Seilbåt for helårsbruk med elektrisk fremdrift

[AJB]

Drømmer om å bygge båt.

 

Noen prioriteringer;

• seilbåt for bruk året rundt
• dekksalong med innvendig styreposisjon
• håndteres av en person
• så liten som mulig, men likevel stor nok
• letthåndterlig rigg
• elektrisk motor
• egen design, bygge selv

 

I dag er prosjektet blitt 37', 35' i vannlinjen og veier 8575 kg.

Jeg har vurdert forskjellige løsninger ved hjelp av en 3d-modell. Har akterkabin med adkomst fra cockpit, rorkult (ror på akterspeil). Ved nedgang til salong er det på styrbord side toalett med dusj, foran dette en styreposisjon (med best mulig sikt av seil), på babord side er det en stikkøye og en sittegruppe. Videre ned to trinn er det en stikkøye/sofa styrbord og bysse babord, forut to køyer.

Jeg ser for meg storseil, selvslående fokk på kutterstag, genua i stevnen og gennaker på baugspryd.

 

Vil ha en elektrisk motor som sørger for fremdrift med mulighet for regenerering av energi under seiling. Så stor og effektiv batteribank som jeg har råd til, DC-AC inverter. Vil pakke hyttetaket med solceller, lading med landstrøm, solceller og motor regenerering. Det vil bli begrenset rekkevidde for motor, men det er tross alt en seilbåt. Og dette betyr et nøkternt strømforbruk.

Vil gjøre plass for fremtidig DC generator for rekkeviddeutvidelse og mulig annet/større strømforbruk. Generatoren skal bare lade batteribanken, gå på full last, auto start/stop.

Etter mine beregninger vil en elektrisk motor på 10 kW være mer enn stor nok. Maksimal skrogfart er sjelden nødvendig og vil da være kortvarig (30-60 min?). Saktegående stor propell.

Dersom jeg holder meg under 50 V kan jeg ordne det meste selv.

 

Så fort jeg finner en egnet og rimelig plass å bygge starter jeg opp (eller tar til vettet og kjøper noe brukt?).

 

Jeg trenger råd rundt fordeler/ulemper/pålitelighet/sikkerhet med AC, DC eller BLDC motor og motorkontroll.

 

 

[Bårdp]

Skal du holde deg under 50V blir det nokk bare jallautstyr og enorme kabler. Om du heller går for standard industriutstyr får du jo både motor og frekvensomformer nesten gratis. Da kan du også bruke en standard 230V generator til å lade batteripakken via frekvensomformeren. Men du må da ha en batteripakke på ca 320V som vel er omentrent det samme som brukes i en del elbiler.

[Framtia]

veldig spennende prosjekt, håper det blir noe av, og at du dokumenterer her. Og velkommen til BP!

[finnarne]

Det er en kar som skal selge en dobbel Thosa 9000 installasjon på Cruisers forum.

http://www.cruisersforum.com/forums/f64/electric-motor-setup-for-catamaran-thoosa-9000-a-159128.html

 

Jeg hadde forsøkt å kjøpe den selv, hadde det ikke vært for at jeg har en ny installasjon fra Marinekompagniet (http://www.e-torque.dk/) i Danmark.

 

Rakk bare en rask testtur i høst. Må forsterke motorfester før jeg tester mer, og nå er det for kaldt å støpe.

Tråden min er her: https://baatplassen.no/i/topic/122023-tafatt-skal-få-ny-elmotor-og-propellaksling

 

Stusser over liten vekt på en 37 fots båt, er du ferdig med å bygge båten, eller hvor langt er prosjektet kommet ?

Ifølge mitt regneark, burde du opp i litt større motor, opp i 14kw med 35" vannlinje og 8.6 tonn.
Noen vil sikkert si det er alt for lite.

[electrostunt]

Batteridrift i båter er egentlig veldig ineffektivt. Du må først som sist designe den som diesel elektrisk og gjøre plass til en generator som. Kan gi 1:1 til fremdriftsmotor.

 

Begrunnelse: 1l diesel inneholder ca 10kwh.

En standard nissan leaf har batteripakke tilsvarende 1.7l diesel. Teslas model s har en 85kw pakke som er det samme som 8.5l diesel.

