5 klíčových faktorů při návrhu bateriového systému pro námořní použití

Vzhledem k dalšímu rozšiřování elektrifikace námořní dopravy se systémy lithiových baterií stávají důležitým zdrojem energie pro elektrické lodě, trajekty, pracovní čluny, jachty a jiné námořní plavidla.

Avšak návrh spolehlivého systému mořských baterií vyžaduje mnohem více než pouhé vybrání baterie s dostatečnou kapacitou.

Baterie musí fungovat jako součást kompletního pohonného a energetického systému a zároveň splňovat požadavky na bezpečnost, tepelné řízení, nabíjení, komunikaci a námořní provozní prostředí.

Jsou zde 5 klíčových aspektů při návrhu systému mořských baterií.

---

Prvním krokem je určení skutečné potřeby energie a výkonu plavidla.

Kapacita baterie se obvykle měří v kWh kWh, zatímco požadovaný výkon závisí na pohonné motorové jednotce a dalších palubních elektrických zátěžích.

Požadovaná kapacita baterie závisí na následujících faktorech:

• Velikost a hmotnost plavidla
• Motorový výkon
• Kruisová rychlost
• Požadovaný provozní dosah
• Provozní podmínky
• Pomocné elektrické zátěže
• Požadovaná rezervní kapacita
• Možnosti nabíjení

Například malá elektrická loď může vyžadovat relativně kompaktní bateriový systém, zatímco větší komerční plavidlo nebo pracovní člun může vyžadovat bateriový systém s vysokou kapacitou a vysokým napětím.

Proto by měly být akumulátory dimenzovány na základě celkových požadavků lodi na výkon, nikoli prostým výběrem největšího dostupného akumulátoru.

Klíčový bod:

Správně dimenzovaný námořní akumulátorový systém musí vyvážit kapacitu energie, výstupní výkon, provozní dosah, hmotnost a dostupný montážní prostor.

---

Napětí je dalším kritickým faktorem při návrhu námořních akumulátorových systémů.

U elektrických pohonných systémů s vyšším výkonem zvyšování napětí systému může pomoci snížit proud při stejném výstupním výkonu.

Například:

Výkon = Napětí × Proud

Při stejné úrovni výkonu vyžaduje systém s vyšším napětím nižší proud.

To může pomoci snížit:

• Velikost kabelu
• Elektrické ztráty
• Vytváření tepla
• Požadavky na proud pohonného ústrojí

V závislosti na velikosti lodi a požadavcích na pohon mohou námořní akumulátorové systémy využívat různé napěťové úrovně – od nízkonapěťových systémů po vysokonapěťové architektury.

Správně navržený vysokonapěťový lodní bateriový systém může integrovat:

• Bateriové moduly
• Vysokonapěťový systém řízení baterií (BMS)
• Kontaktorů
• Obvod přednabíjení
• Rozvody vysokého napětí
• Pojistková ochrana
• CAN Komunikace
• Sledování bezpečnosti

Architektura napětí by proto měla být vybrána společně s motorem, střídačem, nabíječkou a dalšími komponenty elektrického pohonného systému.

---

Výkon baterie může být výrazně ovlivněn teplotou.

Lodě mohou provozovat v velmi odlišných prostředích – od chladných severních klimatických podmínek po horké a vlhké tropické oblasti. Výkonový pohon může také generovat významné množství tepla při nepřetržitém provozu i rychlé nabíjení.

U výkonových lodních bateriových systémů tepelné chlazení může poskytnout přesnější tepelné řízení než pouhé pasivní chlazení nebo chlazení vzduchem.

Bateriový systém s kapalinovým chlazením může pomoci udržet stabilnější provozní teplotu napříč bateriovými články a moduly.

Dobře navržený systém tepelného řízení může zahrnovat:

• Chladičové desky
• Oběh chladicí kapaliny
• Čerpadla
• Výměníky tepla
• Teplotní senzory
• Software pro řízení teploty

Udržování vhodné teploty baterie může pomoci zlepšit výkon, spolehlivost a životnost systému.

U námořních pohonů s vysokým výkonem by mělo být tepelné řízení zohledněno již při počátečním návrhu architektury baterie, nikoli až později.

