5 ключевых соображений при проектировании морской аккумуляторной системы

По мере роста электрификации морского транспорта литиевые аккумуляторные системы становятся важным источником энергии для электрических лодок, паромов, рабочих судов, яхт и других морских судов.

Однако проектирование надёжной морской аккумуляторной системы требует гораздо большего, чем просто выбор аккумулятора с достаточной ёмкостью.

Аккумулятор должен функционировать как часть полной системы привода и энергоснабжения, одновременно соответствовать требованиям по безопасности, тепловому контролю, зарядке, связи и условиям эксплуатации в морской среде.

Вот несколько пять ключевых аспектов при проектировании морской аккумуляторной системы.

---

Первый шаг — определение реальной потребности судна в энергии и мощности.

Ёмкость аккумулятора обычно измеряется в кВтч кВт·ч, тогда как требуемая мощность зависит от двигателя привода и других бортовых электрических нагрузок.

Требуемая ёмкость аккумулятора зависит от таких факторов, как:

• Размер и масса судна
• Мощность двигателя
• Круизная скорость
• Желаемая дальность хода
• Условия эксплуатации
• Вспомогательные электрические нагрузки
• Необходимая резервная ёмкость
• Возможности подзарядки

Например, небольшой электрический катер может требовать относительно компактной аккумуляторной системы, тогда как крупное коммерческое судно или рабочее судно может потребовать высокой ёмкости и высокого напряжения аккумуляторную систему.

Поэтому выбор ёмкости аккумулятора должен основываться на полных требованиях судна к электропитанию, а не просто на использовании самого крупного доступного аккумулятора.

Главное:

Правильно подобранная морская аккумуляторная система должна обеспечивать баланс между ёмкостью накопления энергии, выходной мощностью, эксплуатационным диапазоном, массой и доступным объёмом для установки.

---

Напряжение — ещё один критически важный параметр при проектировании морских аккумуляторных систем.

Для электрических пропульсивных систем повышенной мощности повышение напряжения системы позволяет снизить ток при той же выходной мощности.

Например:

Мощность = Напряжение × Ток

На том же уровне мощности система с более высоким напряжением требует меньшего тока.

Это может помочь снизить:

• Размер кабеля
• Электрические потери
• Выработка тепла
• Требования к току силовой установки

В зависимости от размера судна и требований к его движительной системе морские аккумуляторные системы могут использовать различные платформы напряжения — от низковольтных до высоковольтных архитектур.

Правильно спроектированная высоковольтная морская аккумуляторная система может включать:

• Батарейные модули
• Высоковольтную систему управления батареей (BMS)
• Kontaktorov
• Цепь предварительного заряда
• Распределение высокого напряжения (HV distribution)
• Защита предохранителем
• Связь CAN
• Мониторинг безопасности

Архитектуру напряжения, следовательно, следует выбирать совместно с двигателем, инвертором, зарядным устройством и другими компонентами электрической силовой установки.

---

Работа аккумулятора может значительно зависеть от температуры.

Морские суда могут эксплуатироваться в самых разных условиях — от холодных северных районов до жарких и влажных тропических регионов. При непрерывной работе и быстрой зарядке силовая установка также может выделять значительное количество тепла.

Для высокомощных морских аккумуляторных систем жидкостное охлаждение обеспечивает более точный контроль теплового режима по сравнению с использованием исключительно пассивного охлаждения или воздушного охлаждения.

Система жидкостного охлаждения аккумулятора способствует поддержанию более стабильной рабочей температуры на уровне отдельных элементов и модулей.

Хорошо спроектированная система терморегулирования может включать в себя:

• Охлаждающие пластины
• Циркуляция охлаждающей жидкости
• Насосы
• Теплообменники
• Датчики температуры
• Программное обеспечение управления температурным режимом

Поддержание оптимальной температуры аккумулятора способствует повышению производительности, надёжности и срока службы системы.

