Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν ο σχεδιασμός και η κατασκευή του ηλεκτροκινητηρίου συστήματος ενός ηλεκτροκίνητου σκάφους. Πραγματοποιήθηκαν μία σειρά από τεχνικές επεμβάσεις, ώστε να μετατραπεί ένα απλό σκάφος σε ηλεκτροκίνητο. Στην εποχή μας τα ηλεκτροκίνητα σκάφη και η ηλεκτρική πρόωση αποτελούν κομμάτι των ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς αποτελούν πιθανή λύση στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση στον τομέα των μεταφορών καθώς και στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα που αυτή προκαλεί. Ο υψηλός βαθμός απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος, το υψηλό επίπεδο ελέγχου μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που προσφέρει ευκινησία σε ένα σκάφος, η έλλειψη θορύβου-διαταραχών και η απουσία ρύπανσης μας οδηγούν στη χρήση των ηλεκτροκίνητων σκαφών και της ηλεκτρικής πρόωσης όλο και περισσότερο στις μέρες μας. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή για πρακτικούς λόγους αλλά και για λόγους ασφάλειας οδηγηθήκαμε στην επιλογή κινητήρα συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μονίμου μαγνήτη χαμηλής τάσης 24V. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τιμή ρεύματος για την επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος 1,5 kW . Για αυτό το λόγο επιλέχθηκε ο ηλεκτρονικός μετατροπέας υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων, ο οποίος έχει τη δυνατότητα διαχείρισης υψηλών τιμών ρεύματος. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας αποτελείται από 4 παράλληλους κλάδους, λειτουργεί στην συνεχή αγωγή και υποβιβάζει την τάση των 36V σε 0-24V για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα, ο οποίος έχει ονομαστικό ρεύμα 78A. Ο μετατροπέας εξετάστηκε αρχικά μέσω της εξομοίωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό (PSpice) και στη συνέχεια πειραματικά πραγματοποιώντας μία σειρά από δοκιμές και μετρήσεις. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας είναι ιδανικός για φορτία που απαιτούν μεγάλες τιμές ρεύματος. Από τις δοκιμές παρατηρούμε, ότι ο βαθμός απόδοσης του μετατροπέα διαδοχικής αγωγής που κατασκευάστηκε, κυμαίνεται γύρω στο 95%, άρα είναι μια καλή λύση στην οδήγηση κινητήρων συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) χαμηλής τάσης (υψηλού ρεύματος). Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε πληθώρα εφαρμογών ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. / -

The Swedish Sea Rescue Society (SSRS) is a non-profit organisation which performs themajority of rescue missions on Swedish waters. SSRS together with many other companies arecurrently under development of a novel boat design which is battery powered. This leads to aspecific challenge of shorter available reach compared to the traditional diesel engine poweredboats. The solutions is to make use of hydrofoils which enables the potential for the hull to belifted above sea level and reduce drag resistance by up to 80% The purpose of the project was to through a broad background study, develop systems that allowretraction and extension of the hydrofoil from the hull of the boat. After generating 10 concepts,these were evaluated by performing an elimination- and decision matrix. Two concepts werechosen to be further developed. The two concepts were in many aspects similar in regards tocomponents and the outline of them except one was actuated by a multi-stage hydraulic cylinderand the other by a servo motor and roller screw. Analytical calculations, choice- anddimensioning of components and FE-analysis in NX Nastran were done in the furtherdevelopment-stage. It was found that both solutions were viable options to integrate as hydrofoil extension andretraction mechanisms on an electric boat. After completion and interpretation of the results itwas concluded that an electromechanical solution would be prefered to use as the underlyingtechnology for the lifting mechanism. / Svenska sjöräddningssällskapet (SSRS) är en ideell organisation som utför majoriteten avräddningsuppdrag i Sverige. SSRS tillsammans med flera andra företag är under utveckling aven ny båtdesign som ska drivas av el, vilket leder till en specifik utmaning i form av en kortaretillgänglig körsträcka gentemot den traditionellt drivna motorbåten. Lösningen är att använda sigutav s.k. bärplan, vilket möjliggör skrovet på båten att lyftas över vattenytan och reducerarfriktionskrafterna med upp till 80%. Projektet gick ut på att genom en bred bakgrundsstudie utveckla koncept av system som tillåterin- och utfällning av detta bärplan från båtens skrov. Efter