如何打造一款定制化的电动船?

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随着双碳、水域保护政策的推进,国家正大力支持发展新能源智能船艇。武汉海事局已发布”关于库湖区新建船舶使用清洁能源有关要求的通知”,对库湖区船舶使用清洁能源提出要求。杭州、桂林等旅游城市也陆续将“燃油改电动”提上日程。国家的支持驱使国内不少景区、水库、湖泊等水域逐步推进船艇新能源化。

 

 

而对于钓鱼、帆船爱好者等个人用户来说,随着环保低碳理念的深化和对更优质船艇体验的追求,也逐渐倾向于选择零污染、零排放的船艇电力推进系统。

 

 

对于公务、商业运营船只“油改电”、新船电动化等独特应用场景而言,船艇应配置多大功率的船艇推进器?操控器如何选择?电池系统、充电系统如何配置?采购后如何进行日常维护和运营?

 

拥有钓鱼船、帆船的个人用户应如何针对自身需求采购合适的船艇电动推进器?

 

 

这些问题对于船东、水务、商用等部门来说,大都无从入手。如何打造一款定制化的电动船,以满足日常运营、续航等需求呢?我们将围绕电动化船只所包含的几个重要系统给出一些参考。

 

 

1.动力推进系统的选择

 

电动船外机功率段的选择要根据船的尺寸、载重量、目标航速来综合判断。不同大小、尺寸的船艇应匹配不同功率的船外机,船艇一般标有最大承受功率,选择电动船外机时不应超出最大的承受功率,既要兼顾船外机速度,又需兼顾安全性。

 

(1)如何结合船型大小配置动力推进系统?

🔹5米以下小艇、充气艇、7米以下的小型帆船,一般适合1千瓦推力的船外挂机;

🔹6至9米路亚艇、钓鱼船、小型清洁船、小型观光游船等船型,一般适合3至6千瓦推力船外挂机;

🔹9至15米公务船、清洁船、大型观光游船等船型,一般适合10至25千瓦推力的船外挂机;

🔹18米以内公务船、游艇、单/双体帆船等船型,一般适合10至40千瓦推力的船内机;

🔹18至30米工作船、渔船、轮渡船、中大型帆船等船型,一般适合100千瓦推力的船内机。

 

 

 

 

(2)如何结合目标航速配置动力推进系统?

 

每款船艇的长度、宽度、吃水、载重等信息都不尽相同,当有航速预期的情况下,船艇也会产生相应的阻力,在一定的航速范围内,目标航速越大,阻力就越大,这时需要更大功率的机器去推进。因此,船速同时受阻力和机器功率的影响,这就需要前期对船的阻力进行估算后,结合船速-推力曲线来选择更准确功率的机器。这时可能需要相关人员对船体阻力进行前期的评估和预测。

 

 

如下图,蓝色曲线代表阻力较大的船艇的阻力曲线(以下称“蓝色船”),橙色曲线代表阻力较小的船艇的阻力曲线(以下称“橙色船”),三条横线从低到高分别代表10千瓦、20千瓦、40千瓦机器的航速-推力曲线。

 

 

可以看出随着航速的增加,蓝色船和橙色船的阻力都在变大,而蓝色船的阻力比橙色船的阻力明显要大。这意味着要达到相同的目标航速,蓝色船相比橙色船要求的机器功率更大。

 

△船阻曲线及10-40千瓦船速-推力曲线

 

 

结合船阻和机器推进性能综合估算,匹配10千瓦机器,蓝色船大概航速为7公里/小时,橙色船大概航速为9公里/小时;匹配20千瓦机器,蓝色船大概航速为11公里/小时,橙色船大概航速为12.5公里/小时;匹配40千瓦机器,蓝色船大概航速为13公里/小时,橙色船大概航速为15.5公里/小时。如果你的目标航速为15公里/小时,可以得出此时橙色船大概需要一款40千瓦的船艇电动推进器,而蓝色船则需要大于40千瓦的船艇推进器来推进。

 

 

2.操控系统的选择

 

控制器选择与船型结构、开船人员的使用习惯密切相关。

 

🔹舵杆控制器

 

没有控制台,船尾无冗余空间安装舵杆的小型船,如小型休闲钓鱼船,适合使用舵杆控制器。开船人员可在船尾操控舵杆进行驾驶,前进后退、左右转向、速度调节都直接通过舵杆控制器即可实现。安装方面,无需钻孔,操作相当简单。

 

