摘 要

本文旨在优化当前船舶电力推进系统运行时存在的问题，其中主要是储能方面。由于单一使用蓄电池或超级电容，会具有各自的优缺点，那么如何结合二者的优点是研究和发展的一大趋势。参考国内已有的电动汽车复合储能系统，设置船用复合储能系统。通过仿真来检验设计是否合理可行。

论文的第一章主要是说明课题提出的背景以及研究意义。通过对比国内外技术发展现状来明确未来发展方向。第二章通过查阅文献，了解磷酸锂电池的特性并运用matlab/simulink做出其等效模型以及了解超级电容的特性，同样做出其等效模型。第三章，分析单体电池SOC的计算方法，同时做出其simulink计算模型。第四章是混合储能系统的设计与控制策略的研究，同时制作DC/DC转换器的升降压模型，是得出结论的重点论述内容。第五章通过分析所得数据，进行总结归纳。并对论文内容进行展望。

本文不仅有理论方面的分析研究，也有实验数据支持。可以为今后船舶电力推进系统复合储能装置的优化提供可操作的模型和平台。而该技术的掌握，也标志着我国船舶发展攀上新的高度。

关键词：蓄电池；超级电容；SOC；DC/DC；储能变流器。

Abstract

This paper aims to optimize the problems existing in the current operation of marine electric propulsion system, mainly in the aspect of energy storage. Since single use of battery or supercapacitor will have their own advantages and disadvantages, so how to combine the advantages of the two is a major trend of research and development. The marine composite energy storage system is set up according to the existing electric vehicle composite energy storage system in our country. Simulation is used to verify whether the design is reasonable and feasible.

The first chapter explains the background and significance of the research. By comparing our country and foreign technology development to clarify the future development direction. In chapter 2, the characteristics of lithium phosphate batteries are understood through literature review, and the equivalent model is made by using matlab/simulink, as well as the characteristics of supercapacitors, and the equivalent model is also made. In chapter 3, the calculation method of SOC in single battery is analyzed, and its simulink calculation model is made. The fourth chapter is the research on the design and control strategy of the hybrid energy storage system. At the same time, the model of DC/DC converter is made. Chapter five summarizes the data obtained through analysis. And the content of the paper is prospected.

This article not only has the theoretical aspect analysis research, also has the experimental data support. It can provide an operable model and platform for the optimization of ship electric propulsion system in accordance with energy storage device in the future. The mastery of this technology also marks a new height for the development of our countries’ ships.

Key Words：Storage Battery；Supercapacitor；SOC；DC/DC；PCS(Power Convert System)

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题研究意义 1

1.3目前国内外发展现状 2

第2章 磷酸铁锂电池与超级电容的特性分析及仿真建模 4

2.1磷酸铁锂电池的特性分析 4

2.2蓄电池的等效模型及仿真建模 6

2.3超级电容的特性与物理参数 11

2.4超级电容模型仿真分析 15

第3章 电池SOC的计算方法与仿真 18

3.1单体电池SOC模块的计算方法 18

3.2 SOC模型仿真结果 19

第4章 复合储能系统的特点及仿真建模分析 20

4.1 复合储能系统的特点 20

4.2 复合储能系统的仿真模型 21

第5章 总结与展望 25

5.1 总结 25

5.2 展望 25

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1课题研究背景

就目前储能技术的发展而言，没有广泛运用的某一种储能装置可以同时满足电网多方面需求，因此需要通过合理组合和配置不同类型的储能装置，目的在于降低当前储能方式单一而在航行中出现某些状况的风险。

单一的储能单元，不能满足储能系统能量密度高、功率密度大的需求，且储能装置只对电力推进船舶制动回馈能量进行储存，并没有设及到利用储能系统对发电机组和船舶电网进行调节来维持电网的稳定、提高发电机组的经济性、降低尾气排放。蓄电池单独工作的问题是地问工作性能差且充电时间过长。循环使用的寿命有限，比功率大，因此如果单独使用蓄电池就必须增加电池组单体电池的数目，带来的直接问题是重量的增加导致了阻力功率的增加。而超级电容的循环效率高，可瞬间大功率充放电，工作温度范围广。因为蓄电池的高比能量以及超级电容的高比功率，二者结合起来以蓄电池为辅助动力源可以达到高比功率高比能量的共存。另外超级电容还可以起到削峰填合的作用。同时，在搭建复合储能系统时，在拼接模块时也会产生很多问题，尤其是如何选用及封装出最合理的AC/DC转换器或是DC/DC转换器，这些都是系统能否成功运行的必要保证。

1.2课题研究意义

当下正使用的船舶，其综合电力推进系统负载功率较大，这就与现有的储能模块所能提供的功率及电压等级均不匹配。

上文说到，单一的储能模块只能提供某一自身的优势，无法满足电力推进系统的用电需求。当系统处于制动状态时，复合储能装置是充电状态，而蓄电池的的充电速率显然是不如超级电容的，不过超级电容制动开始时的瞬间响应会很大，蓄电池的瞬间响应则较为缓慢。那么，若是可以将二者结合，那么系统制动时的充电速率和制动开始的瞬间响应都可以得到一定程度优化。当系统处于加速或巡航时，复合储能装置处于放电状态。其中超级电容放点瞬态功率远远大于蓄电池，蓄电池的优点在于其容量更大，因此当船舶需要加速或者起航时，超级电容功率较大的特点可以为其提高较大的瞬时功率，此时超级电容放电，提供起航加速的瞬态功率；当船舶稳定时，能量密度较大的蓄电池就会放电，提供巡航时所需要的功率。引入复合储能装置可以根据超级电容和蓄电池各自的特点向各种工况下航行的船舶供电，解决单一储能装置能量密度小，单位容量低等