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Mentre l’elettrificazione marittima continua a crescere, i sistemi a batteria al litio stanno diventando una fonte di energia fondamentale per imbarcazioni elettriche, traghetti, unità da lavoro, yacht e altre imbarcazioni marittime.
Tuttavia, progettare un sistema batteria marittima affidabile richiede molto più che semplicemente scegliere una batteria con capacità sufficiente.
La batteria deve funzionare come parte integrante di un sistema completo di propulsione ed energia, rispettando requisiti di sicurezza, gestione termica, ricarica, comunicazione e ambiente operativo marittimo.
Ecco 5 fattori chiave da considerare nella progettazione di un sistema batteria marittima.
Il primo passo consiste nel determinare quanta energia e potenza l’imbarcazione necessita effettivamente.
La capacità della batteria è generalmente espressa in - Quadri kWh, mentre la potenza richiesta dipende dal motore di propulsione e dagli altri carichi elettrici a bordo.
La capacità della batteria richiesta dipende da fattori quali:
- Dimensioni e peso della nave
- Potenza del motore
- Velocità di crociera
- Autonomia operativa desiderata
- Condizioni di esercizio
- Carichi elettrici ausiliari
- Capacità di riserva richiesta
- Opportunità di ricarica
Ad esempio, una piccola imbarcazione elettrica potrebbe richiedere un sistema batteria relativamente compatto, mentre una nave commerciale o una unità da lavoro di maggiori dimensioni potrebbe richiedere un sistema batteria ad alta capacità e ad alta tensione.
Pertanto, il dimensionamento della batteria deve basarsi sui requisiti complessivi di potenza della nave, anziché semplicemente scegliere la batteria disponibile più grande.
Punto chiave:
Un sistema batteria marino correttamente dimensionato deve bilanciare capacità energetica, potenza erogata, autonomia operativa, peso e spazio disponibile per l’installazione.
La tensione è un altro fattore critico nella progettazione dei sistemi di batterie marittime.
Per sistemi di propulsione elettrica ad alta potenza, l’aumento della tensione del sistema può contribuire a ridurre la corrente per lo stesso livello di potenza in uscita.
Ad esempio:
Potenza = Tensione × Corrente
A parità di livello di potenza, un sistema ad alta tensione richiede una corrente inferiore.
Questo può contribuire a ridurre:
- Dimensione del cavo
- Perdite elettriche
- Generazione di calore
- Requisiti di corrente del powertrain
In base alle dimensioni della nave e ai requisiti di propulsione, i sistemi di batterie marittime possono impiegare diverse piattaforme di tensione, dai sistemi a bassa tensione alle architetture ad alta tensione.
Un sistema di batterie marittime ad alta tensione progettato correttamente può integrare:
- Moduli di Batteria
- BMS ad alta tensione
- Contattori
- Circuito di pre-carica
- Distribuzione ad alta tensione
- Protezione con fusibile
- Comunicazione CAN
- Monitoraggio della sicurezza
L'architettura di tensione deve quindi essere scelta congiuntamente al motore, all'inverter, al caricatore e ad altri componenti del sistema di propulsione elettrica.
Le prestazioni della batteria possono essere fortemente influenzate dalla temperatura.
Le imbarcazioni marittime possono operare in ambienti molto diversi, dai climi freddi del nord alle regioni tropicali calde e umide. La propulsione ad alta potenza può inoltre generare un calore significativo durante il funzionamento continuo e la ricarica rapida.
Per i sistemi di batteria marittimi ad alta potenza, raffreddamento a liquido può fornire una gestione termica più controllata rispetto all’affidamento esclusivo al raffreddamento passivo o ad aria.
Un sistema di batteria raffreddato a liquido può contribuire a mantenere una temperatura operativa più stabile tra le celle e i moduli della batteria.
Un sistema di gestione termica ben progettato può includere:
- Piastre di raffreddamento
- Circolazione del refrigerante
- Che sono affidabili e funzionano efficientemente, aiutando i conducenti a mantenere il veicolo in buone condizioni.
- Scambiatori di calore
- Sensori di temperatura
- Software di controllo termico
Mantenere una temperatura adeguata della batteria può contribuire a migliorare le prestazioni del sistema, l'affidabilità e la durata utile.
Per applicazioni marine ad alta potenza, la gestione termica deve essere considerata durante la progettazione iniziale dell’architettura della batteria, piuttosto che essere aggiunta successivamente.
La sicurezza è una delle considerazioni più importanti nella progettazione di un sistema marino a batteria al litio.