△舵杆控制器

 

🔹远操控制器

 

有控制台,且船型相对较大的船只,适合使用远操控制器。其中搭载推动器单机的船只,适合选用单远操控制器和侧舷控制器来控制机器的前进后退及速度。此时还需要配备转向系统,控制船只左右转向、掉头等,开船人员可像驾驶汽车一样驾驶船只。如果你的船只搭载推进器双机,那么则适合使用双远操控制器,分别控制两台机器。

 

相对于舵杆操控器,远操控制器的安装较为复杂。操控器通常需要有线连接来获取与推进器之间的通讯,此时需要在控制台合适位置进行钻孔,将操控器固定在控制台合适位置,并用通讯线连接机器和操控设备。

 

△单操控制器

 

△双操控制器

 

逸动针对Evo机器,开发出4款针对不同使用场景的Evo控制器,分别是舵杆控制器、远操控制器、侧舷控制器、双远操控制器。2022年更是针对I系列电动船内机开发出智能人机交互系统(智能油门和智能显示屏),可根据用户使用场景,支持正装/侧装、单操/远操、左舷/右舷等多种安装方式,一机多用,支持拼装拓展,为船艇定制最佳操控方式。

 

△逸动操控系统

 

 

3.如何配置电池系统

 

船艇电池系统的配置,直接影响到船艇的动力性能和续航能力。在配置船艇电池系统时,有一些关键因素需要考虑:

 

🔹船艇载重能力:不同类型的船艇具有不同的动力需求,因此需要根据实际用途来选择电池系统。例如,小型充气艇需要轻便且紧凑的电池系统,而电动艇和游艇通常则需要大容量的电池系统来满足长时间的航行需求。

 

🔹续航要求:理论上电池系统容量越大,机器续航时间会越长。但随着电池系统容量增大的同时,电池重量也会随之增加,影响航速和整体使用效率。因此要满足长续航需求,不能盲目追加电池数量,在配置适量电池情况下,船东在实际使用过程中需结合不同的航行工况最终实现对于续航时长的要求。

 

🔹功率匹配:电池系统的配置在满足电力推进功率输出需求的同时,亦需考虑生活用电需求。对于配置娱乐设施、生活设施的游船/双体帆船这些船型,选择适配整船功率输出的电池系统显得尤为重要。

 

🔹船艇空间尺寸:不同船型内部结构差异大,在布局船艇电池系统时,应结合船舱布局、重心排布来考虑整体的布置和安装方案。

 

针对客户需求,逸动在通过流体仿真分析确定船艇所需的推进功率后;再根据船艇空间尺寸、重量重心及载重能力,结合客户对船艇续航要求来确定电池系统的容量。最后依据船艇需取得的证书要求,选择相匹配的电池包和电池系统。

 

逸动自研新款磷酸铁锂电池能量密度是铅酸电池的3倍,重量和体积仅占同等容量铅酸电池的1/3。通过串并联的方式能延长船艇续航时间。

 

 

 

2023年推出的自研船艇电池系统定制解决方案,融合了逸动自研电池管理系统(BMS)和电池Pack,更适配高压高功率的船艇电力推进设备动力和长续航需求。

 

 

同时,逸动可为客户设计电池系统的设备布置和安装方案以及电缆敷设路径,为客户提供设计、安装、调试的整套服务。

 

△逸动电池及各电器部件的布置、走线示意图

 

 

4.如何配置充电系统

 

关于充电系统配置,有以下一些建议可以参考。

 

首先,需考虑实际使用场景。对于公务、商用运营场景,如公务执法船、景区游船、交通接驳船等使用场景,对充电补能速度要求比较高,一般采用大功率直流充电桩甚至是换电型式。对于个人使用场景,如钓鱼船、帆船等,可以考虑船载交流充电器或结合太阳能/风能等型式充电器。

 

 

△上海苏州河游船岸边配置直流充电桩

 

第二,考虑码头供电条件,比如不同电压等级(110/220/380V)电源及供电功率;

第三,根据电池组电压,确定充电装置输出电压范围;

第四,选择适合的充电协议,如自定义协议、国标充电协议、欧标充电协议;

第五,确认充电设备与电池组、岸电的接插型式的匹配度。

 

 

5.配电系统的选择

 

当然,配电系统也是船东们关注的一部分。配电系统是将电力从电站或储能系统传输到终端的网络和设备,主要作用是安全、高效地分配电能,并确保供电可靠性。

 

那么什么情况下需要配置配电系统?

