Как уменьшить стоимость аккумуляторов при проектировании гибридного катера
Как уменьшить стоимость аккумуляторов при проектировании гибридного катера
Как уменьшить стоимость аккумуляторов при проектировании гибридного катера
Быстрая навигация
Главная ошибка проектирования Почему электрическому катеру нужна большая батарея Почему инженеры думают иначе Откуда появляется экономия Почему стоимость аккумуляторов снижается Еще один важный эффект Что влияет на стоимость аккумуляторов Как рассчитывают аккумуляторную батарею Четыре ошибки проектирования Когда электрический катер лучше Часто задаваемые вопросы
Когда речь заходит о стоимости полностью электрического или гибридного катера, большинство владельцев начинает искать способы сэкономить на аккумуляторах. Сравнивают производителей, выбирают другую химию элементов, ищут более выгодную цену за киловатт-час. На практике именно здесь совершается главная ошибка.
Стоимость аккумуляторной батареи определяется не тем, сколько стоит один киловатт-час. Она определяется тем, сколько энергии вообще необходимо хранить на борту.
Это принципиально разные вещи.
Если катеру требуется хранить 120 кВт·ч энергии, никакой выбор производителя не сделает батарею дешевой. Но если еще на этапе проектирования удается уменьшить необходимый запас энергии до 30 кВт·ч, стоимость аккумуляторной системы снижается кардинально. Именно поэтому опытные инженеры почти никогда не начинают проектирование с выбора аккумуляторов.
Они начинают с другого вопроса:
Ответ на него определяет практически все остальное — емкость батареи, массу судна, стоимость проекта и даже выбор архитектуры силовой установки.
В предыдущей статье «Почему полностью электрический катер может оказаться дороже гибридного» мы показали, что именно аккумуляторы часто становятся самой дорогой частью проекта. Теперь разберемся, почему это происходит и как грамотное проектирование позволяет значительно уменьшить их стоимость.
Стоимость аккумуляторной батареи определяется не тем, сколько стоит один киловатт-час. Она определяется тем, сколько энергии вообще необходимо хранить на борту.
Это принципиально разные вещи.
Если катеру требуется хранить 120 кВт·ч энергии, никакой выбор производителя не сделает батарею дешевой. Но если еще на этапе проектирования удается уменьшить необходимый запас энергии до 30 кВт·ч, стоимость аккумуляторной системы снижается кардинально. Именно поэтому опытные инженеры почти никогда не начинают проектирование с выбора аккумуляторов.
Они начинают с другого вопроса:
Сколько энергии действительно необходимо хранить на борту?
Ответ на него определяет практически все остальное — емкость батареи, массу судна, стоимость проекта и даже выбор архитектуры силовой установки.
В предыдущей статье «Почему полностью электрический катер может оказаться дороже гибридного» мы показали, что именно аккумуляторы часто становятся самой дорогой частью проекта. Теперь разберемся, почему это происходит и как грамотное проектирование позволяет значительно уменьшить их стоимость.
Главная ошибка при проектировании гибридного катера
Представьте, что вам необходимо пройти на катере 300 километров. Большинство людей рассуждает следующим образом:
Логично? На первый взгляд — абсолютно. Именно поэтому многие начинают проектирование с расчета аккумуляторной батареи. Однако инженер задает совершенно другой вопрос.
Именно здесь появляется разница между полностью электрическим и гибридным катером.
Чтобы пройти весь маршрут, необходимо сразу взять на борт всю необходимую энергию.
Логично? На первый взгляд — абсолютно. Именно поэтому многие начинают проектирование с расчета аккумуляторной батареи. Однако инженер задает совершенно другой вопрос.
Обязательно ли хранить всю энергию на борту одновременно?
Именно здесь появляется разница между полностью электрическим и гибридным катером.
Почему полностью электрическому катеру требуется большая батарея
У полностью электрического катера источник энергии только один — аккумуляторная батарея. До выхода из марины вся энергия уже должна находиться на борту. Во время движения катер лишь постепенно расходует накопленный запас. Получается очень простая схема.
Маршрут → необходимая энергия → емкость аккумуляторов.
