Η Leclanche σχεδιάζει και κατασκευάζει συσσωρευτές και συστήματα Li-ion

Τα πλεονεκτήματα των ηλεκτροκίνητων μεταφορών είναι εκτεταμένα. Προηγμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, μπορούν να βρούν εφαρμογή στην εμπορική ναυτιλία. Υπάρχουν πολλές ναυτικές εφαρμογές στις οποίες η προσθήκη μιας μεγάλης μπαταρίας Ιόντων Λιθίου (Li-ion) έχει νόημα.

Η χρήση είναι ανάλογα με το μέγεθος σκάφους και τον σκοπό. Όλα τα πλήρως ηλεκτρικά οχηματαγωγά πλοία, για παράδειγμα, που έχουν αναπτυχθεί σε διάφορες περιοχές, οφείλεται σε μεγάλο βαθμό από τους κανονισμούς. Υπάρχουν κάποια ευαίσθητα λιμάνια που απαιτούν όλα τα σκάφη να είναι χαμηλού θορύβου και χωρίς ρύπανση. Και αν υπάρχει ανάγκη για ένα πλοίο με αυτονομία περίπου 20 ναυτικά μίλια ή λιγότερο, ένα πλήρως ηλεκτρικό είναι ιδανικά.

Υπάρχουν επίσης μερικές αυξανόμενες αγορές για την υβριδοποίηση και βελτιστοποίηση του φορτίου. Σκάφη που πρέπει να λειτουργούν σε ζώνες με αυστηρούς κανονισμούς αλλά και να έχουν δυνατότητες μεγάλης εμβέλειας μπορούν να σχεδιαστούν με κινητήριο σύστημα τύπου Plugin Hybrid Electric Vehicle (PHEV) ταξιδεύοντας μικρές αποστάσεις με την ισχύ της μπαταρίας και εκτός των ζωνών περιορισμένης πρόσβασης να χρησιμοποιούν τους κινητήρες ντίζελ.

Άλλου είδους πλοία μπορούν να επωφεληθούν σημαντικά από ένα υβριδικό σύστημα πρόωσης, ρυμουλκά για παράδειγμα μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές αερίων κατά 35%.

Επίσης, μερικά από τα μεγαλύτερα πλοία του κόσμου ανακαλύπτουν σαφή οικονομική απόσβεση μετά απο μετατροπή στην οποία τοποθετήθηκε υβριδικό σύστημα με ντιζελογεννήτρια που δουλεύει στo πιο αποδοτικό της εύρος, σε συνδυασμό με μια μπαταρία ώστε τα βοηθητικά φορτία κατανάλωσης τους να τροφοδοτούνται απο αυτό.

Οne-stop shop για ισχύ και ενέργεια

Για να καλύψουν όλες τις διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης για βελτιωμένες συστοιχίες μπαταριών θαλάσσιας χρήσης, οι μηχανικοί συνήθως επιλέγουν ανάμεσα σε μια ποικιλία συνθέσεων μπαταριών Li-ion που είτε έχουν υψηλότερη ενέργεια ή υψηλότερες δυνατότητες ισχύος.

Η Leclanche είναι ένας ευρωπαϊκός κατασκευαστής και μπαταριών υψηλής ισχύος αλλά και ενέργειας. Η εταιρία εδρεύει στην Ελβετία με την κατασκευή των μπαταριών στη Γερμανία και γραφεία στο Βέλγιο και τις ΗΠΑ. Συγκεκριμένα είναι ο μόνος κατασκευαστής τόσο λιθίου τιτανίου (LTO) και μπαταριών γραφίτη-NMC στην Ευρώπη.

Η χημεία του γραφίτη-NMC είναι μια τεχνολογία ιόντων λιθίου που χρησιμοποιείται συχνά σε επιβατικά ηλεκτρικά οχήματα επειδή η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα τους παρέχει τη μεγαλύτερη δυνατή αυτονομία. Η LTO είναι ικανή για πολύ υψηλής ισχύος φόρτιση, γι ‘αυτό χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου χρειάζονται τακτικές γρήγορες φορτίσεις.

“Είμαστε γνωστοί για την Ελβετική μηχανική μας και τη Γερμανική υψηλή ποιότητα, αλλά και, όντας ο μοναδικός Ευρωπαίος παίκτης είναι πραγματικά ένα μεγάλο πλεονέκτημα για εμάς,” Antti Väyrynen, Αντιπρόεδρος της Leclanche στην ηλεκτροκίνηση, είπε στο περιοδικό Charged. “Η μεταφορά των μπαταριών είναι δύσκολη λόγω των κανονισμών ασφαλείας. Ιδιαίτερα τη μεταφορά μπαταριών μέσω αεροπορικών μεταφορών. Δεν είναι εντελώς αδύνατο, αλλά ότι έχουμε πολλαπλά ευρωπαϊκά γραφεία είναι σίγουρα ένα πλεονέκτημα ».

