5 ข้อพิจารณาหลักเมื่อออกแบบระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือ

เมื่อการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าในภาคเรือยังคงขยายตัวต่อเนื่อง ระบบแบตเตอรี่ลิเธียมจึงกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับเรือไฟฟ้า เรือเฟอร์รี่ เรือทำงาน เรือยอชต์ และยานพาหนะทางน้ำอื่น ๆ

อย่างไรก็ตาม การออกแบบ ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือ ที่เชื่อถือได้นั้นเกี่ยวข้องมากกว่าการเลือกแบตเตอรี่ที่มีความจุเพียงพอ

แบตเตอรี่จำเป็นต้องทำงานร่วมกับระบบขับเคลื่อนและระบบพลังงานโดยรวม ขณะเดียวกันก็ต้องตอบสนองข้อกำหนดด้านความปลอดภัย การจัดการความร้อน การชาร์จ การสื่อสาร และสภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงานทางทะเล

นี่คือ ปัจจัยสำคัญ 5 ประการที่ควรพิจารณาเมื่อออกแบบระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือ

---

ขั้นตอนแรกคือการพิจารณาว่าเรือต้องการพลังงานและกำลังไฟฟ้าจริง ๆ เท่าใด

ความจุของแบตเตอรี่มักวัดเป็น กิโลวัตต์ชั่วโมง กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ขณะที่กำลังไฟฟ้าที่จำเป็นขึ้นอยู่กับมอเตอร์ขับเคลื่อนและภาระไฟฟ้าอื่น ๆ บนเรือ

ความจุของแบตเตอรี่ที่จำเป็นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ดังนี้

• ขนาดและน้ำหนักของเรือ
• กำลังมอเตอร์
• ความเร็วการเคลื่อนที่
• ระยะการใช้งานที่ต้องการ
• สภาพการทํางาน
• ภาระไฟฟ้าเสริม
• ความจุสำ dựรองที่จำเป็น
• โอกาสในการชาร์จไฟ

ตัวอย่างเช่น เรือไฟฟ้าขนาดเล็กอาจต้องการระบบแบตเตอรี่ที่มีขนาดกะทัดรัด ในขณะที่เรือพาณิชย์หรือเรือทำงานขนาดใหญ่อาจต้องการระบบแบตเตอรี่ที่มีความจุสูงและแรงดันไฟฟ้าสูง

ดังนั้น การกำหนดขนาดของแบตเตอรี่ควรพิจารณาจากความต้องการพลังงานทั้งหมดของเรือ แทนที่จะเลือกแบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่มีอยู่เพียงอย่างเดียว

จุดสำคัญ:

ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือที่มีขนาดเหมาะสมต้องสามารถรักษาสมดุลระหว่างความจุพลังงาน กำลังไฟฟ้าที่ส่งออก ระยะการทำงาน น้ำหนัก และพื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่

---

แรงดันไฟฟ้ายังเป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งในการออกแบบระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือ

สำหรับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าที่มีกำลังสูง การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของระบบสามารถช่วยลดกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกเท่ากันได้

ตัวอย่างเช่น:

กำลังไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้า × กระแสไฟฟ้า

ที่ระดับกำลังไฟฟ้าเดียวกัน ระบบที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าจะต้องการกระแสไฟฟ้าน้อยกว่า

สิ่งนี้สามารถช่วยลดได้ดังนี้:

• ขนาดสายไฟฟ้า
• การสูญเสียพลังงานไฟฟ้า
• การสร้างความร้อน
• ความต้องการกระแสไฟฟ้าของระบบขับเคลื่อน

ขึ้นอยู่กับขนาดของเรือและความต้องการด้านการขับเคลื่อน ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรืออาจใช้แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ระบบที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำไปจนถึงสถาปัตยกรรมที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง

ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูงสำหรับเรือที่ออกแบบอย่างเหมาะสมอาจรวมองค์ประกอบต่อไปนี้:

• โมดูลแบตเตอรี่
• ระบบจัดการแบตเตอรี่แรงดันสูง (BMS)
• คอนแทคเตอร์
• วงจรเตรียมชาร์จล่วงหน้า (Pre-charge circuit)
• ระบบจ่ายไฟแรงดันสูง (HV distribution)
• ฟิวส์ป้องกัน
• การสื่อสาร CAN
• การตรวจสอบความปลอดภัย

