1. 研究目的与意义（文献综述）

1 目的及意义

1.1. 研究的目的及意义

随着国内旅游行业的发展，各种人为因素对于景区环境的破坏日益受到人们的重视。对于以江河湖泊为重点景点的景区来说，观光游览船是为游客提供旅游服务、增加营业收入的重要组成部分，以漓江为例，2016年，漓江接待游客量已超过600万人次。漓江现约有2200艘汽油动力排筏。按照环保部门的估算，漓江上汽油动力排筏每年产生的废气就超过8000万立方米。其对于景区环境的破坏是明显的，首先是排放，特别是对于航行状态多变的游船，发动机经常处于低效率、高排放的非最佳窗口，颗粒物排放以及其他类型排放十分严重，柴油机发电污染严重并且噪声很大，影响船上人员的工作与休息^[1]。

因此，寻找一种新的动力来替代游船上使用的发动机是十分有必要的。使用蓄电池作为交通工具的储能装置，在19世纪中期就在汽车上使用了，但相较于较其之后出现的内燃机汽车，蓄电池在各个方面都是劣势，因此淡出人们的视野，直到20世纪中后期，随着环境污染的加剧和石油危机的爆发，零排放、节能环保的新能源汽车被世界各国所看重，在近几年呈爆发式增长，动力电池作为新能源汽车发展的三个关键技术之一，一直是市场角逐的重点^[2]。在游船方面，由于电池容量、能量密度以及价格的限制，在很长一段时间内并没有被重视。近年来，电池技术的高速发展使之成为可能，并且日益严峻的气候及环保要求更加的推进了电动船舶的发展，然而，蓄电池仍存在一些问题。首先，蓄电池的能量密度虽有大幅的提升，但满足船舶续航能力所需的电池总重量会很大，使得游船吃水更深，阻力更大；而后是充电慢，这一点仍会使得游船花费很多的时间来停泊在岸边充电，降低游船的效益。更换蓄电池的方式可很好的解决这一问题，游船靠泊后直接更换已经充电完成的蓄电池，在这个过程中，由于游船用的电池总重量很大，需要设计一套方便更换蓄电池的工具。船舶电网与陆地电网相比有容量小的特点，而某些船舶负载的容量可以与船舶发电设备的容量相比，这些负载起动、停止时，对船舶电网有较大的冲击^[3]。因此，使用蓄电池作为游船的主要动力时，需要寻找一种可以帮助缓解和解决这种问题的储能装置，超级电容就可以满足这种需求，其特点就是高功率密度和低能量密度，利用超级电容器短时大功率充放电的特性可减小蓄电池峰值充放电电流,延长使用寿命,提高动力和经济性能^[4]。因此，将可更换的蓄电池组和超级电容使用在同一个动力系统中，使二者的能力得到互补，使得船舶动力系统有更好的表现。

为了提高游船的舒适性、环保性与安全性，需要对游船的动力系统做出改进，了解国内外对于电动游船的研究与应用，并根据蓄电池储能在容量和充电速度上的不足设计一套可更换的电池系统，根据蓄电池大功率输出方面的不足将超级电容引入该混合动力系统中。该研究与设计对于船舶舒适性、环保性、安全性的提升以及运营成本的降低具有重大意义。

1.1. 国内外研究现状分析

1.1.1. 蓄电池

蓄电池在该动力系统中承载着主要的储能以及电能输出的任务，因此它的选择很是重要。目前，市场上主要的充电蓄电池有铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池的发展很早，技术成熟，但是其能量密度低、维护频繁并且寿命较短；镍镉电池的大电流放电能力强，维护简单，但是有记忆效应，长期不合理的使用会使得电池的容量降低；镍氢电池能量密度比镍镉电池要高，并且对环境无污染，但是其成本昂贵，性能也不如锂离子电池；锂离子电池的能量密度很高，同时基本没有记忆效应和毒性。综合电池的能量密度、功率密度和循环寿命等关键参数，锂离子电池有着相较于其它电池更加优异的性能，其能量密度目前可以达到160wh/kg，该数据的目标值为350wh/kg，功率密度可以达到1500w/kg^[5]，这表明相较于其他电池，相同的容量及功率，锂离子电池会更小、更轻，从而更加适合于运用于游船上。作为船舶的主要动力来源，蓄电池的用量会很大，因此会以电池系统的形式存在，其管理策略并不仅仅是以前的作为应急电源时能比的了，姜波、宋瑜在《船用大容量蓄电池的应用研究》中就对船舶使用大容量电池时的蓄电池管理人员提出了更高的要求，以及介绍了电池管理系统（bms）的温度监控、soc监控、能量流动监控等功能^[6]。

2. 研究的基本内容与方案

1.1. 研究目标

以30客位游船为研究对象，通过对游船动力系统的功率及容量进行计算，并且研究可更换的蓄电池组，设计出一种使用蓄电池和超级电容的30客位游船动力系统。

1.2. 研究的基本内容

1、蓄电池、超级电容与电力推进船舶的国内外研究现状。

2、基于蓄电池和超级电容的30客位游船动力系统功率和容量的计算。

3. 研究计划与安排

1. 进度安排

第 1 周：完成5000汉字以上的相关外文资料翻译，译文通顺、达意。

第 2-3 周：查阅论文相关的国内外文献，结合论文题目和前期工作做出进度计划，写出开题报告。

第 4 周：完成30客位游船的动力需求计算。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 参考文献

[1] 钱正彦.船舶新能源供电技术研究[d].武汉：武汉理工大学，2012.

[2] 徐文洪，周惠来，胡宏，张德芳.锂离子动力电池产业技术发展态势分析及对策[j].地域研究与开发，2016（6）：31-36.

[3] 王皓，林海燕.船舶光伏系统工作模式及稳定性研究[j].电气时代，2017（8）：86-90.