摘 要

当今经济社会快速发展带动了旅游业强劲增长，但水域旅游的环境污染问题日益突出。长江三峡久负盛名，其库区观光游船基本采用化石燃料，会排放大量的废气和噪声。如果采用纯电池作为游船电力推进动力能源，不仅可实现零排放和零污染，还可大幅度降低噪声，实现更舒适的旅游体验。因此，针对三峡库区观光游船的纯电池动力系统的设计，具有广阔的应用前景。

本文为三峡库区纯电动观光船提供了动力系统设计方案，主要对观光船动力系统展开了分析与设计，对系统原理进行了简单的介绍及概括。通过实地调研发现三峡库区太阳能资源较丰富，观光船面积较大，还可充分利用光伏发电，可达到节能减排的目的。但由于光伏发电效率有限，所以本方案将以蓄电池为主，以光伏发电为辅作为船舶动力之源。本船动力系统的设计在阐述分析负载、光伏阵列和蓄电池三大主要组件的参数计算方法以及选型的基础上，确定了太阳能电池板与蓄电池的数量、安装布置方案、电池管理系统与配电方案，完成了三峡库区纯电动观光船动力系统的设计研究。

关键词:纯电动观光船；电池管理系统；独立光伏系统；推进系统

Abstract

The rapid economic and social development of today has led to strong growth in the tourism industry. However, environmental pollution in water tourism has become increasingly prominent. The Yangtze River Three Gorges enjoys a long-standing reputation. Its sightseeing cruise ships in the reservoir area basically use fossil fuels and emit large amounts of exhaust gas and noise. If a pure battery is used as a power source for cruise ship power propulsion, not only zero emissions and zero pollution can be achieved, but noise can be greatly reduced and a more comfortable travel experience can be realized. Therefore, the design of the pure battery power system for sightseeing cruise ships in the Three Gorges reservoir area has broad application prospects.

This article provides a power system design scheme for the pure electric sightseeing boat in the Three Gorges reservoir area. It mainly analyzes and designs the power system of the sightseeing boat, and briefly introduces and summarizes the system principle. Through on-the-spot investigation, it has been found that the Three Gorges reservoir area is rich in solar energy resources, and the area of sightseeing boats is large, and it can also make full use of solar photovoltaic power generation to achieve the purpose of energy conservation and emission reduction. However, due to the limited photovoltaic power generation efficiency, this program will use batteries as the main source, supplemented by photovoltaic power generation as a source of ship power. The design of the ship's power system is based on the analysis of the calculation methods and selection of the three major components of the load, photovoltaic array and battery, and the number of solar panels and batteries, the installation and layout scheme, the battery management system and the power distribution scheme are determined. Completed the design research of the power system of the pure electric sightseeing boat in the Three Gorges reservoir area.

Key words:Pure electric sightseeing boat； battery management system； independent photovoltaic system； propulsion system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外电动船研究现状 1

1.3 研究的基本内容 3

第2章 三峡库区纯电动观光船设计要点分析 5

2.1 三峡库区纯电动观光船总体设计方案 5

2.1.1 三峡库区的气象资料 7

2.1.2 根据要求，确定船舶尺寸、日营运时间及航速等参数 8

2.1.3 确定负载、设计光伏系统 8

2.1.4 蓄电池容量的选择 9

2.1.5 岸基能源 9

2.2 三峡库区纯电动观光船主尺度要素选择及设计要求 9

2.3 小结 11

第3章 观光船动力系统分析与设计 12

3.1 纯电动观光船电力系统负荷分析 12

3.2 光伏系统的设计 13

3.2.1 光伏阵列发电量 13

3.2.2 光伏阵列的功率 13

3.2.3 太阳能电池板规格的选择 14

3.2.4 串并联关系 16

3.2.5 安装布置方案 16

3.2.6 太阳能光伏控制器 17

3.3 船用型锂电池储能系统的设计 17

3.3.1 数量核算 19

3.3.2 蓄电池组件串并联方式 19

3.4 岸基能源 20

3.5 小结 20

第4章 动力系统管理策略 21

4.1 配电系统 21

4.2 推进系统 21

4.2.1 环形推进器 21

4.2.2 驱动控制系统 22

4.2.3 驱动逆变器 22

4.3 电池管理系统 22

4.3.1 电池管理系统组成 23

4.3.2 电池管理系统功能 23

4.3.3 双向离网型逆变器 25

4.3.4 注意事项 26

4.4 系统保护策略 26

4.5 小结 26

第5章 结论与展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

当今经济社会快速发展带动了旅游业强劲增长，但水域旅游的环境污染问题日益突出。长江三峡久负盛名，其库区观光游船基本采用化石燃料，会排放大量的废气和噪声。如果采用纯电池作为游船电力推进动力能源，不仅可实现零排放和零污染，还可大幅度降低噪声，实现更舒适的旅游体验。因此，针对三峡库区观光游船的纯电池动力系统的设计，具有广阔的应用前景。

目前三峡库区的观光船则采用的是化石燃料，其对环境造成的污染，存在以下不足：

1. 燃油泄漏对环境的污染，在长江中泄漏一滴油可对水面造成四立方米左右的污染，当油在水面上漂浮时将隔绝水体与空气，导致水中缺少氧气而引起水体的严重变化；
2. 噪声对环境的污染，尤其是噪声很难控制的柴油机，它的噪声可超过90分贝，影响乘客的心情与舒适度；
3. 废气对环境的污染，燃油未完全燃烧时，会在大气中排放粉尘和黑色微小颗粒，严重污染三峡的环境^[1]。

电动船作为绿色交通工具，可以避免上述主要缺陷，它具有有节能、环保、噪声小等特点，满足当今社会环保的需要，是其他常规动力船所无法比拟的，这也是电动船最大的优势所在。

归纳起来，太阳能游览船有如下优点：

1. 电动船以电子元件为主的传动系统，易实现运动控制、进行快速的故障诊断、提高舒适性；
2. 电动船以电能作为主要能源，杜绝了有害物质的排放，对环境的污染非常小，并且运行过程中没有发动机噪声、对环境保护有利；

(3)电动船是采用电力的推进方式，机械传动机构较少，能量的传递与利用的效率较高；

(4)电动船使用的清洁能源，减少了常规石化能源的消耗。

基于以上因素，为保护景区环境，减少污染以及降低噪声，可以开展纯电动船舶在三峡库区的应用研究。

1.2 国内外电动船研究现状

世界第一艘商用的太阳能/风能混合动力双体客船是由澳大利亚SS公司在2000年开发。此种新型船舶可由风能或太阳能作为其动力之源，也可以同时利用这两种能源推进船舶，它可载100人。若此船只利用太阳能，其航速可达到6.5kn，若利用风能，其航速会更高。

日本福岛造船铁工所建造的第一艘双尾鳍电动船“新进丸”在2012年竣工。该船为化学品运输船，全长70米，型宽11.5米，型深5.2米，总吨位749吨，载货重量1794吨，货箱容积1502立方米，发电装置为3台600千瓦发动机，推进装置为2台500千瓦推进发动机，电动推进系统为2座４翼可变螺距螺旋桨（2轴CPP方式），航速12节。据悉，该船是作为“超级生态船（SES）”而建造的环保经济电动船，在节能方面可降低燃料费10%，在环保方面可降低二氧化碳（CO₂）10%，降低氮氧化物（NO_ｘ)30％，降低硫化物10％。

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