Ηλεκτρικό κινητήριο σύστημα πρόωσης κυψελών καυσίμου για ναυτικές εφαρμογές–Μελέτη και σχεδιασμός των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος του συστήματος

Abstract

Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και ο σχεδιασμός ενός ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος πρόωσης κυψελών καυσίμου για ναυτικές εφαρμογές με έμφαση στη μελέτη και στο σχεδιασμό των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος του συστήματος. Στην εποχή μας, ο συνδυασμός ηλεκτρικής πρόωσης και συστημάτων κυψελών καυσίμου αποτελεί πιθανή λύση στη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση στον τομέα των μεταφορών καθώς και στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα που αυτή προκαλεί. Στην εργασία μελετούνται δύο συστήματα πρόωσης ίδιας ονομαστικής ισχύος που διαφέρουν στο σύστημα τροφοδοσίας κυψελών καυσίμου. Η διαφορά αυτή απαιτεί και διαφορετικό σχεδιασμό στους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Τα χαρακτηριστικά της εφαρμογής οδηγούν στη χρήση μετατροπέων συνεχούς τάσης σε συνεχή τάση με διαδοχική αγωγή παράλληλων κλάδων για τον έλεγχο του ηλεκτρικού κινητήρα πρόωσης συνεχούς ρεύματος και άρα της έλικας του σκάφους. Στο ηλεκτρικό κινητήριο σύστημα προστίθεται και μια συστοιχία συσσωρευτών για την κάλυψη των αιχμών του φορτίου και για βελτίωση της απόκρισης του συστήματος σε μεταβατικές καταστάσεις. Για καθένα από τα υποσυστήματα του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος προτείνεται αντίστοιχο πραγματικό εμπορικό προϊόν. Τέλος παρατίθενται δύο πιθανές ναυτικές εφαρμογές του συστήματος που σχεδιάστηκε.

The object of this master thesis is the study and the design of a fuel cell electric drive propulsion system for marine applications emphasized on the power electronic converters of the system. In our days, the combination between electric propulsion and fuel cells may be a possible solution in the continuously increasing demand in the sector of transports as well as in energy and environmental problems that this causes. Two propulsion systems with the same nominal power but with different fuel cell systems have been studied. This difference demands different design to the power converters of each system. The characteristics of the applications result to the usage of multi-channel interleaved converters for the control of the dc propulsion motor. In the electric drive propulsion system a battery pack has been added aiming to better dynamical characteristics. A commercial solution has been proposed for all the subsystems of the propulsion system. In the end, two possible marine applications have been studied.