 

Om du skal kjøre 10kw motor så er det med en tesla batteripakke på 1 tonn til ca 250.000kr ca 8.5 timers driftstid.

 

Skal du lade under seiling så må hastigheten være over 6knop for at det skal gi gevinst, og da kan du regne med 500w lading max. Så da må du seile 20t pr 1t motordrift.

 

Flott tenkt med elektrisk drift, men med dagens batteriteknologi så bare utgår det pga pris, tyngde, størrelse og rekkevidde.

 

Unntaket er om du kun skal inn ut av havn og aldri skal noe sted for motordrift.

[finnarne]

Du får lese deg opp om de som har praktisk erfaring med elmotor på Seilbåt, electrostunt, så kan vi andre får "drømme" i fred.

 

Start f.eks med å lese http://biankablog.blogspot.no/ som er en bruker som har kjørt med elektrisk motor på en 30 fots seilbåt siden 2008.

Mike har samle postingene om konverteringen og erfaringene i en egen artikkelsamling: http://biankablog.blogspot.no/2008/05/going-electric.html

 

Jeg mener det var Bianka jeg leste om som hadde kjørt enten 4 timer i 6 knop( eller var det 6 timer i 4 knop?), på en 90 Ah batteribank. (90Ahx12v skulle bli 4.3kwh)

Feilen du sannsynligvis gjøre, er at du skal ha båten til å gå over skrogfart.

I regnearket mitt, så trenger trådstarters prosjekt 13.4kw for å holde 9,4 knop.

men for å holde 6 knop trenger han bare 3,46 kw.

Det tilsvarer 63hk for 9,4 knop, og 16,25hk for 6 knop.

 

Kan han gå ned i 5 knop, sier regnearket mitt 2 kw.

[Bårdp]

 

I regnearket mitt, så trenger trådstarters prosjekt 13.4kw for å holde 9,4 knop.

men for å holde 6 knop trenger han bare 3,46 kw.

Det tilsvarer 63hk for 9,4 knop, og 16,25hk for 6 knop.

Klarer ikke helt å henge med på dette regnestykker.

Hvordan får du 13,4 kw til å bli 63 hk?

[finnarne]

Erfaring fra de som har elektrisk motor, tilsier at du kan dele effektbehovet på 3,5.

13,4 kw  = 18hk.

18 * 3.5 = 63

 

Jeg er spent på hvordan regnestykket er i forhold til praktisk erfaring. Dvs for meg.

 

Bianka er en 30fots Nonsuch, som skal veie rundt 4700 kg . De har Thoosa 9000.

 

Min båt skal veie rundt 3100 kg og har en 5kw elmotor. Min lille 1 nm test i høst tilsier at motor er mer enn kraftig nok for min båt.

Redigert 15.Januar.2016 av finnarne (see edit history)

[Bårdp]

Er disse 3,5 en slik fantasifaktor fra MDG?

Jeg jobber daglig med prosjektering og dimensjonering av store elektriske motoranlegg til skip men har da aldri hørt om denne faktoren før.

[finnarne]

Tja. si det. Kanskje om en er på jakt etter å gjøre noe miljøvennlig. Jeg tror miljøvennligheten i min båt ligger i at jeg bruker ett 44 år gammelt skrog, og gir det nytt liv, men å bruke så mye brukt utstyr som mulig. Men nå ødelegger vi muligens tråden.

Trådstarter spurte etter råd. Jeg kom med noen råd. Noen vil si at en 10 kw motor er for lite. Jeg antydet at kanskje 13kw er nok.

Og jeg kom med 2 stk 9kw motorer som er tilsalgs for en relativt billig penge i USA.

 

men for å svare på faktoren på 3.5, så er den referert til her

http://forum.woodenboat.com/archive/index.php/t-2329.html , i posten fra 05-11-2005, 09:13.

 

 

The chart is a marine architect chart that is commonly published. I didn't make it up. So popeye said absolutely nothing except of course you have to add some horse to overcome wind, waves, tides ,currents. Generally you add 50% or have 1/3 extra horse power available.Common sense.

