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A medida que la electrificación marina continúa creciendo, los sistemas de baterías de litio se están convirtiendo en una fuente de energía importante para barcos eléctricos, transbordadores, embarcaciones de trabajo, yates y otros buques marinos.
Sin embargo, el diseño de un sistema fiable sistema de baterías marinas implica mucho más que simplemente seleccionar una batería con suficiente capacidad.
La batería debe funcionar como parte de un sistema completo de propulsión y energía, al tiempo que cumple con los requisitos de seguridad, gestión térmica, carga, comunicación y entorno operativo marino.
Aquí hay 5 consideraciones clave al diseñar un sistema de baterías marinas.
El primer paso consiste en determinar cuánta energía y potencia necesita realmente la embarcación.
La capacidad de la batería se mide normalmente en kilovatios por hora kWh, mientras que la potencia requerida depende del motor de propulsión y otras cargas eléctricas a bordo.
La capacidad de batería requerida depende de factores tales como:
- Tamaño y peso de la embarcación
- POTENCIA DEL MOTOR
- Velocidad de crucero
- Autonomía operativa deseada
- Condiciones de operación
- Cargas eléctricas auxiliares
- Capacidad de reserva requerida
- Oportunidades de recarga
Por ejemplo, una embarcación eléctrica pequeña puede requerir un sistema de baterías relativamente compacto, mientras que una embarcación comercial o una embarcación de trabajo más grande puede requerir un sistema de baterías de alta capacidad y alto voltaje.
Por lo tanto, el dimensionamiento de la batería debe basarse en los requisitos completos de potencia de la embarcación, y no simplemente elegir la batería más grande disponible.
Punto clave:
Un sistema marino de baterías correctamente dimensionado debe equilibrar la capacidad energética, la potencia de salida, el alcance operativo, el peso y el espacio disponible para su instalación.
La tensión es otro factor crítico en el diseño de sistemas marinos de baterías.
Para sistemas eléctricos de propulsión de mayor potencia, aumentar la tensión del sistema puede ayudar a reducir la corriente para una misma potencia de salida.
Por ejemplo:
Potencia = Tensión × Corriente
A un mismo nivel de potencia, un sistema de mayor tensión requiere menor corriente.
Esto puede ayudar a reducir:
- Tamaño del cable
- Pérdidas eléctricas
- Generación de calor
- Requisitos de corriente del tren motriz
Según el tamaño de la embarcación y los requisitos de propulsión, los sistemas marinos de baterías pueden utilizar distintas plataformas de tensión, desde sistemas de baja tensión hasta arquitecturas de alta tensión.
Un sistema de baterías marinas de alta tensión correctamente diseñado puede integrar:
- Módulos de Batería
- Sistema de gestión de baterías (BMS) de alta tensión
- Contactores
- Circuito de precarga
- Distribución de alta tensión (HV)
- Protección por fusible
- Comunicación CAN
- Monitoreo de seguridad
La arquitectura de tensión debe seleccionarse, por tanto, junto con el motor, el inversor, el cargador y otros componentes del sistema de propulsión eléctrica.
El rendimiento de la batería puede verse fuertemente afectado por la temperatura.
Las embarcaciones marinas pueden operar en entornos muy distintos, desde climas fríos del norte hasta regiones tropicales cálidas y húmedas. Además, la propulsión de alta potencia también puede generar una cantidad significativa de calor durante la operación continua y la carga rápida.
Para sistemas de baterías marinas de alta potencia, refrigeración por líquido puede ofrecer una gestión térmica más controlada que confiar únicamente en refrigeración pasiva o por aire.
Un sistema de baterías refrigerado por líquido puede ayudar a mantener una temperatura de funcionamiento más estable entre las celdas y los módulos de la batería.
Un sistema bien diseñado de gestión térmica puede incluir:
- Placas de enfriamiento
- Circulación del refrigerante
- Que son confiables y funcionan de manera eficiente, ayudando a los conductores a mantener su vehículo en buenas condiciones.
- Cambió de calor
- Sensores de temperatura
- Software de control térmico
Mantener una temperatura adecuada de la batería puede ayudar a mejorar el rendimiento, la fiabilidad y la vida útil del sistema.
Para aplicaciones marinas de propulsión de alta potencia, la gestión térmica debe considerarse durante el diseño inicial de la arquitectura de la batería, y no añadirse posteriormente.
La seguridad es una de las consideraciones más importantes al diseñar un sistema marino de baterías de litio.