Οι μπαταρίες της Leclanche χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία από εφαρμογές σταθερής αποθήκευσης. Στον τομέα των μεταφορών, η εταιρεία επικεντρώνεται σε τρεις τομείς: την εμπορικού ναυτικού, τα οδικά οχήματα (κυρίως λεωφορεία) και βιομηχανικά μηχανήματα, όπως εξοπλισμό ορυχείων.

Η εταιρεία δεν είναι απλά ένας κατασκευαστής μπαταριών. Σχεδιάζει επίσης και κατασκευάζει πλήρη συστήματα με μπαταρίες Li-ion για τις περισσότερες εφαρμογές. «Έχουμε περισσότερους μηχανικούς για ηλεκτρονικούς, λογισμικό, και μηχανολόγους που επικεντρώνονται στο σχεδιασμό συστημάτων από χημικούς που εργάζονται σε μπαταρίες αυτή τη στιγμή», είπε ο Väyrynen. “Όταν απευθυνόμαστε στους πελάτες μας δεν προσπαθούμε μόνο να πουλήσουμε μπαταρίες Li-ion. Ξεκινάμε με προηγμένες προσομοιώσεις για τις εφαρμογές τους για να μάθουμε τι είδους μπαταρίες θα λειτουργήσουν καλύτερα: υψηλής ενέργειας γραφίτη-NMC ή LTO υψηλής ισχύος. Έτσι βοηθούμε να σχεδιαστεί ένα ολοκληρωμένο σύστημα. ”

Σχεδιασμένο για τη θάλασσα

Κατά κάποιο τρόπο, οι θαλάσσιες συνθήκες είναι αρκετά φιλικές για το σχεδιασμό μπαταριών Li-ion. Οι θερμοκρασίες των διαμερισμάτων αποθήκευσης είναι γενικά σταθερές και δεν είναι πολύ υψηλές. Ο Väyrynen λέει ότι η Leclanche σχεδιάζει συστοιχίες μπαταριών θαλάσσης τόσο υγρόψυκτες όσο κα αερόψυκτες, ανάλογα με την εφαρμογή. Συνήθως ένα σκάφος που έχει σχεδιαστεί για πολλαπλές γρήγορες φορτίσεις κάθε μέρα θα χρειαστεί υγρόψηκτες.

Υπάρχουν επίσης λιγότεροι περιορισμοί χώρου για τα σκάφη από ότι στα αυτοκίνητα, τόσο από την άποψη του όγκου αλλά και βάρους. Φυσικά, πάντα είναι σημαντικό να ελαχιστοποιηθεί ο όγκος για να αύξηθεί το ωφέλιμο φορτίο, αλλά τα σκάφη είναι λιγότερο ευαίσθητα σε δίλλημα βάρος ή αυτονομία.
Υπάρχει μια πτυχή της ναυτικής βιομηχανίας που είναι πιο δύσκολη για τους μηχανικούς συστημάτων συσσωρευτών, οι αυστηροί κανονισμοί ασφαλείας. “Σε ένα θαλάσσιο σκάφος, εάν υπάρχει πρόβλημα με την μπαταρία, πρέπει να ληφθεί πολύ σοβαρά, γιατί δεν μπορείς να ξεφύγεις από το σκάφος τόσο εύκολα», είπε ο Väyrynen.

Στα τέλη του περασμένου έτους ορισμένοι νηογνώμονες κυκλοφόρησαν νέες απαιτήσεις ασφάλειας ειδικά για τις μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένης πλήθος ανάλυσης ασφαλείας και δοκιμών εξάπλωσης της φωτιάς. Στην απίθανη περίπτωση φωτιάς μπαταριών, ο στόχος των νέων κανονισμών είναι να βεβαιωθούμε ότι το πρόβλημα θα μείνει μέσα σε μία μονάδα μπαταριών και δεν θα εξαπλωθεί σε όλη τη συστοιχία ή ακόμα παραπέρα.