Un sistema marino a batteria deve monitorare continuamente le condizioni operative della batteria e proteggere il sistema da situazioni anomale.
Un BMS progettato correttamente può monitorare parametri quali:
- Tensione della cella
- Tensione del pacco
- Corrente
- Temperatura della cella
- Stato di carica (SOC)
- Stato di Salute (SOH)
- Stato dell’isolamento
- Condizioni di carica e scarica
Il sistema può inoltre fornire protezione contro condizioni quali:
- Sovratensione
- Sottotensione
- Supercorrente
- Sovratemperatura
- Cortocircuito
- Condizioni anomale delle celle
Per i sistemi ad alta tensione, ulteriori funzioni di protezione e sicurezza elettrica possono includere contattori, circuiti di pre-carica, fusibili, monitoraggio dell'isolamento e funzioni di arresto di emergenza.
Il sistema batteria deve inoltre essere progettato conformemente alla normativa marittima applicabile, ai requisiti della nave e agli standard di certificazione del mercato di destinazione.
Una batteria marittima è soltanto una parte dell’architettura elettrica della nave.
Il sistema batteria deve comunicare e funzionare correttamente con:
- Motori elettrici
- Controllori/inverter del motore
- Caricabatterie di bordo
- Convertitori DC/DC
- Sistemi di gestione dell'energia
- Sistemi di controllo della nave
- Sistemi di ricarica da terra
I requisiti di ricarica devono pertanto essere presi in considerazione durante la progettazione del sistema batteria.
A seconda della nave e dell’applicazione, il sistema può supportare diverse soluzioni di ricarica, tra cui la ricarica in corrente alternata (AC) o la ricarica rapida in corrente continua (DC).
Ad esempio, un sistema di batterie marino ad alta potenza può integrare una Soluzione di ricarica CCS2 quando è richiesta la ricarica rapida.
La comunicazione CAN può inoltre consentire al sistema di gestione della batteria di scambiare informazioni con il sistema di controllo del veicolo o della nave, tra cui:
- SOC
- Tensione
- Corrente
- Temperatura
- Informazioni relative ai guasti
- Stato di carica
- Limiti della batteria
Un sistema di batterie ben integrato può contribuire a garantire che batteria, sistema di propulsione e sistema di ricarica operino come un’unica soluzione completa.
Un sistema di batterie marino affidabile non è semplicemente un grande pacco batteria al litio.
È un sistema completo progettato intorno alle specifiche esigenze della nave.
I fattori chiave da considerare includono:
| Fattore di progettazione | Domande Chiave |
|---|---|
| Energia e Potenza | Quanta energia e potenza di propulsione sono necessarie? |
| Tensione | Quale architettura di tensione è compatibile con il sistema di propulsione? |
| Gestione termica | In che modo la batteria verrà raffreddata durante il funzionamento e la ricarica? |
| Sicurezza | Quali funzioni del sistema di gestione della batteria (BMS) e di protezione ad alta tensione sono richieste? |
| Ricarica e integrazione | In che modo la batteria comunicherà con il motore e il sistema di ricarica? |
Per i costruttori di veicoli (OEM) e i produttori di equipaggiamenti marini, la progettazione personalizzata del sistema di batterie risulta spesso più adatta rispetto all’uso di un pacco batteria standard.
CTS Battery fornisce sistemi di batterie al litio personalizzati per applicazioni marine elettriche ed ibride.
Le nostre soluzioni per batterie marine possono essere personalizzate in base ai requisiti della nave, tra cui:
- Tensione e capacità della batteria
- Dimensioni del pacco batteria
- Configurazione del BMS
- Comunicazione CAN
- Gestione termica
- Sistemi di raffreddamento a liquido
- Protezione ad alta tensione
- Integrazione del sistema di ricarica
- Progettazione dell’involucro meccanico
Per applicazioni marine di propulsione ad alta potenza, CTS Battery può fornire una soluzione integrata comprendente:
Sistema di batterie al litio + Sistema di raffreddamento a liquido + Sistema di ricarica
Ciò consente di progettare il sistema di batterie fin dall’inizio in funzione dei requisiti di propulsione e di ricarica della nave.
Per i produttori originali di equipaggiamenti marini (OEM), i costruttori di imbarcazioni e gli integratori di sistemi, collaborare con un partner esperto produttore personalizzato di batterie per applicazioni marittime può aiutare a garantire che il sistema di batterie sia adeguatamente abbinato alla nave e al sistema di propulsione.
Cerchi un sistema di batterie litio personalizzato per applicazioni marittime per il tuo prossimo progetto? Contatta CTS Battery per discutere le tue esigenze.