5 nyckelöverväganden vid utformning av ett marinbatterisystem

När elektrifiering av fartyg fortsätter att växa blir litiumbatterisystem en viktig kraftkälla för elektriska båtar, färjor, arbetsfartyg, jaktar och andra marina fartyg.

Dock innebär utformning av ett pålitligt marinbatterisystem långt mer än bara att välja ett batteri med tillräcklig kapacitet.

Batteriet måste fungera som en del av ett komplett framdrivnings- och energisystem samtidigt som det uppfyller kraven på säkerhet, termisk hantering, laddning, kommunikation och den marina driftsmiljön.

Här är fem viktiga överväganden vid utformning av ett marinbatterisystem.

---

Det första steget är att fastställa hur mycket energi och effekt fartyget faktiskt behöver.

Batterikapacitet mäts vanligtvis i kWh kWh, medan den krävda effekten beror på framdrivningsmotorn och andra elbelastningar ombord.

Den krävda batterikapaciteten beror på faktorer såsom:

• Fartygets storlek och vikt
• Motoreffekt
• Kryssningshastighet
• Önskat driftområde
• Användningsvillkor
• Hjälpelbelastningar
• Krävd reservkapacitet
• Laddningsmöjligheter

Till exempel kan en liten elektrisk båt kräva ett relativt kompakt batterisystem, medan ett större kommersiellt fartyg eller arbetsbåt kan kräva ett batterisystem med hög kapacitet och hög spänning.

Därför bör batteristorlek bestämmas utifrån fartygets fullständiga effektkrav snarare än att enbart välja det största tillgängliga batteriet.

Nyckelpunkt:

Ett korrekt dimensionerat marinbatterisystem måste balansera energikapacitet, effektutmatning, driftomfång, vikt och tillgängligt installationsutrymme.

---

Spänning är en annan avgörande faktor vid utformning av marinbatterisystem.

För elkraftdrivna framdrivningssystem med högre effekt kan ökad systemspänning minska strömmen för samma effektutmatning.

Till exempel:

Effekt = Spänning × Ström

På samma effektnivå kräver ett högspänningsystem lägre ström.

Detta kan hjälpa till att minska:

• Kabelstorlek
• El-förluster
• Värmeproduktion
• Drivlinjens strömbelastning

Beroende på fartygets storlek och framdrivningskrav kan marinbatterisystem använda olika spänningsplattformar, från lågspänningsystem till högspänningsarkitekturer.

Ett korrekt utformat högspänningsbatterisystem för marin användning kan integrera:

• Batterimoduler
• Högspännings-BMS
• Kontaktörer
• Förbelastningskrets
• Högspänningsfördelning
• Säkringsskydd
• CAN-kommunikation
• Säkerhetsövervakning

Spänningsarkitekturen bör därför väljas tillsammans med motorn, omvandlaren, laddaren och andra komponenter i det elektriska framdrivningssystemet.

---

Batteriprestanda kan påverkas kraftigt av temperatur.

Marinfartyg kan drivas i mycket olika miljöer, från kalla norra klimat till heta och fuktiga tropiska regioner. Högeffektsframdrivning kan också generera betydande värme vid kontinuerlig drift och snabbladdning.

För högeffekts marinbatterisystem vätskekylning kan ge mer reglerad termisk hantering än att enbart förlita sig på passiv kyling eller luftkyling.

Ett vätskekylt batterisystem kan hjälpa till att bibehålla en mer stabil driftstemperatur över battericeller och -moduler.

Ett välutformat system för termisk hantering kan inkludera:

• Kylplattor
• Kylvätskecirkulation
• Pump
• Värmeväxlingare
• Temperatursensorer
• Programvara för termisk styrning

Att hålla en lämplig batteritemperatur kan bidra till att förbättra systemets prestanda, tillförlitlighet och livslängd.

För marin framdrivning med hög effekt bör termisk hantering beaktas redan under den inledande designfasen av batteriarkitekturen, snarare än att läggas till senare.

---

Säkerhet är en av de viktigaste övervägandena vid utformningen av ett marint litiumbatterisystem.

Ett marint batterisystem måste kontinuerligt övervaka batteriets driftförhållanden och skydda systemet mot ovanliga situationer.

En korrekt utformad BMS kan övervaka parametrar såsom:

• Cellespänning
• Packs spänning
• Nuvarande
• Celltemperatur
• Förbrukningsnivå (SOC)
• Hälsotillstånd (SOH)
• Isoleringsstatus
• Laddnings- och urladdningsförhållanden

Systemet kan även erbjuda skydd mot förhållanden såsom:

• Överspänning
• Underspänning
• Överström
• Övertemperatur
• Kortslutning
• Ovanliga cellförhållanden

För högspänningsystem kan ytterligare skydd och elektrisk säkerhetsfunktioner inkludera kontaktorer, för-laddningskretsar, säkringar, isoleringsövervakning och nödstoppfunktioner.

Batterisystemet bör även utformas i enlighet med tillämpliga sjöfartsregler, fartygskrav och certifieringsstandarder för målmarknaden.

---

Ett marint batteri är endast en del av fartygets elektriska arkitektur.

Batterisystemet måste kommunicera och fungera korrekt tillsammans med:

• Elektriska motorer
• Motorstyrningar/växelriktare
• Ombordladdare
• Elektriska omvandlare
• Energihanteringssystem
• Fartygsstyrningssystem
• Kustladdningssystem

Laddkrav bör därför beaktas redan under utformningen av batterisystemet.

Beroende på fartyg och användningsområde kan systemet stödja olika lösningar för laddning, inklusive växelströmsladdning eller likströmsnåladdning.

Till exempel kan ett marinbatterisystem med hög effekt integrera en CCS2-laddningslösning när snabbladdning krävs.

CAN-kommunikation kan också möjliggöra utbyte av information mellan batterihanteringssystemet och fartygets eller fordonets styrsystem, inklusive:

• SOC
• Spänning
• Nuvarande
• Temperatur
• Felinformation
• Laddningsstatus
• Batterigränser

Ett välintegrerat batterisystem kan hjälpa till att säkerställa att batteriet, framdrivningssystemet och laddsystemet fungerar som en komplett lösning.

---

Ett pålitligt marinbatterisystem är inte bara ett stort litiumbatteripaket.

Det är ett komplett system som är utformat kring farkostens specifika krav.

De viktigaste övervägandena inkluderar:

För OEM:er och tillverkare av marinutrustning är anpassad batterisystemdesign ofta mer lämplig än att använda ett standardbatteripaket.

---

CTS Battery tillhandahåller anpassade litiumbatterisystem för elektriska och hybridmariina applikationer.

Våra marina batterilösningar kan anpassas enligt farkostens krav, inklusive:

• Batterispänning och kapacitet
• Batteripackets mått
• BMS-konfiguration
• CAN-kommunikation
• Termiska förvaltning
• Vätskekylsystem
• Högspännningsskydd
• Integration av laddsystem
• Mekanisk höljesdesign

För marin framdrift med högre effekt kan CTS Battery erbjuda en integrerad lösning som inkluderar:

Litiumbatterisystem + vätskekylsystem + laddsystem

Detta gör att batterisystemet kan utformas kring farkostens framdrifts- och laddkrav redan från början.

För marina OEM:er, båttillverkare och systemintegratörer kan samarbete med en erfaren anpassad marin batteritillverkare hjälpa till att säkerställa att batterisystemet är korrekt anpassat till farkosten och framdriftssystemet.

Letar du efter ett anpassat marinlitiumbatterisystem för ditt nästa projekt? Kontakta CTS Battery för att diskutera dina krav.