As for the conversion from I.C.E. or internal combustion engine to electric. 3&1/2 horse ice is roughly equivalent to 1 horse electric, due to the way the power is figured. Internal combustion engines are rated at maximum output, where electric motors are rated at a constant output.
That is also a common factor used by electric boat people. And if you think that is wrong, then look at these big 30 ft. electric launches that only have a 5 horse electric motor on them.
If it was a diesel engine it would be a 15 or 20 horse.
It is also the same way with steam engines.It only takes a few horses. Different animals.

 

I praksis har erfaringen stemt for andre. En Nonsuch 30 har normalt en 27 hester motor. Bianka har 9kw. ikke helt en faktor på 3.5, men ganske nærme.

 

Mulig det er anderledes på skip, med riktig effekt på propell osv.

[Bårdp]

Det skal få være det største våset jeg noen sinne har hørt. Å fremsette noe slikt er helt på tryne.

 

 

 

Om en trenger 10 Kw på en propell for å oppnå en vis fart på en gitt båt blir det da det samme om energien kommer fra en elektromotor eller fra en dieselmotor.

 

det du sier er i praksis følgende. Om jeg produserer 10 kw med en generator og mater dette in på en elektromotor får jeg ut 35 kw. Dette bør du straks ta patent på eller du kan gå tilbake til folkeskolen og ta fysikktimene på nytt. 

 

 

 

Slikt vås er jo totalt ødeleggende for de av oss som er seriøst interessert i å få frem gode løsninger for batteridrift av båter.

 

[AJB]

Først og fremst takk for respons.

 

Jeg har ikke begynt å bygge enda, må finne et egnet sted å være. Men jeg har kommet frem til en skrogfasong som jeg tror passer mitt bruk og fyller mine behov. Det blir et forholdsvis lettdrevet skrog som ikke egner seg for planing. Teoretisk skroghastighet er ca. 8 knop. Etter mine beregninger trenger jeg 9,5 kW på propellen ved denne hastigheten. Ved 6 knop trenger jeg 7,2 kW, ved 5 knop 6 kW. 9,4 knop vil kreve over 11 kW, men den farten for motor vil aldri være aktuell. Så vi snakker om motorer som vil bli lavt utnyttet og gå på lave turtall.

Det ser ut til at de prosjektene en finner på nett så er det passe med elektromotor på 1 kW pr tonn for vanlige seil fritidsbåter av deplasementstypen.

Elektrisk motor kan passe for lave hastigheter, ut og inn av havner og havner med landstrøm. Jeg mistenker også at elektrisk drift kan være veldig fint på langtur. Men i dag kommer man ikke utenom det at elektrisk motor i båt pålegger båtlivet visse begrensninger, men det vil også være forskjellige interesser/preferanser som gjør elektrisk drift attraktivt. Akkurat det blir opp til den enkelte.

 

Jeg ønsker innspill fra dere alle for å sjekke ut pålitelighet/ulemper/sikkerhet ved ulike system. Er det noen som for eksempel kan si meg noe om motorkontrollere? Dette har jeg ikke studert nok, men kontrollere for BLDC virker mere innviklede/sårbare enn for DC. Må man ha med seg en ekstra kontroller når man er midt på havet? Kan det repareres underveis? Må man være elektro/data ingeniør?

Redigert 15.Januar.2016 av AJB (see edit history)

[Bårdp]

Er vel fornuftig å installere noe større motoranlegg en det en ser for seg å bruke til vanlig fremdrift. Litt ekstra kraft kan i mange tilfeller komme gott med under mannurering. Om du bruker standard industriutstyr er dette svært holdbart, det er nå snart 15 år siden jeg var med å levere de første motor og frekvensomformere til båt og de går fremdeles uten noen form for problemer. Og reparere på en frekvensomformer kan du vel se bort fra om du ikke innehar spesiell kompetanse. Men en omformer på 15 Kw veier ikke mer en 20 kg og koster ikke stort så da ville jeg heller tatt med en ekstra. Men det er vel like stor sannsynlig at motoren ryker eller batteripakke som at omformeren skal ryke.