---

Bezpečnost je jedním z nejdůležitějších aspektů při návrhu námořního lithiového bateriového systému.

Námořní bateriový systém musí nepřetržitě monitorovat provozní podmínky baterie a chránit systém před neobvyklými situacemi.

Správně navržený BMS může sledovat parametry jako:

• Napětí článku
• Napětí balení
• Proud
• Teplota článku
• Stav nabití (SOC)
• Stav zdraví (SOH)
• Stav izolace
• Podmínky nabíjení a vybíjení

Systém může také poskytovat ochranu proti podmínkám, jako jsou:

• Přepětí
• Podpětí
• Přetížení proudem
• Přehřátí
• Zkrat
• Nepatrné stavy článků

U vysokonapěťových systémů mohou další funkce ochrany a elektrické bezpečnosti zahrnovat kontaktory, obvody přednabíjení, pojistky, monitorování izolace a funkce nouzového vypnutí.

Bateriový systém by měl být navržen také v souladu s příslušnými námořními předpisy, požadavky na lodě a certifikačními standardy pro cílový trh.

---

Námořní baterie je pouze jednou součástí elektrické architektury lodi.

Bateriový systém musí komunikovat a správně fungovat s:

• Elektrické motory
• Ovladači motorů/invertory
• Palubní nabíječky
• Převodníky DC/DC
• Systémy energetického manažmentu
• Systémy řízení plavidla
• Přístavní nabíjecí systémy

Požadavky na nabíjení je proto třeba zohlednit při návrhu bateriového systému.

V závislosti na typu plavidla a jeho použití může systém podporovat různá řešení nabíjení, včetně střídavého (AC) nabíjení nebo rychlého stejnosměrného (DC) nabíjení.

Například vysokovýkonový námořní bateriový systém může integrovat Nabíjecí řešení CCS2 v případě, že je vyžadováno rychlé nabíjení.

Komunikace prostřednictvím sběrnice CAN umožňuje také systému řízení baterie vyměňovat informace se systémem řízení vozidla nebo plavidla, včetně:

• SOC
• Napětí
• Proud
• Teplota
• Informací o poruchách
• Stav nabíjení
• Mezních hodnot baterie

Dobře integrovaný bateriový systém může zajistit, že baterie, pohonné zařízení a nabíjecí systém budou fungovat jako jeden kompletní řešení.

---

Spolehlivý námořní bateriový systém není pouze velký lithiový bateriový balíček.

Je to kompletní systém navržený speciálně podle požadavků konkrétní plavidlové jednotky.

Klíčové aspekty zahrnují:

Pro výrobce originálních zařízení (OEM) a výrobce námořního vybavení návrh přizpůsobeného bateriového systému je často vhodnější než použití standardního bateriového bloku.

---

CTS Battery poskytuje přizpůsobené lithiové bateriové systémy pro elektrické a hybridní námořní aplikace.

Naše námořní bateriové řešení lze přizpůsobit podle požadavků plavidla, včetně:

• Napětí a kapacita baterie
• Rozměrů bateriového bloku
• Konfigurace řídícího systému baterie (BMS)
• CAN Komunikace
• Tepelné řízení
• Kapalinových chladicích systémů
• Ochrany proti vysokému napětí
• Integrace nabíjecího systému
• Mechanický návrh pouzdra

Pro aplikace námořního pohonu vyššího výkonu může CTS Battery poskytnout integrované řešení, včetně:

Lithiový bateriový systém + kapalinový chladicí systém + nabíjecí systém

To umožňuje navrhnout bateriový systém již od počátku tak, aby odpovídal požadavkům plavidla na pohon a nabíjení.

Pro výrobce námořních zařízení (OEM), výrobce lodí a systémové integrátory může spolupráce s zkušeným výrobcem přizpůsobených námořních baterií pomoci zajistit, aby byl bateriový systém správně přizpůsoben plavidlu a pohonnému systému.

Hledáte přizpůsobený námořní lithiový bateriový systém pro váš další projekt? Kontaktujte CTS Battery a prodiskutujte své požadavky.