en generering av 10 varierandekoncept sållades dessa ut genom en eliminerings- samt beslutsmatris. Två av dessa konceptvaldes att utveckla vidare. Dessa två koncept var i många hänseenden identiska i utformning avkomponenter med skillnaden att den ena var driven av en teleskopisk, 2-stegs, dubbelagerandehydraulcylinder och den andra med en servomotor och rullskruv för att utföra linjär rörelse.Analytiska beräkningar, urval och dimensionering av komponenter samt FE-analyser i NXNastran gjordes i vidareutvecklingen av koncepten. Båda koncepten visade sig vara lämpliga alternativ i tillämpningen som mekanism till ett ut- ochinfällbart bärplanssystem på en eldriven båt. Efter slutsats och tolkning av resultatet framgick detatt den elektromekaniska lösningen nog skulle vara den mest lämpliga teknologin bakomlyftmekanismen.

The aim of the thesis is design of a recreational boat. Every design decision will be based on user-centered approach. The goal is to come up with the design that will be highly functional and will induce the feeling of a contentment. Goal is also to incorporate electric propulsion as a part of ever growing effort to end addiction to fossil fuels and minimize ecological impact of a product.

Progressing constraints on green house gas emissions lead to a sustainability trend,which greatly a↵ects the transport sector. Nowadays, companies show increasing interest indeveloping sustainable solutions.This thesis has been started thanks to a project given by Sj¨or¨addningss¨allskapet, themost relevant association that performs sea rescue operations in Swedish waters.Sj¨or¨addningss¨allskapet would like to explore the possibility of making their rescue boat fleetentirely carbon-free, hence more sustainable.What may provide a suitable solution is an electric drive train with hybrid energy storage,composed by a battery pack and a fuel cell stack. The research question is whether it wouldbe feasible to combine fuel cell stacks and battery packs to provide power to a fast smallboat.From a sketch of a rescue boat, the drive train design for such boat is studied in itsintegrity, from the water jet pump to the battery and fuel cell systems.The required power has been calculated empirically, using data from online tests on waterjet boats. Di↵erent tests have been considered, resulting in a mean power curve and a meanconsumption curve and allowing comparison between the hybrid electric drive train withan internal combustion engine drive train.Three profiles of speed, power and consumption have been assumed for the calculation ofthe required energy and hence rate the energy storage system. A design has been proposedin terms of fuel cell capacity and battery capacity.The propulsion unit, composed by the electric machine and water jet, has been studied,focusing on di↵erent electric drive technologies. Few conclusions on both the weight andsustainability requirements are discussed.A sustainability analysis is carried out in terms of CO2 emissions, through a life cycleassessment accounting for the environmental impact of the system during the whole lifecycle, from cradle to grave. / Ökande begränsningar för utsläpp av växthusgaser leder till en hållbarhetsutveckling, vilket påverkar transportsektorn kraftigt. Nuförtiden visar företag ett ökande intresse för att utveckla hållbara lösningar.‌Denna avhandling har startats tack vare ett projekt som ges av Sjöräddningssällskapet, den viktigaste föreningen som utför havsräddningsinsatser i svenska vatten.Sjöräddningssällskapet vill undersöka möjligheten att göra deras räddningsbåtflotta helt emissionfri, och därmed mer hållbar.Det som kan ge en lämplig lösning är ett elektriskt drivsystem med hybrid energilagring, sammansatt av ett batteripaket och en bränslecell-stapel. Forskningsfrågan är om det skulle vara möjligt att kombinera bränslecellstaplar och batteripaket för att driva en snabb liten båt.Från en skiss av en räddningsbåt studeras designen för en sådan båt i dess integritet, från vattenstrålpumpen till batteri och bränslecellsystem.Den erforderliga kraften har beräknats empiriskt med hjälp av data från onlinetest av vattenstrålbåtar. Olika tester har beaktats, vilket resulterar i en genomsnittlig e↵ektkurva och en genomsnittlig förbrukningskurva och möjliggör en jämförelse mellan det hybridelektriska drivsystemet med ett förbränningsmotordrivsystem.Tre profiler av hastighet, e↵ekt och förbrukning har antagits för beräkning av den erforderliga energin och därmed för energilagringssystemet. En design har föreslagits vad gäller bränslecellkapacitet och batterikapacitet.Framdrivningsenheten, sammansatt av den elektriska maskinen och vattenstrålen, har studerats med fokus på olika elektriska drivtekniker. Några slutsatser om både vikten och hållbarhetskraven diskuteras.En hållbarhetsanalys utförs med avseende på koldioxidutsläpp genom en livscykelbedömningsom redovisar systemets miljöpåverkan under hela livscykeln, från vagga till grav.