ดังนั้น สถาปัตยกรรมแรงดันควรเลือกให้สอดคล้องกับมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ ที่ชาร์จ และส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า

---

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อาจได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิ

เรืออาจปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันมาก ตั้งแต่ภูมิอากาศหนาวเย็นทางตอนเหนือ ไปจนถึงภูมิภาคเขตร้อนที่ร้อนชื้น นอกจากนี้ การขับเคลื่อนด้วยกำลังสูงยังสามารถสร้างความร้อนจำนวนมากในระหว่างการใช้งานต่อเนื่องและการชาร์จแบบเร็ว

สำหรับระบบแบตเตอรี่เรือกำลังสูง การเย็นของเหลว สามารถให้การควบคุมการจัดการความร้อนที่แม่นยำยิ่งกว่าการพึ่งพาเพียงการระบายความร้อนแบบพาสซีฟหรือแบบลมเท่านั้น

ระบบแบตเตอรี่ที่ระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถช่วยรักษาอุณหภูมิในการทำงานให้คงที่ยิ่งขึ้นทั่วทั้งเซลล์และโมดูลแบตเตอรี่

ระบบการจัดการความร้อนที่ออกแบบมาอย่างดีอาจประกอบด้วย:

• แผ่นทำความเย็น
• การหมุนเวียนน้ำหล่อเย็น
• ที่เชื่อถือได้และทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้ผู้ขับขี่ดูแลรักษารถยนต์ให้อยู่ในสภาพดี
• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
• เครื่องตรวจจับอุณหภูมิ
• ซอฟต์แวร์ควบคุมอุณหภูมิ

การรักษาอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมสามารถช่วยยกระดับประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของระบบได้

สำหรับการขับเคลื่อนเรือแบบกำลังสูง การจัดการความร้อนควรพิจารณาตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่เบื้องต้น แทนที่จะเพิ่มเข้าไปภายหลัง

---

ความปลอดภัยเป็นหนึ่งในประเด็นที่สำคัญที่สุดในการออกแบบระบบแบตเตอรี่ลิเทียมสำหรับงานทางทะเล

ระบบแบตเตอรี่สำหรับงานทางทะเลจำเป็นต้องตรวจสอบเงื่อนไขการปฏิบัติงานของแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง และปกป้องระบบจากสถานการณ์ผิดปกติ

BMS ที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ต่าง ๆ ได้ เช่น:

• แรงดันไฟฟ้าของเซลล์
• แรงดันรวมของแพ็ก
• ปัจจุบัน
• อุณหภูมิของเซลล์
• สถานะการชาร์จ (SOC)
• ระดับสุขภาพของแบตเตอรี่ (State of Health - SOH)
• สถานะฉนวน
• เงื่อนไขการชาร์จและคายประจุ

ระบบยังสามารถให้การป้องกันต่อสภาวะต่าง ๆ ได้ เช่น:

• ความแรงเกิน
• แรงดันไฟต่ำ
• กระแสไฟฟ้าเกิน
• อุณหภูมิสูงเกินไป
• ลัดวงจร
• สภาวะเซลล์ผิดปกติ

สำหรับระบบที่มีแรงดันสูง ฟังก์ชันการป้องกันเพิ่มเติมและการรับประกันความปลอดภัยด้านไฟฟ้าอาจรวมถึงคอนแทคเตอร์ วงจรพรีชาร์จ ฟิวส์ การตรวจสอบฉนวน และฟังก์ชันปิดระบบฉุกเฉิน

ระบบแบตเตอรี่ควรออกแบบให้สอดคล้องกับข้อบังคับด้านเรือ ข้อกำหนดของเรือ และมาตรฐานการรับรองที่ใช้บังคับในตลาดเป้าหมาย

---

แบตเตอรี่สำหรับเรือเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมระบบไฟฟ้าของเรือเท่านั้น

ระบบแบตเตอรี่จำเป็นต้องสื่อสารและทำงานร่วมกับ:

• เครื่องยนต์ไฟฟ้า
• ตัวควบคุมมอเตอร์/อินเวอร์เตอร์
• ตัวชาร์จบนยาน
• ตัวแปลงสัญญาณ DC/DC
• ระบบจัดการพลังงาน
• ระบบควบคุมเรือ
• ระบบชาร์จที่ฝั่ง

ดังนั้น ความต้องการในการชาร์จจึงควรพิจารณาในระหว่างการออกแบบระบบแบตเตอรี่

ขึ้นอยู่กับประเภทเรือและการใช้งาน ระบบอาจรองรับวิธีการชาร์จที่แตกต่างกัน รวมถึงการชาร์จแบบ AC หรือการชาร์จแบบ DC ความเร็วสูง

ตัวอย่างเช่น ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือกำลังสูงอาจผสานรวม โซลูชันการชาร์จ CCS2 เมื่อต้องการการชาร์จแบบเร็ว

การสื่อสารผ่าน CAN ยังสามารถทำให้ระบบจัดการแบตเตอรี่แลกเปลี่ยนข้อมูลกับระบบควบคุมยานพาหนะหรือเรือได้ ซึ่งรวมถึง:

• SOC
• โลต
• ปัจจุบัน
• อุณหภูมิ
• ข้อมูลข้อผิดพลาด
• สถานะการชําระค่าบริการ
• ขีดจำกัดของแบตเตอรี่

ระบบแบตเตอรี่ที่ผสานรวมกันอย่างดีสามารถช่วยให้มั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่ ระบบขับเคลื่อน และระบบการชาร์จจะทำงานร่วมกันเป็นโซลูชันแบบครบวงจร

---

ระบบแบตเตอรี่สำหรับเรือที่เชื่อถือได้นั้นไม่ใช่เพียงแค่แพ็กแบตเตอรี่ลิเทียมขนาดใหญ่เท่านั้น

แต่เป็นระบบที่ออกแบบอย่างครบวงจรโดยคำนึงถึงความต้องการเฉพาะของเรือแต่ละลำ

ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา ได้แก่

สำหรับผู้ผลิตรถยนต์รายเดิม (OEM) และผู้ผลิตอุปกรณ์ทางทะเล การออกแบบระบบแบตเตอรี่แบบเฉพาะเจาะจง มักเหมาะสมกว่าการใช้แพ็กแบตเตอรี่มาตรฐาน

---

CTS Battery ให้บริการระบบแบตเตอรี่ลิเทียมที่ออกแบบเฉพาะสำหรับการใช้งานทางทะเลแบบไฟฟ้าและไฮบริด

โซลูชันแบตเตอรี่ทางทะเลของเราสามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการของเรือ รวมถึง:

• แรงดันไฟฟ้าและกำลังการจ่ายพลังงานของแบตเตอรี่
• ขนาดของแพ็กแบตเตอรี่
• การกำหนดค่า BMS
• การสื่อสาร CAN
• การจัดการความร้อน
• ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว
• การป้องกันแรงดันสูง
• การรวมระบบการชาร์จ
• การออกแบบโครงสร้างกล่องเครื่องจักร

สำหรับการขับเคลื่อนเรือที่ต้องการกำลังสูง CTS Battery สามารถให้โซลูชันแบบบูรณาการ ซึ่งประกอบด้วย:

ระบบแบตเตอรี่ลิเธียม + ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว + ระบบชาร์จ

สิ่งนี้ทำให้สามารถออกแบบระบบแบตเตอรี่ให้สอดคล้องกับความต้องการด้านการขับเคลื่อนและระบบชาร์จของเรือตั้งแต่ขั้นตอนแรก

สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิมสำหรับเรือ (marine OEMs) ผู้ผลิตเรือ และผู้รวมระบบที่เกี่ยวข้อง การทำงานร่วมกับ ผู้ผลิตแบตเตอรี่สำหรับเรือแบบเฉพาะทาง จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบแบตเตอรี่จะสอดคล้องกับเรือและระบบขับเคลื่อนอย่างเหมาะสม

กำลังมองหาแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับเรือที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับโครงการหน้าของคุณใช่หรือไม่? ติดต่อ CTS Battery เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับความต้องการของคุณ