Чем длиннее маршрут — тем больше должна быть батарея. Поэтому увеличение запаса хода почти всегда приводит к росту стоимости проекта.
Маршрут → необходимая энергия → емкость аккумуляторов.
Чем длиннее маршрут — тем больше должна быть батарея. Поэтому увеличение запаса хода почти всегда приводит к росту стоимости проекта.
Почему инженеры думают иначе
При проектировании гибридного катера инженер больше не рассматривает аккумулятор как единственный источник энергии. Он рассматривает всю энергетическую систему целиком. Теперь энергия поступает сразу из двух источников:
На первый взгляд кажется, что ничего принципиально не изменилось. Но именно здесь скрывается главный инженерный принцип гибридной силовой установки.
Генератор производит энергию не заранее, а непосредственно во время движения катера.
Это означает, что часть энергии больше не нужно перевозить в аккумуляторах. Именно этот принцип позволяет существенно уменьшить требуемую емкость батареи.
- аккумуляторной батареи;
- генератора, работающего от двигателя внутреннего сгорания.
На первый взгляд кажется, что ничего принципиально не изменилось. Но именно здесь скрывается главный инженерный принцип гибридной силовой установки.
Генератор производит энергию не заранее, а непосредственно во время движения катера.
Это означает, что часть энергии больше не нужно перевозить в аккумуляторах. Именно этот принцип позволяет существенно уменьшить требуемую емкость батареи.
Откуда появляется экономия
Самое распространенное заблуждение выглядит так: В гибридном катере просто устанавливают аккумуляторы меньшей емкости.
Нет.
Инженеры не уменьшают аккумуляторы. Они уменьшают необходимый объем энергии, который должен храниться в аккумуляторах. Разница кажется небольшой, но именно она меняет стоимость всего проекта. Представим два одинаковых катера, которым необходимо выполнить один и тот же маршрут. В полностью электрическом варианте вся энергия должна быть накоплена заранее. В гибридном варианте часть энергии будет постепенно поступать от генератора.
Маршрут остается тем же. Скорость остается той же. Полезная нагрузка остается той же. Изменяется только одно — количество энергии, которое необходимо хранить одновременно. Именно поэтому аккумуляторная батарея может оказаться значительно меньше.
Нет.
Инженеры не уменьшают аккумуляторы. Они уменьшают необходимый объем энергии, который должен храниться в аккумуляторах. Разница кажется небольшой, но именно она меняет стоимость всего проекта. Представим два одинаковых катера, которым необходимо выполнить один и тот же маршрут. В полностью электрическом варианте вся энергия должна быть накоплена заранее. В гибридном варианте часть энергии будет постепенно поступать от генератора.
Маршрут остается тем же. Скорость остается той же. Полезная нагрузка остается той же. Изменяется только одно — количество энергии, которое необходимо хранить одновременно. Именно поэтому аккумуляторная батарея может оказаться значительно меньше.
Почему это иногда позволяет уменьшить стоимость аккумуляторов в несколько раз
Допустим, проект показывает, что для полностью электрического катера потребуется аккумуляторная батарея очень большой емкости. После выбора последовательной гибридной схемы выясняется, что генератор способен покрывать значительную часть энергопотребления во время движения. Теперь аккумуляторы уже не обязаны обеспечивать весь маршрут самостоятельно.
Им необходимо лишь:
В результате требуемая емкость батареи может уменьшиться в несколько раз. Она зависит от конкретного проекта, режима эксплуатации, архитектуры силовой установки и энергетического баланса судна.
Но сам принцип остается неизменным:
Им необходимо лишь:
- компенсировать пиковые нагрузки;
- обеспечить работу до запуска генератора;
- сглаживать изменение нагрузки;
- поддерживать работу силовой установки в наиболее эффективных режимах.
В результате требуемая емкость батареи может уменьшиться в несколько раз. Она зависит от конкретного проекта, режима эксплуатации, архитектуры силовой установки и энергетического баланса судна.
Но сам принцип остается неизменным:
Чем меньше энергии необходимо хранить одновременно, тем меньше потребуется аккумуляторов.
