摘 要

本文通过调研国内外绿色动力船舶发展概况，研究内河船舶能源类型（包括传统能源、清洁能源和新能源等）与动力系统应用形式（包括机械动力、电动力和混合动力等），类比不同类型的内河船舶及相关内河运行航线特征，提出了一种适合于内河船舶的柴油机-铅酸蓄电池组混合动力系统设计方案，通过调研车用混合动力结构和控制策略并对比其特点，选出了应用于长江中下段流域的拖轮的蓄电池组-柴油机混合动力系统，分析此混合动力系统的性能特征。

采用模块化建模的思想，确定内河拖轮混合动力系统的数学联系，在Simulink软件上，建立混合动力系统的动态仿真模型，对此系统电机启动和混合动力运行过程进行仿真分析。

研究结果表明：混合动力推进系统相对于纯机械推进系统所能达到的航速更大，达到最大航速所需时间更短。因此混合动力技术在船舶上的应用将是大趋势。

关键词：新能源；内河船舶；混合动力；Simulink；动力性

Abstract

By investigating the development of green power vessels at home and abroad, this paper studies the types of inland vessel energy (including traditional energy, clean energy and new energy, etc.) and power system application forms (including mechanical power, electric power and hybrid power, etc.). Based on the characteristics of inland vessels and related inland waterway routes, a diesel-lead-acid battery pack hybrid power system design scheme suitable for inland vessels was proposed. By investigating the hybrid structure and control strategy of vehicles and comparing their characteristics, a suitable one The structural framework of the inland vessel's hybrid power system is used to select the components of the system and estimate the performance characteristics of the hybrid power system.

The idea of modular modeling is used to determine the mathematical connection of the inland river tug hybrid power system. On the Simulink software, a dynamic simulation model of the hybrid power system is established to simulate and analyze the motor start-up and hybrid operation process of the system.

The research results show that the hybrid propulsion system can achieve a greater speed than the pure mechanical propulsion system, the time required to reach the maximum speed is shorter. Therefore, the application of hybrid technology on ships will be a big trend.

Key Words：new energy；inland ship；hybrid power；Simulink；performance characteristic

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究及应用现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 研究目的及意义 2

1.4 研究内容及技术路线 2

1.4.1 研究内容 2

1.4.2 技术路线 2

第二章 内河船舶运行型式和情景分析 4

2.1 能源种类分析与讨论 4

2.1.1 传统能源 4

2.1.2 新能源 4

2.2 动力型式分析与讨论 4

2.2.1 机械推进 4

2.2.2 电力推进 4

2.2.3 混合动力推进 5

2.3 长江航线特征分析 5

2.4 内河船舶种类探讨 6

2.5 匹配结果分析 7

第三章 内河船舶混合动力系统关键部位选型和参数设计 8

3.1 发动机型式 8

3.2 电动机型式 8

3.3 电池组型式 8

3.4 参数选取情况 9

第四章 建模及仿真分析 10

4.1 控制策略分析 10

4.1.1 结构分析 10

4.1.2 理论工作模式分析 11

4.2 子模块模型分析 12

4.2.1柴油发动机模型 12

4.2.2 电机模型 12

4.2.3 蓄电池组模型 14

4.2.4 齿轮箱模型 14

4.2.5 螺旋桨模型 16

4.3 混合动力模型图 17

4.4 仿真结果分析 18

第五章 全文总结与展望 20

5.1 全文总结 20

5.2 不足与展望 20

参考文献 21

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着我国可持续发展事业不断进步，新能源已经成为各个行业转型提升，创造绿色经济效益的内在动力，现在在工业设计技术领域、智能运输领域等受到广泛应用；其中新能源在船舶中的应用不仅可以降低船舶运输污染率，还能推动船舶设计及制造科学发展，在船舶中使用的新能源，已慢慢成为焦点。由于绿色生态观念深入人心和国际海事组织（IMO）对节约能源，减少排放要求的日益严格，"绿色发展"已经变成将来造船领域和航运领域发展的大趋势^[15]。

由于技术手段的不断成熟，人们对新能源的利用方式丰富多彩，如太阳能光伏发电技术，风帆助航技术，核能发电技术，混合动力技术等^[7,17]。但由于太阳能等类新型能源的使用效率较低，受外界环境影响大，所以本文重点研究混合动力技术。

1.2 国内外研究及应用现状