 

🔹长续航里程需求

单一依靠动力电池作为船艇动力,对于有长距离航行需求的船艇来说仍有一定的限制性。当你的船一天需要不间断行驶较长距离,此时需考虑通过混合动力或集成可再生能源的方式来解决长续航里程的问题,包括燃油发电机组、氢燃料电池、风力发电、太阳能发电等多种能源的介入,来扩展船艇的续航能力。而配电系统可以控制各种不同能源的并网功能,并按照特定工况的需求而调整适合的能源模式。

 

△多能源配电系统

 

🔹满足船艇不同设备的电能分配

 

从船艇的负载侧来说,除了承担常规推进设备的电力负荷以外,船艇通常还配置如泵、风机、空调、照明、通讯导航甚至厨电设备等,这些设备输入电压、电流、启动及运行工况(全速工况、巡航工况以及进港工况等)各不相同,配置配电系统可以将电能安全分配到这些设备,并确保这些设备正常工作。

 

 

逸动可根据复杂工况及客户用电需求,配置直流配电系统,兼顾太阳能、氢燃料电池、柴油发电机组等能源接入。同时针对多能源集成需求,还能提供如太阳能板可铺设面积建议、设计太阳能板布置方案。

 

 

△为香港皇家游艇会打造电动接驳船,

集成逸动电力推进系统和太阳能

 

 

综上,一套合理的船艇电动化解决方案要综合考虑各项系统构成,配置出合理的动力、操控、电池、充电系统、配电系统等,最终满足客户对于航速、续航时间、充电时长等需求。

 

逸动科技根据客户的需求和整船结构,由专业的研发和技术服务团队为整船定制专属的动力系统、操控系统、电池系统(包括电池连接及排布方式)、充电系统、配电系统等一站式的系统集成解决方案。同时在后期安装调试和使用阶段,提供设备安装指导、现场调试、培训指导、客户回访等服务,全方位优化用户使用体验。

 

 

 

6.应用案例

 

目前,逸动科技已为多个景区和水务部门配置了船外机/船内机整船电动化系统集成解决方案。

 

船外机电力推进系统解决方案

杭州西湖生态旅游区巡逻船

 

 

在杭州市西湖水域管理处发起“快艇汽油船外机改电动船外机”项目中,综合考虑该巡逻艇船特点、结构形式、布置、吃水等情况,确保改装后船艇满足区域航行要求。逸动科技提供了包括F25船外机推进系统、电池系统及充电方案的系统集成解决方案,为西湖景区打造第一艘大功率电动船外机船只。

 

 

🔹船艇电动化技术方案:

船长:5.7米

船宽:2米

水线长:4.81米

核载人数:4人

参考航速:18公里/小时

电动推进器:逸动F25电动船外机单机(等效40马力)

控制系统:F系列控制器+智能触控屏

电池配备:35.3千瓦时磷酸铁锂电池+15千瓦充电桩(满足最大功率下1.4小时续航要求,经济航速下可满足全天巡逻需求)

 

 

 

船内机电力推进系统解决方案

全国首艘纯电动离岸双体帆船

 

为满足消费者在选择娱乐休闲船艇时对绿色环保动力的需求,逸动科技与知名帆船品牌珐伊科技联合打造全国首艘纯电动离岸双体帆船,搭载两台20千瓦永磁同步电机,采用电量188千瓦时的磷酸铁锂电池系统,致力于打造全套帆船电力推进系统解决方案。该船适用于商务交际及沿海家庭度假、休闲娱乐需求,助力珐伊电动帆船更好地占领水上娱乐市场。

 

 

🔹船艇电动化技术方案:

船长:12.55米

船宽:6.8米

型深:1.3米

电机推进系统:两台20kW永磁同步电机,提供最高40kW动力输出。

电池系统:采用磷酸铁锂电池,配备逸动自研电池管理系统(BMS),最高可选装四块电池并联,总容量达188千瓦时,最高续航可达20小时,航程可达100海里。

推进控制系统:逸动HMI人机交互系统,包含智能油门和5英寸智能显示屏,可在船艇操控和信息监测方面提供出色的体验。

充电系统:除20千瓦充电桩给帆船锂电池充电外,可通过便携式3kW充电机使用 220V电源进行充电。

配电系统:兼容风、光、锂电等混合动力,适应电力推进、风帆推进/反充电等多种工况。

 

 

 

 

来源 | 逸动科技

编辑 | 海之蓝

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