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:

• 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.

Стоимость аккумуляторов увеличивается не только потому, что приходится покупать больше ячеек. Большая батарея сама начинает влиять на характеристики катера. Она:

• 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.

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.

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:

• 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.

Катер для рыбалки, прогулочный катер и коммерческое судно могут иметь одинаковые размеры, но совершенно разные требования к запасу энергии. Именно поэтому нельзя подобрать аккумуляторы только по мощности двигателя.

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.

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:

• массу катера;
• размеры аккумуляторного отсека;
• требования к BMS;
• силовую проводку;
• зарядное оборудование.

Поэтому избыточный запас энергии далеко не всегда делает проект лучше.

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».

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:

• 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.

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.