[finnarne]

 

Jeg ønsker innspill fra dere alle for å sjekke ut pålitelighet/ulemper/sikkerhet ved ulike system. Er det noen som for eksempel kan si meg noe om motorkontrollere? Dette har jeg ikke studert nok, men kontrollere for BLDC virker mere innviklede/sårbare enn for DC. Må man ha med seg en ekstra kontroller når man er midt på havet? Kan det repareres underveis? Må man være elektro/data ingeniør?

 

Mener det er BLDC motor som jeg har. Men jeg har også seil. Jeg planlegger ikke å gå for motor midt ute på havet.

[Xtian]

Batteridrift i båter er egentlig veldig ineffektivt.[...]

 

Begrunnelse: 1l diesel inneholder ca 10kwh.[...]

 

Man kunne vel også nevnt sånn i forbifarten at ca. 7 dl av den literen vil gå til å varme opp kjølevann, mens resten (3 dl) går til drive propellen, men med batteridift går nesten alle kilowatt-timene til å drive propellen (fullt mulig med 90% eller mer).  Sånn sett vil jeg si at batteridrift er særdeles (energi-)effektivt.  Spørsmålet er hvor mye batterier du trenger.  Og det kommer vel an på hvilken rekkevidde man trenger for motor og hvilken marsfart man godtar for å oppnå denne rekkevidden.

 

Jeg tipper 6 knop er en grei marsfart, og da trengte AJB 7.2kW, skrev han.  Det vil si at energibehovet er 7.2kW/(6nm/time) = 1.2 kWh/nm.  Ta hensyn til en virkningsgrad på 80% for å ta litt i, så blir behovet 1.5 kWh/nm.  Energitettheten på komersiellt tilgjengelige battericeller ligger på opptil 220 Wh/kg, så med 170 kg batterier skulle du rekke omtrent 25 nm i stille vær, nok til å få manøvrert deg ut og inn av havn, samt komme frem til dagens mål om vinden skulle utebli.  En elmoter som du kan få 10 kW kontinuerlig ut av uten at den går varm samt kontroller til denne skulle ikke veie stort, så hele systemet skulle du vel kunne få på plass uten at det veier så mye mer enn 200 kg, og det er vel omtrent det en dieselmotor med full dieseltank veier i en typisk 30-foter?

 

Flott tenkt med elektrisk drift, men med dagens batteriteknologi så bare utgår det pga pris, tyngde, størrelse og rekkevidde.

 

Unntaket er om du kun skal inn ut av havn og aldri skal noe sted for motordrift.

 

Pris er et ankepunkt. Rekkevidde og tyngde et annet hvis du skal veldig langt og vil komme dit fort.  Dessuten er vel ladekapasiteten i havnene en begrensning.  Men til bruk en seilbåt med mitt bruksmønster vil et batteri-elektrisk system med dagens teknologi være fullt ut tilstrekkelig, om enn litt for dyrt.

 

Christian 8-)

[pacuare]

Veldig morsomt prosjekt. Skriv gjerne mer. Anngående størrelse på motor trenger en nesten ingenting for å gå i 6 knop i vindstille. Men blåser det 20 m/s og er bølger, du ligger i en dårlig havn og været skal bli dårligere. Du må flytte. Da trenger en 4 ganger så mye kraft som å holde 6 knop i flatt vann. Og en trenger det i 30 minutter. Så for en langtursbåt er løsningen med liten el motor veldig dårlig, for en godværseiler i indre oslofjord kan en spare mye på å satse på at det ikke blir dårlig vær.

 

Jeg ville kjøpt en ferdig båt, blir mye billigere enn å bygge selv hvis du ikke har mye tid og kunnskap. Men jeg har tegnet mange båter, og har drømt om å bygge selv.

[Bårdp]

Vil tro du klarer deg fint med en 15 Kw motor. En 4 polet slik fra for eksempel ABB M3AA 160 MLB4 veier ca 125 Kg og koster ca 12.000,- x/moms i IP56. Tilhørende frekvensomformer veier ca 20 kg og koster ca 14.000,- x/moms. Men en slik motor vil trenge noen form for reduksjonsgir da den nominelt går med 1500 RPM. En kan jo selvsagt gå for en motor med flere poler de gir lavere turtall men blir tyngre, dyrere og langt mer ukurant om en gang skulle trenge en ny motor et eller annet sted i verden.