Есть еще один эффект, о котором часто забывают
Стоимость аккумуляторов увеличивается не только потому, что приходится покупать больше ячеек. Большая батарея сама начинает влиять на характеристики катера. Она:
Но существует и менее очевидный эффект. Чем тяжелее становится катер, тем больше энергии требуется для его движения. А значит, может потребоваться еще более емкая аккумуляторная батарея. Получается своеобразный замкнутый круг:
большая батарея увеличивает массу → увеличенная масса повышает энергопотребление → для обеспечения прежнего запаса хода снова требуется большая батарея.
Именно поэтому опытные инженеры стремятся уменьшить необходимую емкость аккумуляторов как можно раньше — еще до выбора оборудования.
- увеличивает массу судна;
- занимает дополнительное место;
- требует более мощной силовой проводки;
- предъявляет более высокие требования к системе крепления и охлаждения.
Но существует и менее очевидный эффект. Чем тяжелее становится катер, тем больше энергии требуется для его движения. А значит, может потребоваться еще более емкая аккумуляторная батарея. Получается своеобразный замкнутый круг:
большая батарея увеличивает массу → увеличенная масса повышает энергопотребление → для обеспечения прежнего запаса хода снова требуется большая батарея.
Именно поэтому опытные инженеры стремятся уменьшить необходимую емкость аккумуляторов как можно раньше — еще до выбора оборудования.
Какие решения сильнее всего влияют на стоимость аккумуляторной батареи
| Решение при проектировании | Последствие |
|---|---|
| Считать аккумулятор первым | Почти всегда получается избыточная емкость. |
| Закладывать весь маршрут только на аккумуляторах | Максимальная стоимость батареи. |
| Не учитывать работу генератора | Теряется главное преимущество гибридной схемы. |
| Проектировать после покупки оборудования | Возможности оптимизации резко сокращаются. |
| Сначала рассчитать энергетический баланс | Позволяет подобрать аккумуляторы необходимой, а не максимальной емкости. |
Стоимость аккумуляторов определяется не производителем батареи, а количеством энергии, которое необходимо хранить на борту.
Именно поэтому инженеры начинают проектирование не с аккумуляторов, а с расчета энергетического баланса катера.
Именно поэтому инженеры начинают проектирование не с аккумуляторов, а с расчета энергетического баланса катера.
Как инженеры рассчитывают аккумуляторную батарею
После того как определена концепция проекта, инженеры переходят к расчету энергетического баланса. Именно на этом этапе становится понятно, какая емкость аккумуляторов действительно необходима. Обратите внимание на последовательность. Инженеры не спрашивают: «Какой аккумулятор купить?» Они задают совсем другие вопросы.
Шаг 1. Как будет использоваться катер?
Это основа всего проекта.
Например:
Шаг 2. Сколько энергии действительно потребуется?
После анализа сценария эксплуатации рассчитывается энергопотребление. При этом инженеры разделяют три совершенно разных режима.
Пиковая мощность
Необходима только во время разгона, выхода на глиссирование или работы в тяжелых условиях.
Крейсерский режим
Именно здесь катер проводит большую часть времени.
Среднее энергопотребление
Этот показатель и определяет, сколько энергии необходимо системе в течение всего маршрута. Именно здесь совершается одна из самых распространенных ошибок. Многие рассчитывают аккумуляторы по максимальной мощности двигателя. На практике двигатель работает в таком режиме лишь небольшой процент времени. Если ориентироваться только на пиковую нагрузку, батарея почти всегда получится значительно больше, чем необходимо.
Шаг 3. Какая часть энергии может вырабатываться во время движения?
Именно здесь появляется главное преимущество гибридной архитектуры. После расчета энергопотребления инженер определяет, какую часть энергии способен обеспечить генератор.
Например:
В результате аккумулятор перестает быть единственным «хранилищем» всей энергии маршрута. Именно поэтому его емкость может быть значительно меньше.
Шаг 1. Как будет использоваться катер?
Это основа всего проекта.
Например:
- сколько часов подряд катер будет находиться на воде;
- какова средняя скорость движения;
- будут ли длительные переходы;
- где и как часто возможна подзарядка;
- требуется ли автономная работа в течение нескольких дней.
