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benötigte Motorleistung = Schiffsgewicht x Soll-Motorleistung je Tonne Schiffsgewicht

Schritt 2.) Auswahl des geeigneten Motors:

Da wir einen Wellenantrieb haben suchen wir uns einen geeigneten Motor aus der Produktpalette “Elektro- Wellenantrieb” aus.

Hier ist der EWG-48-5.0 der ideale Motor, da der EWG-36-3.0 mit nur 3kW Wellenleistung doch etwas zu schwach dimensioniert ist und etwas Leistungsreserve nie schadet.

Dieser Motor hat folgende uns momentan interessierende technische Daten:

Schritt 3.) Berechnung der Stromaufnahme bei der erforderlichen Motorleistung:

Als Grundlage unserer Berechnung interessiert uns aber die Stromaufnahme bei der in Schritt 1 berechneten erforderlichen Motorleistung, d.h. bei 4kW und nicht die maximale Stromaufnahme des Motors, der ja 5kW leistet.

Stromaufnahme = (Motorleistung x 100) / (Betriebsspannung) x Wirkungsgrad)

Schritt 4.) Berechnung der Rumpfgeschwindigkeit:

Um die benötigte Motorleistung bei der geforderten Geschwindigkeit ermitteln zu können nuß zuerst einmal die Rumpfgeschwindigkeit des Schiffes bekannt sein.

Die Rumpfgeschwindigkeit in Knoten berechnet sich wie folgt:

Rumpfgeschwindigkeit = 2,43 x Quadratwurzel der Wasserlinienlänge

Schritt 5.) Berechnung Verhältnis “geforderte Geschwindigkeit” zu Rumpfgeschwindigkeit:

Damit die benötigte Motorleistung bei der geforderten Geschwindigkeit ermittelt werden kann, muß als Nächstes das prozentuale Verhältnis der geforderten Geschwindigkeit, als hier jetzt 4kn, zur Rumpfgeschwindigkeit berechnet werden.

Verhältnis in Prozent = geforderte Geschwindigkeit / Rumpfgeschwindigkeit

Schritt 6.) Bestimmung der Motorleistung und Stromaufnahme bei “geforderter Geschwindigkeit”:

Entsprechend dem Diagramm auf der Seite “Kriterien zur Motorauswahl”  werden bei 60% Rumpfgeschwindigkeit lediglich ca. 12% Motorleistung benötigt.

Motorleistung bei geforderter Geschwindigkeit =  Motprleistung bei Rumpfgeschwindigkeit x 12 /100

Damit können wir die Stromaufnahme bei dieser Motorleistung berechnen.

Stromaufnahme bei geforderter Geschwindigkeit =  Stromaufnahme bei erforderlicher Motorleistung x 12 /100

Schritt 7.) Berechnung der benötigten Fahrzeit für die Solldistanz bei “geforderter Geschwindigkeit”:

Um die Solldistanz bei der geforderten Geschwindigkeit zurück zu legen wird die folgende Zeit benötigt:

Reisezeit =  Distanz / Geschwindigkeit

Schritt 8.) Gesamtstromverbrauch um die Solldistanz zu überbrücken:

Jetzt muß lediglich die Reisezeit mit der Stromaufnahme multipliziert werden um den Gesamtstrombedarf zu erhalten

Gesamtstrombedarf = Stromaufnahme x Reisezeit

Damit haben wir den gesamten Strombedarf ermittelt, der notwendig ist um die gewünschte Distanz von 15sm mit einer Reisegeschwindigkeit von 4kn zurück zu legen.

Jetzt gilt es die passende Batteriekapazität hierfür zu ermitteln

Schritt 9.) Auswahl der passenden Batterie:

Wir empfehlen auf Grund der in allen Punkten wesentlich besseren elektrischen EIgenschaften von LiFePO4 Batterien gegenüber anderen, aktuellen Batterietechnologien und des in den letzten Jahren extrem gesunkenen Preises im Regelfall nur noch LiFePO4 Batterien als Traksionsbatterie.

Daher führen wir im Folgenden unser Berechnungsbeispiel auch für eine LiFePO4 Batteriebank durch.

Bei diesen Batteriezellen kann zwar 100% der Ladung entnommen werden, ohne dass die Zellen geschädigt werden, jedoch sinkt dann die Zyklenzahl (Lebensdauer) auf ca. 1/3 des Wertes gegenüber nur 80% Entladetiefe. Wir setzen also für unsere Batterieauswahl 80% Entladetiefe an, d.h. die errechneten 44,25Ah entsprechen 80% der Batteriekapazität.

Damit kann die mindestens erforderliche Größe der Batterien ermittelt werden.

Batteriekapazität =  Gesamtstromaufnahme x 100  / 80

Die Batterien müssen also mindestens 55,3Ah Kapazität besitzen.

Theoretisch könnte jetzt eine Batterie mit z.B. 60Ah Kapazität gewählt werden um das gewünschte Fahrprofil 15nm bei 4kn Fahrt zu fahren, nur könnten Sie dann z.B. bei schlechten Wetterverhältnissen oder im Notfall nie die volle, eigentlich zur Verfügung stehende Motorleistung von 5kW abrufen.

In den Datenblätter finden Sie die Angabe maximaler Lade- / Entladestrom meist  mit der Angabe 0,5C oder 1C. Dies bedeutet, dass Sie bei der Angabe 0,5C dauernd einen Strom in Höhe von 50% der Nennkapazität entnehmen dürfen ohne die Zelle zu schädigen. Bei 1C entsprechend sind dies dann 100% der Nennkapzität als Dauerstromentnahme.

Ursache hierfür ist der Innenwiderstand der Batteriezelle, der einen thermischen Verlust durch den Batteriestrom, gleichgültig ob Laden oder Entladen stattfindet, bewirkt und damit die Batteriezelle aufheizt. Je höher der Strom oder auch der Innenwiderstand der Batterie ist, desto größer ist die Verlustleistung, die als Wärme entsteht und abgeführt werden muß. Dies bedeuet, dass der vom Hersteller angegebene maximale Strom nicht überschritten werden darf, da es ansonsten zur Überhitzung kommen kann.

Nachdem die meisten Batterien den maximalen Entladestrom mit 0,5C angeben und der maximale Strom bei unserem 5kW Motor ca. 100A beträgt, sollte in unserem Beispiel mindestens eine 200Ah Batterie gewählt werden. Es bieten sich dann an, die Batteriebank entweder aus 2 x 100Ah parallel geschalteter Zellen oder 1 x 230Ah Zellen aufzubauen.

Da wir unseren Motor mit 48V betreiben und eine Einzelzelle eine Nennspannung von 3,2V besitzt, müssen wir insgesamt 16 Zellen, bzw. parallel geschaltete Zellen in Reihe schalten.

Als Nebeneffekt dieser gegenüber der Berechnung doch wesentlich höheren Batteriebankkapazität haben Sie aber im normalen Teillastbetrieb eine relativ hohe Kapazitätsreserve zur Verfügung, was sicher kein Fehler ist.

Dieses Berechnungsbeispiel liefert Ihnen mit einfachen Mitteln eine Abschätzung der Batteriebankgröße unter Berücksichtigung Ihrer individuellen Vorstellungen und Anforderungen.