Для морских приводных систем высокой мощности вопросы терморегулирования следует учитывать уже на этапе первоначального проектирования архитектуры аккумулятора, а не добавлять их позднее.

---

Безопасность — один из важнейших факторов при проектировании морской литиевой аккумуляторной системы.

Морская аккумуляторная система должна постоянно контролировать рабочие параметры аккумулятора и обеспечивать защиту от нештатных ситуаций.

Правильно спроектированная BMS может контролировать такие параметры, как:

• Напряжение ячейки
• Напряжение блока
• Текущий
• Температура ячейки
• Уровень заряда (SOC)
• Состояние здоровья (SOH)
• Состояние изоляции
• Условия зарядки и разрядки

Система также может обеспечивать защиту от таких условий, как:

• Перенапряжение
• Пониженное напряжение
• Перетока
• Защиту от перегрева
• Короткое замыкание
• Аномальные условия элементов

Для высоковольтных систем дополнительные функции защиты и электробезопасности могут включать контакторы, цепи предварительной зарядки, предохранители, контроль изоляции и функции аварийного отключения.

Конструкция системы аккумуляторов также должна соответствовать применимым морским нормативам, требованиям к судну и стандартам сертификации для целевого рынка.

---

Морской аккумулятор — лишь одна часть электрической архитектуры судна.

Система аккумуляторов должна корректно взаимодействовать и функционировать совместно с:

• Электродвигатели
• Контроллерами двигателей/инвертерами
• Бортовые зарядные устройства
• Преобразователи DC/DC
• Системы управления энергией
• Системами управления судном
• Системы береговой зарядки

Требования к зарядке поэтому следует учитывать при проектировании аккумуляторной системы.

В зависимости от судна и области применения система может поддерживать различные решения для зарядки, включая переменный ток (AC) или быструю зарядку постоянным током (DC).

Например, высокомощная морская аккумуляторная система может интегрировать Решение CCS2 при необходимости быстрой зарядки.

CAN-связь также позволяет системе управления аккумулятором обмениваться информацией с системой управления транспортным средством или судном, в том числе:

• SOC
• Напряжение
• Текущий
• Температура
• Информацией о неисправностях
• Состояние сбора
• Ограничениями аккумулятора

Хорошо интегрированная аккумуляторная система может способствовать тому, чтобы аккумулятор, пропульсивная система и система зарядки работали как единое целое.

---

Надёжная морская аккумуляторная система — это не просто большой литиевый аккумуляторный блок.

Это полноценная система, спроектированная с учётом конкретных требований судна.

Ключевые аспекты включают:

Для производителей оригинального оборудования и изготовителей морского оборудования индивидуальный дизайн аккумуляторных систем часто более предпочтителен, чем использование стандартного аккумуляторного блока.

---

CTS Battery предоставляет индивидуальные литиевые аккумуляторные системы для электрических и гибридных морских применений.

Наши морские аккумуляторные решения могут быть адаптированы под требования судна, включая:

• Напряжение и ёмкость аккумулятора
• Габариты аккумуляторного блока
• Конфигурация BMS
• Связь CAN
• Термическое управление
• Системы жидкостного охлаждения
• Защиту от высокого напряжения
• Интеграция системы зарядки
• Конструкцию механического корпуса

Для морских пропульсивных систем повышенной мощности CTS Battery может предложить комплексное решение, включающее:

Система литиевых аккумуляторов + система жидкостного охлаждения + система зарядки

Это позволяет проектировать систему аккумуляторов с учётом требований к движительной установке и зарядке судна с самого начала.

Для морских производителей оригинального оборудования, судостроительных компаний и системных интеграторов работа с опытным специализированным производителем морских аккумуляторов позволяет обеспечить корректное согласование системы аккумуляторов с судном и движительной установкой.

Ищете индивидуальную морскую литиевую аккумуляторную систему для своего следующего проекта? Свяжитесь с CTS Battery, чтобы обсудить ваши требования.