Шаг 2. Сколько энергии действительно потребуется?
После анализа сценария эксплуатации рассчитывается энергопотребление. При этом инженеры разделяют три совершенно разных режима.
Пиковая мощность
Необходима только во время разгона, выхода на глиссирование или работы в тяжелых условиях.
Крейсерский режим
Именно здесь катер проводит большую часть времени.
Среднее энергопотребление
Этот показатель и определяет, сколько энергии необходимо системе в течение всего маршрута. Именно здесь совершается одна из самых распространенных ошибок. Многие рассчитывают аккумуляторы по максимальной мощности двигателя. На практике двигатель работает в таком режиме лишь небольшой процент времени. Если ориентироваться только на пиковую нагрузку, батарея почти всегда получится значительно больше, чем необходимо.
Шаг 3. Какая часть энергии может вырабатываться во время движения?
Именно здесь появляется главное преимущество гибридной архитектуры. После расчета энергопотребления инженер определяет, какую часть энергии способен обеспечить генератор.
Например:
- на крейсерской скорости генератор покрывает значительную часть потребления;
- аккумуляторы компенсируют кратковременные пики мощности;
- при изменении нагрузки энергия поступает одновременно из двух источников.
В результате аккумулятор перестает быть единственным «хранилищем» всей энергии маршрута. Именно поэтому его емкость может быть значительно меньше.
Четыре ошибки, которые делают проект значительно дороже
Ошибка №1. Покупать аккумуляторы до окончания расчета
Очень часто оборудование начинают приобретать сразу после определения мощности двигателя. После завершения расчета оказывается, что архитектура изменилась, а вместе с ней изменилась и требуемая емкость аккумуляторов. В результате часть оборудования приходится заменять или мириться с неоптимальной конфигурацией.
Ошибка №2. Закладывать максимальный запас энергии «на всякий случай»
Желание увеличить запас хода кажется разумным. Но каждый дополнительный киловатт-час увеличивает не только стоимость аккумуляторов. Он влияет практически на весь проект:
Ошибка №3. Копировать готовые проекты
Даже внешне одинаковые катера могут использоваться совершенно по-разному. Один выходит на воду несколько часов по выходным. Другой ежедневно проходит десятки километров. Третий используется для коммерческой эксплуатации. Во всех трех случаях оптимальная силовая установка будет различаться.
Ошибка №4. Выбирать аккумуляторы раньше архитектуры
Эта ошибка объединяет все предыдущие. Если сначала выбрать аккумуляторы, а потом пытаться построить вокруг них силовую установку, возможности оптимизации резко сокращаются. Именно поэтому опытные инженеры сначала определяют архитектуру проекта, а затем подбирают оборудование. Подробнее о выборе архитектуры вы можете прочитать в статье «Параллельный или последовательный гибрид: какую схему выбрать для катера».
Очень часто оборудование начинают приобретать сразу после определения мощности двигателя. После завершения расчета оказывается, что архитектура изменилась, а вместе с ней изменилась и требуемая емкость аккумуляторов. В результате часть оборудования приходится заменять или мириться с неоптимальной конфигурацией.
Ошибка №2. Закладывать максимальный запас энергии «на всякий случай»
Желание увеличить запас хода кажется разумным. Но каждый дополнительный киловатт-час увеличивает не только стоимость аккумуляторов. Он влияет практически на весь проект:
- массу катера;
- размеры аккумуляторного отсека;
- требования к BMS;
- силовую проводку;
- зарядное оборудование.
Ошибка №3. Копировать готовые проекты
Даже внешне одинаковые катера могут использоваться совершенно по-разному. Один выходит на воду несколько часов по выходным. Другой ежедневно проходит десятки километров. Третий используется для коммерческой эксплуатации. Во всех трех случаях оптимальная силовая установка будет различаться.
Ошибка №4. Выбирать аккумуляторы раньше архитектуры
Эта ошибка объединяет все предыдущие. Если сначала выбрать аккумуляторы, а потом пытаться построить вокруг них силовую установку, возможности оптимизации резко сокращаются. Именно поэтому опытные инженеры сначала определяют архитектуру проекта, а затем подбирают оборудование. Подробнее о выборе архитектуры вы можете прочитать в статье «Параллельный или последовательный гибрид: какую схему выбрать для катера».
