洋污染等也不断充斥着我们的生活，船舶航运业面临能源消耗高、环境污染严重的问题，同时负责国际海事的组织（IMO）为了解决这些污染和能源问题，积极与各国协商，制定了一系列关于海洋环境保护的条文措施。目前，如何改善环境污染问题和实现节能环保已经引起了社会广泛关注。在船舶纯电力推进技术尚不成熟，各项性能指标不理想，其续航能力也受电池容量制约的矛盾下，所以相对而言，船舶混合动力技术目前较为成熟，有实际应用的例子，发展前景较好。混合动力系统能够在航行期间保持较低功耗，在发动机舱的声音也比较小，不会产生很多干扰，这些都是它的优点所在。由于各国针对动力系统研究的不断发展，混合动力系统的优势正在被一点一点挖掘，在保护海洋环境和节能减排等方面，同时也作为未来船舶需要革新的技术，亟需发展。

船舶混合动力系统分为很多种类，具体根据应用的能源形式所划分，比如柴电、气电以及太阳能混合动力系统等等。

由于新能源混合动力系统技术还有漏洞，可能会有一些安全性的问题，目前应用在船舶航行中不太可靠，而且单独应用容易受到限制，所以世界上在建造船舶时，一般不采用这种混合动力系统形式。但是如今船舶不仅应用在海上运输业，还有一些特种船舶，比如资源勘探船，深海作业船等都需要一些特别的工作性能，此时就需要混合动力系统安全可靠，并且能拥有较高的测量精度，能够在一些多功能船舶上使用。同时也对船舶的灵敏性提出了一定的考验。在综合了国内外一些动力系统研究信息后，发现柴电混合动力系统可以较好地符合需求，所以，本文决定研究船舶柴电混合动力系统，以及一些技术特点，设计构思等等，以期能有一些理论研究的价值。

1.2国内外研究现状

1.2.1船舶推进系统的发展

20世纪中后期，蒸汽机由于效率低下，逐步被柴油发动机取代。在经历第一次动力革命之后短短几百年的时间，内燃机就被发明出来，也因此代表了一个新时代，蒸汽机逐渐退出时代的潮流。柴油机不同于蒸汽机，没有较大的热能浪费，提高了做功效率，而且扭矩比较大，可以带动更大的船舶，这就很好的促成了海洋船舶航运业的兴起，由此船舶的动力性能得到提高，同时也有较低的油耗和可靠性。所以在上世纪，柴油机飞速发展，世界各国把柴油机放在了战略地位，广泛开展研究。德国，日本等国家的柴油机制造水平相对其他国家较高，一些转子发动机也被制造出来。由于我国缺席了第一次工业革命，参与第二次动力革命也显得有些吃力，一些先进的国外技术受到壁垒保护，所以基本上就只有生产制造，缺乏研究，比较重要的零部件只能从国外进口。总之，动力设备的发展比较落后。近年来，对外开放程度的不断扩大，海外学子的不断求学和对真理的不断探寻，我国一些零部件也得到了发展，有了一定的研发能力，柴油机的研究水平也得到了一定程度上的提高。

二十世纪末，由于互联网技术和计算机的兴起，船舶上加入了一些电子设备，不仅让驾驶系统变得更加便捷，可视性强，而且还使得船舶电能动力系统有了发展的可能性。所以刚刚兴起的柴油机与电力的混合动力系统成为了可能，同时具备了两者的优点。混合动力船舶从而逐步成为一个领先的研究领域。目前全球船舶包括在建和已经运行的数量有限，主要动力源中最为成熟，应用最广的技术是柴电混合动力。柴电混合动力船舶是当今船舶发展的热门方向。