“Η επίτευξη πιστοποίησης του προϊόντος για αυτούς τους τύπους των κανονισμών περιλαμβάνει λεπτομερείς αναλύσεις ασφαλείας και κινδύνου, και πολλές δοκιμές”, δήλωσε ο Väyrynen. “Κατά τη διάρκεια της τρέχουσας εργασίας μας σε ένα ηλεκτρικό φέρυ για τη Δανία, η Leclanche κέρδισε την πιστοποίηση για τις θαλάσσιες σειρές προϊόντων μας. Είναι ένα επεκτάσιμο σύστημα μονάδων, και τώρα με αυτή την αυστηρή διαδικασία έγκρισης ασφάλειας μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε σε όλες τις θαλάσσιες εφαρμογές. ”

Δανία E-Ferry

Η Leclanche περιγράφει τη Δανία E-Ferry ως εμβληματικό έργο της εταιρείας. Το χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ σκάφος είναι το μεγαλύτερο πλήρως ηλεκτρικό πλοίο του κόσμου, και θα τεθεί σε λειτουργία τον Νοέμβριο του 2017. Θα μεταφέρει έως και 198 επιβάτες και 31 οχήματα μεταξύ του νησιού της Ærø και της ηπειρωτική χώρας της Δανίας.
Το ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης του πλοίου αποτελείται από δύο παράλληλα, πλήρως αποδοτικά μέρη, γεγονός που αυξάνει την ασφάλεια και την αξιοπιστία. Το e-ferry θα φτάσει ταχύτητες μέχρι 14 κόμβους – πιο γρήγορα από ό, τι τα υπάρχοντα πλοία παρόμοιου μεγέθους. Η τεράστια συστοιχία μπαταριών περιέχει 4,3 MWh από στοιχεία γραφίτη-NMC, που παρέχουν αυτονομία περίπου 20 ναυτικών μιλίων μεταξύ των φορτίσεων.

Το BB Green ASV

Τον Μάιο, η Leclanche ήταν ένας από τους οκτώ εταίρους που συνεργάστηκαν για να ξεκινήσει το πρώτο πλήρως ηλεκτρικό Αερόστρωμνα Στηριζόμενο Σκάφος, Air Supported Vessel (ASV) στη Ρίγα της Λετονίας. Το πλοίο 25-τόννων, που ονομάζεται ΒΒ Green, μειώνει την υδροδυναμική αντίσταση του νερού με έναν ανεμιστήρα μπαταρίας στην πλώρη που εγχύει πεπιεσμένο αέρα μέσα σε μία κοιλότητα κάτω από το πλοίο. Το στρώμα του αέρα υποστηρίζει περίπου το 80 τοις εκατό του εκτοπίσματος του πλοίου, μειώνοντας την αντίσταση κατά 40 τοις εκατό σε υψηλή ταχύτητα. Το σύστημα επιτρέπει στο πλοίο να φτάσει την ταχύτητα των 30 κόμβων, προωθούμενο από δύο ηλεκτροκινητήρες 280 kW, και να διεκδικήσει τον τίτλο του “πιο γρήγορου ηλεκτρικού σκάφους μετακινήσεων του κόσμου.” Το κύτος και το σύστημα πρόωσης έγινε από την Echandia Marine και την SES Εurope.

Το BB Green λειτουργεί προς το παρόν με μια ενσωματωμένη μπαταρία 200 kWh LTO της Leclanche αλλά είναι σχεδιασμένο να αναβαθμιστεί μέχρι 400 kWh. Η τρέχουσα διαμόρφωση του σκάφους του επιτρέπει να λειτουργεί σε υψηλή ταχύτητα για πάνω από 30 λεπτά με αυτονομία 14 ναυτικών μιλίων. Σε κάθε στάση, η συστοιχία LTO φορτίζεται σε ταχεία φόρτιση για 15 έως 20 λεπτά.
Το πλοίο χωράει έως 70 επιβάτες συν ποδήλατα, και αρχικά χρησιμοποιείται για σκοπούς επίδειξης σε όλη την Ευρώπη.

Αποβάθρα φόρτισης

Οι μεγάλες συστοιχίες μπαταριών πλοίων απαιτούν ένα εξίσου μεγάλο ποσό ισχύος φόρτισης. Ο Väyrynen εξήγησε ότι οι φορτίσεις πρέπει να γίνονται αυτοματοποιημένα. “Η ισχύς είναι τόσο υψηλή που οποιοσδήποτε εξοπλισμός θα είναι δύσκολο για τους ανθρώπους να τον χειριστούν. Είναι ζωτικής σημασίας επίσης ότι η φόρτιση πρέπει να είναι πολύ ασφαλής και χωρίς προβλήματα. Θα πρέπει να γίνεται γρήγορα η σύνδεση, γιατί ο χρόνος που είναι στο λιμάνι είναι πολύτιμος. ”
Η μπαταρία 200 kWh LTO στο BB Green ASV φορτίζει με μέγιστη ισχύ περίπου 800 kW, και όταν είναι εγκατεστημένο το δεύτερο μισό της συστοιχίας η ισχύς θα διπλασιαστεί.