Detta examensarbete går ut på att utföra en analys i form av en jämförelsestudie av två fritidsbåtar med funktions, ekonomisk samt hållbarhetsaspekter i fokus. Projektet utgår samt är inriktad på en eldrivenbärplansbåt The Candela Seven från elmotorbåtsproducent Candela Speed Boat AB där båten jämförs med motorbåten AMT 230 GP från Advanced Marine Tech Premium Boats och utvärderas dels med hjälp av Havsmiljöinstitutets samarbete mellan olika institutioner i Sverige som referensram. Projektmålen är att genom analys och utvärderingar av jämförelsearbete utse båten som ska prioriteras mellan Candela Seven och AMT 230 GP samt komma med eventuella rekommendationer ur funktions-, ekonomiska samt hållbarhetsperspektiv. Arbetet startade med en nulägesanalys för att skapa insikt i produktfunktionalitet av båtarna, vilka ekonomisk och hållbarhetsfördelar produkten har samt hur marknaden ser ut för elbåtar med kundbehov i fokus. För vidareanalys av insamlade data och fakta för jämförelsearbete genomfördes SWOT- och kvantitativa analysmetoder samt genom matematiska resonemang och analyser identifiera båtens egenskaper och fördelar jämfört med konkurrenten. I jämförelseanalys används jämförelsematris för värdering och sammanställning av olika parametrar mot varandra samt utse båten som ska prioriteras. I jämförelseanalysen med olika parametrar visades Candela Seven är en gynnsammare båt att välja eller köpa och som prioriteras i jämförelse med AMT 230 GP. Fokus kan bli att hitta flera kunder som är intressanta, eller produktanpassa för att uppfylla kunders önskemål. Nulägesanalys genomfördes som visar att en huvudkonkurrent med bensindriven båt identifierades samt är ett substitut som utmanar produkten. Utmärkta egenskaper från SWOT och Kvantitativa-analysen är att Candela Seven är energisparande samt lönsammare att driva med mindre underhåll jämfört med AMT 230 GP. Dessutom är produkten miljövänligare i körning med hållbarhetstänkande egenskaper och design. / This thesis is based on performing an analysis in the form of a comparative study of two leisure boats with functional, economic and sustainability aspects in focus. The project is based and focuses on an electric hydrofoil boat The Candela Seven from electric motorboat manufacturer Candela Speed Boat AB where the boat is compared with the motorboat AMT 230 GP from Advanced Marine Tech Premium Boats and evaluatedpartly with the help of the Institute of Marine Environment's cooperation betweendifferent institutions in Sweden as a reference framework. The project goals are to, through analysis and evaluations of comparative work,designate the boat that will be prioritized between Candela Seven and AMT 230 GP andgive eventual recommendations from a functional, financial and sustainabilityperspective. The work started with a current situation analysis to create insight into the productfunctionality of the boats, what economic and sustainability benefits the product hasand what the market looks like for electric boats with customer needs in focus. Forfurther analysis of collected data and facts for comparative work, SWOT andquantitative analysis methods were performed and through mathematical reasoning andanalyzes to identify the boat's properties and advantages compared to the competitor. In comparison analysis, a comparison matrix is used for valuation and compilation ofdifferent parameters against each other and to designate the boat to be prioritized.In the comparison analysis with various parameters, Candela Seven was shown to be amore favorable boat to choose or buy and which is prioritized in comparison with theAMT 230 GP. The focus can be on finding more customers that are interesting, orproduct adaptation to fulfill customer needs. The current situation analysis was carried out which shows that a main competitor witha petrol-powered boat was identified and is a substitute that challenges the product.Excellent features from the SWOT and Quantitative analysis are that Candela Seven isenergy-saving and more profitable to operate with less maintenance cost compared to the AMT 230 GP. In addition, the product is more environmentally proficient whendriving with sustainability-thinking properties and design.

