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À mesure que l'électrification maritime continue de croître, les systèmes de batteries au lithium deviennent une source d'énergie importante pour les bateaux électriques, les ferries, les bateaux de travail, les yachts et autres navires maritimes.
Cependant, la conception d'un système fiable système de batterie marine il s'agit bien plus que de choisir une batterie de capacité suffisante.
La batterie doit fonctionner dans le cadre d'un système complet de propulsion et d'énergie tout en répondant aux exigences en matière de sécurité, de gestion thermique, de recharge, de communication et d'environnement d'exploitation maritime.
Voici 5 considérations clés lors de la conception d'un système de batterie maritime.
La première étape consiste à déterminer la quantité d’énergie et de puissance dont le navire a réellement besoin.
La capacité de la batterie est généralement mesurée en kWh kWh, tandis que la puissance requise dépend du moteur de propulsion et des autres charges électriques embarquées.
La capacité de batterie requise dépend de facteurs tels que :
- La taille et le poids du navire
- PUISSANCE DU MOTEUR
- Vitesse de croisière
- L’autonomie souhaitée
- Conditions de fonctionnement
- Les charges électriques auxiliaires
- La capacité de réserve requise
- Les possibilités de recharge
Par exemple, un petit bateau électrique peut nécessiter un système de batteries relativement compact, tandis qu’un navire commercial ou un bateau de travail plus grand peut nécessiter un système de batteries haute capacité et haute tension.
Par conséquent, le dimensionnement de la batterie doit reposer sur les besoins énergétiques complets du navire, et non pas simplement sur le choix de la batterie la plus grande disponible.
Point clé :
Un système de batteries marines correctement dimensionné doit équilibrer capacité énergétique, puissance délivrée, autonomie, masse et espace d’installation disponible.
La tension constitue un autre facteur critique dans la conception des systèmes de batteries marines.
Pour les systèmes de propulsion électrique à forte puissance, l’augmentation de la tension du système permet de réduire le courant pour une même puissance délivrée.
Par exemple :
Puissance = Tension × Courant
À puissance identique, un système à haute tension requiert un courant plus faible.
Cela peut contribuer à réduire :
- Taille du câble
- Pertes électriques
- Production de chaleur
- Exigences en courant du groupe motopropulseur
Selon la taille du navire et ses besoins en matière de propulsion, les systèmes de batteries marines peuvent recourir à différentes plateformes de tension, allant des systèmes basse tension aux architectures haute tension.
Un système de batterie marine à haute tension correctement conçu peut intégrer :
- Modules de batterie
- Système de gestion de batterie (BMS) à haute tension
- Contacteurs
- Circuit de précharge
- Distribution haute tension (HV)
- Protection par fusible
- Communication CAN
- Surveillance de la sécurité
L’architecture de tension doit donc être sélectionnée conjointement avec le moteur, l’onduleur, le chargeur et les autres composants du système de propulsion électrique.
Les performances de la batterie peuvent être fortement affectées par la température.
Les navires marins peuvent fonctionner dans des environnements très variés, allant des climats froids du nord aux régions tropicales chaudes et humides. La propulsion à forte puissance peut également générer une chaleur importante pendant le fonctionnement continu et la recharge rapide.
Pour les systèmes de batteries marines à forte puissance, refroidissement par liquide peuvent offrir une gestion thermique plus contrôlée que celle reposant uniquement sur un refroidissement passif ou par air.
Un système de batterie à refroidissement liquide peut contribuer à maintenir une température de fonctionnement plus stable entre les cellules et les modules de la batterie.
Un système bien conçu de gestion thermique peut inclure :
- Plaques de refroidissement
- Circulation du liquide de refroidissement
- Qui sont fiables et fonctionnent efficacement, aidant les conducteurs à maintenir leur véhicule en bon état.
- Échangeurs de chaleur
- Capteurs de température
- Logiciel de contrôle thermique
Maintenir une température appropriée de la batterie peut contribuer à améliorer les performances, la fiabilité et la durée de vie du système.
Pour les applications marines à forte puissance de propulsion, la gestion thermique doit être prise en compte dès la phase initiale de conception de l’architecture de la batterie, et non ajoutée ultérieurement.
La sécurité constitue l’un des aspects les plus importants à considérer lors de la conception d’un système marin de batteries au lithium.