Когда полностью электрический катер остается лучшим решением
После всего сказанного может показаться, что гибридная схема всегда выгоднее. Это не так. Если катер используется для прогулок, рыбалки или коротких маршрутов и регулярно возвращается к месту зарядки, полностью электрическая силовая установка нередко оказывается более простой и экономичной. Гибрид начинает раскрывать свои преимущества тогда, когда требуется:
Именно поэтому инженеры не выбирают гибрид заранее. Они сначала рассчитывают проект и только потом принимают решение.
- большой запас хода;
- длительная автономная работа;
- коммерческая эксплуатация;
- невозможность регулярно заряжать аккумуляторы.
Именно поэтому инженеры не выбирают гибрид заранее. Они сначала рассчитывают проект и только потом принимают решение.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли уменьшить стоимость аккумуляторов, выбрав более дешевые элементы?
Иногда да, но это редко дает такой эффект, как грамотное проектирование. Если требуемая емкость батареи остается прежней, экономия обычно оказывается ограниченной.
Какие аккумуляторы чаще всего используют в гибридных катерах?
Сегодня одним из наиболее распространенных решений являются LiFePO₄-аккумуляторы благодаря их высокому ресурсу, безопасности и стабильным характеристикам.
Главная идея этой статьи очень проста: Стоимость аккумуляторов определяется не тем, какие аккумуляторы вы покупаете. Она определяется тем, сколько энергии необходимо хранить на борту.
Именно поэтому профессиональное проектирование начинается не с выбора батареи, а с анализа сценария эксплуатации, расчета энергопотребления и выбора архитектуры силовой установки.
Если в предыдущей статье «Почему полностью электрический катер может оказаться дороже гибридного» мы ответили на вопрос, почему аккумуляторы становятся самой дорогой частью проекта, то теперь вы знаете, каким образом инженеры уменьшают эту стоимость еще до покупки оборудования.
Если вы планируете построить полностью электрический или гибридный катер, специалисты Golden Motor помогут рассчитать оптимальную архитектуру проекта, подобрать BLDC-двигатель, контроллер, LiFePO₄-аккумуляторы, BMS, генератор, зарядное оборудование и другие компоненты. Такой подход позволяет избежать лишних затрат еще на этапе проектирования и собрать силовую установку, которая действительно соответствует задачам вашего судна.
Иногда да, но это редко дает такой эффект, как грамотное проектирование. Если требуемая емкость батареи остается прежней, экономия обычно оказывается ограниченной.
Какие аккумуляторы чаще всего используют в гибридных катерах?
Сегодня одним из наиболее распространенных решений являются LiFePO₄-аккумуляторы благодаря их высокому ресурсу, безопасности и стабильным характеристикам.
Главная идея этой статьи очень проста: Стоимость аккумуляторов определяется не тем, какие аккумуляторы вы покупаете. Она определяется тем, сколько энергии необходимо хранить на борту.
Именно поэтому профессиональное проектирование начинается не с выбора батареи, а с анализа сценария эксплуатации, расчета энергопотребления и выбора архитектуры силовой установки.
Если в предыдущей статье «Почему полностью электрический катер может оказаться дороже гибридного» мы ответили на вопрос, почему аккумуляторы становятся самой дорогой частью проекта, то теперь вы знаете, каким образом инженеры уменьшают эту стоимость еще до покупки оборудования.
Если вы планируете построить полностью электрический или гибридный катер, специалисты Golden Motor помогут рассчитать оптимальную архитектуру проекта, подобрать BLDC-двигатель, контроллер, LiFePO₄-аккумуляторы, BMS, генератор, зарядное оборудование и другие компоненты. Такой подход позволяет избежать лишних затрат еще на этапе проектирования и собрать силовую установку, которая действительно соответствует задачам вашего судна.
Новости
Все новости
22 июня 2017
Триумфальное возвращение Nokia 3310
5 июня 2016
Новое восприятие мира от Google
1 мая 2016
Переводчик с кошачьего – это реально