Η συστοιχία γραφίτη-NMC 4,3 MWh στο E-Ferry της Δανίας φορτίζει με μέγιστη ισχύ έως 4 MW.
“Σε κάποιες περιπτώσεις η Leclanche συνεργάζεται με άλλες εταιρίες για την ανάπτυξη του συστήματος φόρτισης για τους πελάτες”, δήλωσε ο Väyrynen. «Αλλά έχουμε επίσης τη γνώση και το δίκτυο να παρέχουμε εμείς τους φορτιστές. Μάλιστα, είμαστε αρκετά καθετοποιημένοι και μπορούμε να σχεδιάσουμε και να παρέχουμε το σύνολο του συστήματος . Μπαταρίες, κινητήριο σύστημα, και φορτιστές.”

Συνέργειες γης και θάλασσας

Στο δρόμο, μια βασική δουλειά της Leclanche είναι τα ηλεκτρικά και υβριδικά λεωφορεία. “Συνεργαζόμαστε στενά με ορισμένες μεγάλες εταιρείες λεωφορείων», δήλωσε ο Väyrynen. “Τα υβριδικά είναι ένα πρώτο βήμα για ορισμένους πελάτες, αλλά η μεγαλύτερη δυνατότητα εξοικονόμησης χρημάτων είναι στα πλήρως ηλεκτρικά».

Η Leclanche βλέπει hotspots ηλεκτρικών λεωφορείων στις πόλεις που έχουν φιλοδοξίες να είναι χωρίς εκπομπές καυσαερίων, συμπεριλαμβανομένων του Λονδίνου και του Παρισιού, το οποίο ανακοίνωσε πρόσφατα ένα σχέδιο για τη μετάβαση ένος μεγάλου μέρος του στόλου των λεωφορείων της σε ηλεκτρικά.

Η Παροχή τόσο LTO και γραφίτη-NMC είναι επίσης ένα πλεονέκτημα για την αγορά λεωφορείων, στην οποία ο Väyrynen περιγράφει μια περίπλοκη διαδικασία που θα βοηθήσει τους πελάτες να σχεδιάσουν ένα ηλεκτρικό οικοσύστημα. “Σε ολλές πόλεις, αρέσει η ιδέα της φόρτισης κατά μήκος των διαδρομών με κάθε ευκαιρία και χρησιμοποιώντας συστοιχίες LTO που φορτίζονται γρήγορα πολλές φορές την ημέρα. Αυτό επιτρέπει μια μικρότερη επένδυση της μπαταρίας, επειδή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μικρότερες συστοιχίες που φορτίζονται πιο συχνά. Ωστόσο, η επένδυση στις υποδομές φόρτισης είναι υψηλότερη, επειδή είναι σε περισσότερες θέσεις. Έτσι για να αποφασίσετε ποιο είδος του στόλου είναι καλύτερο για μια πόλη είναι ένα αρκετά μεγάλο πρόβλημα βελτιστοποίησης. Εξαρτάται από το είδος των δρόμων που έχετε, πόσο γρήγορα μπορείτε να δημιουργήσετε την υποδομή και πόσο μπορείτε να επενδύσετε σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα.”

Συνήθως, μια μπαταρία Leclanche σχεδιασμένη για φόρτιση στη διαδρομή θα περιέχει μεταξύ 50 και 80 kWh μπαταρίες LTO. Τα λεωφορεία μεγάλων αποστάσεων σχεδιάζονται για ολονύκτια φόρτιση, μια συστοιχία από γραφίτη-NMC θα είναι μεταξύ 200 και 300 kWh.

Η Leclanche λέει ότι τα βασικά δομικά στοιχεία των μπαταριών της είναι τα ίδια για κάθε εφαρμογή. “Το σχέδιο κάθε συσσωρευτή περιέχει το BMS και μέχρι 32 στοιχεία,” είπε ο Väyrynen. “Αυτό παραμένει το ίδιο. Αυτό που αλλάζει είναι το μεγαλύτερο κουτί που περιέχει τη συστοιχία. Για θαλάσσια χρήση, αυτό είναι ένα επεκτάσιμο ράφι που έχει επίσης σύστημα πυρόσβεσης. Στα λεωφορεία συνήθως ορίζεται από την υπάρχων πλατφόρμα του πελάτη. Αλλά η ικανότητα να χρησιμοποιούμε την ίδια βασική τεχνολογία για πολλές εφαρμογές μας επιτρέπει να σχεδιάσουμε αποδοτικά. Είναι πολύ χρήσιμο καθώς εργαζόμαστε σε πολλά διαφορετικά σχέδια”.

 

Αρχική πηγή: Charged Issue 28 – November/December 2016. – Subscribe now.