Un système marin de batteries doit surveiller en continu les conditions de fonctionnement de la batterie et protéger le système contre des situations anormales.
Un BMS correctement conçu peut surveiller des paramètres tels que :
- Tension de la cellule
- Tension du bloc
- Actuel
- Température de la cellule
- État de charge (SOC)
- État de santé (SOH)
- État de l’isolation
- Conditions de charge et de décharge
Le système peut également offrir une protection contre des conditions telles que :
- Surtension
- Sous-tension
- Surtension
- La surchauffe
- Court-circuit
- Conditions anormales des cellules
Pour les systèmes haute tension, des fonctions de protection et de sécurité électrique supplémentaires peuvent inclure des contacteurs, des circuits de précharge, des fusibles, une surveillance de l’isolation et des fonctions d’arrêt d’urgence.
Le système de batteries doit également être conçu conformément aux réglementations maritimes applicables, aux exigences spécifiques du navire et aux normes de certification du marché cible.
Une batterie marine ne constitue qu’une partie de l’architecture électrique du navire.
Le système de batteries doit communiquer et fonctionner correctement avec :
- Moteurs électriques
- Des variateurs/convertisseurs moteur
- Chargeurs embarqués
- Convertisseurs DC/DC
- Systèmes de gestion de l'énergie
- Des systèmes de commande du navire
- Systèmes de recharge à quai
Les exigences en matière de recharge doivent donc être prises en compte lors de la conception du système de batteries.
Selon le type de navire et son application, le système peut prendre en charge différentes solutions de recharge, notamment la recharge en courant alternatif (CA) ou la recharge rapide en courant continu (CC).
Par exemple, un système de batteries marines à haute puissance peut intégrer une Solution de recharge CCS2 lorsque la recharge rapide est requise.
La communication CAN peut également permettre au système de gestion des batteries d’échanger des informations avec le système de commande du véhicule ou du navire, notamment :
- SOC
- Tension
- Actuel
- Température
- Informations relatives aux pannes
- État de charge
- Limites de la batterie
Un système de batteries bien intégré peut contribuer à garantir que la batterie, le système de propulsion et le système de recharge fonctionnent ensemble comme une solution complète.
Un système de batterie marin fiable ne se résume pas à un simple gros bloc-batterie au lithium.
Il s’agit d’un système complet conçu spécifiquement en fonction des besoins du navire.
Les principaux critères à prendre en compte sont les suivants :
| Facteur de Design | Questions clés |
|---|---|
| Énergie et Puissance | Quelle quantité d’énergie et quelle puissance de propulsion sont requises ? |
| Tension | Quelle architecture de tension convient au système de propulsion ? |
| Gestion thermique | Comment la batterie sera-t-elle refroidie pendant son fonctionnement et sa charge ? |
| Sécurité | Quelles fonctions de système de gestion de batterie (BMS) et de protection haute tension sont requises ? |
| Charge et intégration | Comment la batterie communiquera-t-elle avec le moteur et le système de charge ? |
Pour les équipementiers et les fabricants d’équipements marins, la conception de systèmes de batteries sur mesure est souvent plus adaptée que l’utilisation d’un bloc-batterie standard.
CTS Battery fournit des systèmes de batteries lithium personnalisés pour les applications marines électriques et hybrides.
Nos solutions de batteries marines peuvent être personnalisées en fonction des exigences du navire, notamment :
- Tension et capacité de la batterie
- Dimensions du bloc-batterie
- Configuration du système de gestion de la batterie (BMS)
- Communication CAN
- Gestion thermique
- Systèmes de refroidissement liquide
- Protection haute tension
- Intégration du système de charge
- Conception de l’enceinte mécanique
Pour les applications marines de propulsion à puissance accrue, CTS Battery peut fournir une solution intégrée comprenant :
Système de batterie au lithium + système de refroidissement liquide + système de charge
Cela permet de concevoir le système de batterie en fonction des exigences de propulsion et de charge du navire dès la phase initiale.
Pour les équipementiers marins, les constructeurs de bateaux et les intégrateurs de systèmes, collaborer avec un fabricant expérimenté de batteries marines sur mesure peut contribuer à garantir que le système de batterie est correctement adapté au navire et à son système de propulsion.
Vous recherchez un système de batterie marine au lithium personnalisé pour votre prochain projet ? Contactez CTS Battery pour discuter de vos besoins.