The transportation industry stands for a big chunk of the worlds total carbon emissions. To counter this problem electric vehicles are seen as a good solution. However, these vehicles come at a greater cost and do not offer the same range as their less environmentally friendly counterpart. To lessen costs and development time when optimizing electric vehicles, simulations of the vehicles functionality can be utilized. One way of getting such simulations is to design a digital twin of the physical system. A digital twin is able to mimic the functionality of the physical system and can therefore offer well based indications of how a change in design will change the performance in reality. In this thesis a digital twin of the cooling system of an electric boat is designed with realistic results. Cooling systems in the scope of electric vehicles are of grave importance since the electric driveline becomes hot during use which can hinder performance of the vehicle. This is especially true for the high voltage batteries that tend to have quite a narrow range of temperatures within which performance is optimal. This thesis handles an attempt at optimizing the cooling system, replicated by the digital twin, by the use of a temperature predictive model. Three different machine learning models were tested and the resulting best model achieved a mean absolute error of 2.4 and a mean average percentage error of 5.7. However, the model was unable to foresee sudden temperature spikes and drops. A possible fix, that could not be tested in this thesis, would be to implement further input data such as driver profiles and/or GPS data with speed limits. / Transportindustrin står för en stor del av världens totala koldioxidutsläpp. För att motverka detta problem ses elfordon som en bra lösning. Dessa fordon kommer dock till en högre kostnad och erbjuder inte samma räckvidd som deras mindre miljövänliga motpart. För att minska kostnader och utvecklingstid vid optimering av elfordon kan simuleringar av fordonens funktionalitet användas. Ett sätt att få sådana simuleringar är att designa en digital tvilling av det fysiska systemet. En digital tvilling kan efterlikna det fysiska systemets funktionalitet och kan därför erbjuda välbaserade indikationer på hur en förändring i design kommer att förändra prestandan. I detta examensarbete designas en digital tvilling av kylsystemet i en elbåt med realistiska resultat. Kylsystem i elfordon är av stor betydelse eftersom den elektriska drivlinan blir varm under användning, vilket kan hindra fordonets prestanda. Detta gäller särskilt för högspänningsbatterierna som tenderar att ha ett ganska smalt temperaturintervall för optimal prestanda. Denna avhandling behandlar ett försök att optimera kylsystemet, replikerat av den digitala tvillingen, genom att använda en temperaturförutsende modell. Tre olika maskininlärningsmodeller testades och den resulterande bästa modellen uppnådde ett genomsnittligt absolut fel på 2.4 och ett genomsnittligt procentuellt fel på 5.7. Modellen kunde dock inte förutse plötsliga temperaturspikar och -fall. En möjlig fix, som inte kunde testas i denna avhandling, skulle vara att implementera ytterligare indata såsom förarprofiler och/eller GPS-data med hastighetsbegränsningar.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή του ηλεκτρικού κινητηρίου συστήματος ενός ηλεκτροκίνητου σκάφους. Πραγματοποιήθηκαν μία σειρά από τεχνικές επεμβάσεις ώστε να μετατραπεί ένα απλό σκάφος σε ηλεκτροκίνητο. Στην εποχή μας τα ηλεκτροκίνητα σκάφη και η ηλεκτρική πρόωση αποτελούν τμήμα των ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς αποτελούν πιθανή λύση στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση στον τομέα των μεταφορών καθώς και στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα που αυτή προκαλεί. Ο υψηλός βαθμός απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος, το υψηλό επίπεδο ελέγχου μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που προσφέρει ευκινησία σε ένα σκάφος, η έλλειψη θορύβου-διαταραχών και η απουσία ρύπανσης μας οδηγούν στη χρήση των ηλεκτροκίνητων σκαφών και της ηλεκτρικής πρόωσης όλο και περισσότερο στις μέρες μας. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή για πρακτικούς λόγους αλλά και για λόγους ασφάλειας οδηγηθήκαμε στην επιλογή κινητήρα συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μονίμου μαγνήτη χαμηλής τάσης 24V. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τιμή ρεύματος για την επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος 1,5 kW . Για αυτό το λόγο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ο ηλεκτρονικός μετατροπέας υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων, ο οποίος έχει τη δυνατότητα διαχείρισης υψηλών τιμών ρεύματος και είναι ιδανικός για τέτοιου είδους εφαρμογές. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας αποτελείται από 4 παράλληλους κλάδους, λειτουργεί στην συνεχή αγωγή και υποβιβάζει την τάση των 36V σε 0-24V για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα, ο οποίος έχει ονομαστικό ρεύμα 78A. Ο μετατροπέας εξετάστηκε αρχικά μέσω της εξομοίωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό PSpice και στη συνέχεια πειραματικά πραγματοποιώντας μία σειρά από δοκιμές και μετρήσεις. Από τις δοκιμές, παρατηρούμε ότι ο βαθμός απόδοσης του μετατροπέα διαδοχικής αγωγής που κατασκευάστηκε, κυμαίνεται γύρω στο 95%, άρα είναι μια καλή λύση στην οδήγηση κινητήρων συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) χαμηλής τάσης (υψηλού ρεύματος). Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε πληθώρα εφαρμογών ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Η καθέλκυση του ηλεκτροκίνητου σκάφους και οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στη θάλασσα, δίνουν σαφή εικόνα των πλεονεκτημάτων της ηλεκτρικής πρόωσης. / The object of this diploma thesis is the designing and the construction of an electric drive system for an electric boat. A number of technical interventions were made to transform a simple boat to an electrically driven boat. In our days the electric boats and the electric propulsion in general constitute a part of the electric transportation. The electric transportation 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. The high efficient electric machines and power electronic converters, the high control level of power electronics that offers manoeuvrability in a ship, the lack of noise - disturbance and the absence of pollution lead us to use electric boats and electric propulsion more and more in our days. In our application for practical and safety reasons we were led to the choice of a low voltage permanent magnet direct current (DC) motor. This is resulting to a high value of current to get the nominal power of 1.5 kW. For this reason an interleaved four – channel dc/dc converter was designed and constructed which has the ability to control high currents and is ideal for such type applications. The particular converter is constituted by 4 parallel channels, it is working in the continuous conduction mode (CCM) and it degrades the voltage of 36V to 0-24V for the control of the rpm of the dc propulsion motor which its full load current is 78A. Firstly a number of simulations made via PSpice program and also a number of experiments to see how the converter is working. The experiments shows that the efficiency of the interleaved converter of the application is about 95%, so it is a good solution for driving low voltage – high current dc motors. Such types of electric motors are used in many electric transportation applications. The launching of the boat and a number of sea tests shows us the advantages electric propulsion has.