Un sistema marino de baterías debe supervisar continuamente las condiciones de funcionamiento de la batería y proteger el sistema frente a situaciones anormales.
Un BMS correctamente diseñado puede supervisar parámetros tales como:
- Voltaje de celda
- Tensión del paquete
- Actual
- Temperatura de la celda
- Estado de Carga (SOC)
- Estado de Salud (SOH)
- Estado del aislamiento
- Condiciones de carga y descarga
El sistema también puede ofrecer protección contra condiciones tales como:
- Sobretensión
- Subtensión
- Sobrecorriente
- Sobrecalentamiento
- Cortocircuito
- Condiciones anómalas de las celdas
Para sistemas de alta tensión, las funciones adicionales de protección y seguridad eléctrica pueden incluir contactores, circuitos de precarga, fusibles, monitoreo de aislamiento y funciones de apagado de emergencia.
El sistema de baterías también debe diseñarse conforme a las normativas marítimas aplicables, los requisitos del buque y las normas de certificación del mercado objetivo.
Una batería marítima es solo una parte de la arquitectura eléctrica del buque.
El sistema de baterías debe comunicarse y funcionar correctamente con:
- Motores eléctricos
- Controladores/inversores del motor
- Cargadores a bordo
- Convertidores DC/DC
- Sistemas de gestión de energía
- Sistemas de control del buque
- Sistemas de carga en tierra
Por lo tanto, los requisitos de carga deben considerarse durante el diseño del sistema de baterías.
Según el tipo de embarcación y su aplicación, el sistema puede admitir distintas soluciones de carga, como carga en corriente alterna (CA) o carga rápida en corriente continua (CC).
Por ejemplo, un sistema de baterías marinas de alta potencia puede integrar una Solución de carga CCS2 cuando se requiere carga rápida.
La comunicación CAN también puede permitir que el sistema de gestión de baterías intercambie información con el sistema de control del vehículo o la embarcación, incluyendo:
- SOC
- Voltaje
- Actual
- Temperatura
- Información sobre fallos
- Estado de carga
- Límites de la batería
Un sistema de baterías bien integrado puede ayudar a garantizar que la batería, el sistema de propulsión y el sistema de carga funcionen como una solución completa.
Un sistema de baterías marinas fiable no es simplemente un paquete grande de baterías de litio.
Es un sistema completo diseñado específicamente según los requisitos de la embarcación.
Los aspectos clave a considerar son:
| Factor de Diseño | Preguntas Clave |
|---|---|
| Energía y Potencia | ¿Cuánta energía y potencia de propulsión se requieren? |
| Voltaje | ¿Qué arquitectura de voltaje es compatible con el sistema de propulsión? |
| Gestión térmica | ¿Cómo se refrigerará la batería durante su funcionamiento y su carga? |
| Seguridad | ¿Qué funciones del sistema de gestión de baterías (BMS) y de protección de alto voltaje son necesarias? |
| Carga e integración | ¿Cómo comunicará la batería con el motor y el sistema de carga? |
Para fabricantes de equipos originales y fabricantes de equipos marinos, el diseño personalizado de sistemas de baterías suele ser más adecuado que utilizar un paquete de baterías estándar.
CTS Battery ofrece sistemas de baterías de litio personalizados para aplicaciones marinas eléctricas e híbridas.
Nuestras soluciones de baterías marinas se pueden personalizar según los requisitos de la embarcación, incluyendo:
- Tensión y capacidad de la batería
- Dimensiones del paquete de baterías
- Configuración del BMS
- Comunicación CAN
- Gestión térmica
- Sistemas de refrigeración líquida
- Protección de alta tensión
- Integración del Sistema de Carga
- Diseño de la carcasa mecánica
Para aplicaciones marinas de propulsión de mayor potencia, CTS Battery puede ofrecer una solución integrada que incluye:
Sistema de batería de litio + sistema de refrigeración líquida + sistema de carga
Esto permite diseñar el sistema de batería teniendo en cuenta desde el principio los requisitos de propulsión y carga de la embarcación.
Para fabricantes originales marinos (OEM), constructores navales e integradores de sistemas, colaborar con un fabricante experimentado de baterías marinas personalizadas puede ayudar a garantizar que el sistema de batería se adapte correctamente a la embarcación y al sistema de propulsión.
¿Busca un sistema de batería marina de litio personalizado para su próximo proyecto? Póngase en contacto con CTS Battery para analizar sus necesidades.