Men vil vel tro den største utfordringen blir å finne en bra batteripakke.

[grawis]

Er det noe i veien for å legge solceller utover hele dekket? Tenker det fort kunne sett litt kult ut også...

[Guest Avmønstret#]

Veldig morsomt prosjekt. Skriv gjerne mer. Anngående størrelse på motor trenger en nesten ingenting for å gå i 6 knop i vindstille. Men blåser det 20 m/s og er bølger, du ligger i en dårlig havn og været skal bli dårligere. Du må flytte. Da trenger en 4 ganger så mye kraft som å holde 6 knop i flatt vann. Og en trenger det i 30 minutter. 

 

 

Om jeg noengang skulle komme til å eie en båt med el-motor som hovedmotor ville jeg nok hatt en påhengs og bensin på lur til nødsituasjoner. Med seil, el-motor og påhengs bør en vel strengt tatt ha rimelig kontroll i de fleste situasjoner. 

[klk]

Truckbatterier. Støpe plass til de i kjølen, (hvor det likevel skal være mye bly).

[electrostunt]

Jeg liker jo ideen om elektrisk fremdrift i seilbåt, og har selv hatt det på en IF. Jeg brukte da en elektrisk påhengs pga komplikasjonen med innenbordsinstallasjon i en langkjølet båt.

Mine batterier var Nicad fra en Think. Dette var bra batterier, bedre enn bly.

 

Min erfaring er dette:

Det positive:

Fantastisk å bare gli inn/ut av havn uten støy. Og så lenge det er strøm tilgjengelig så er det aldri startproblemer med motoren, som en kan ha med påhengsmotor. Fremdriften er stille!

 

Det som ikke er så bra:

Å bruke båten til lengre turer i uthavn og ha vindstille på søndagen når en skal hjem igjen. Og dårlig vær, men merk at jeg hadde påhengs.

 

Å lade opp driftsbatteriene med solcelle er en god tanke, men du trenger veldig mange paneler for at dette skal gi avkastning. Det er rett og slett veldig dyrt å gjøre. Vindmølle er mer effektivt men du må da ha en del vind for å stappe Ah inn på batteripakken igjen.

Lager en et energibudsjett som er realistisk så ser en at ladetiden for å fylle opp igjen uten landstrøm eller generator er vesentlig.

Og å lage seg et system på en seilbåt som begrenser bruken der ideen er å være "fri", så blir det rett og slett noen skritt bakover i forhold til grunntanken.

 

Og å kjøre generator på vei hjem for å drive elmotoren er mindre effektivt og mer støyende. Kona mi  har for min del satt ned forbud for elmotor i seilbåten på grunn av dette.

 

Og så noen faktorer til; motoren er i en båt en av sikkerhetsfunksjonene man har. Det kan oppstå forhold som kan gjøre det nødvendig for sikkerheten å kjøre på motor, og da må en kunne gjøre det uten fare for gå tom for strøm etter kort tid.

Uvær/ulykke kan komme brått på og fremtvinge en situasjon som krever motordrift, og det i skroghastighet. Ikke på halv fart og med motstrøm som gjør at man egentlig ikke kommer så fort frem i det hele tatt.

Min diesel bruker 1l/time på marsj 5.5knop, og selv med min beskjedne tank på 60liter kan den marsje i over 2 dager.

Samt til slutt; elektrisitet + saltvann er dårlig kombo om det skulle komme en lekkasje. Dieselmotoren krever kun at luftinntaket er over vann ellers driter den i saltvann for å kunne gå. Det er også båter som er reddet ved at en kobler om kjølevannsinntaket til å ta vann fra kjøsvinet som en nødløsning. Dette funker ganske bra for vannpumpa i dieselen har god kapasitet og kan da lense mens motoren går.

 

Dette er mine tanker da :)

[AJB]

Har sett etter aktuelle motorer og motorkontrollere.

 

Motorer

Det finnes utallige varianter av motorer og motorstyringer. De vanligste motortypene for lystbåter er vekselstrøm (AC) synkron/asynkron og likestrøm (DC) med eller uten børster (BLDC). BLDC blir det samme som en AC synkronmotor.

1. DC motor med børster:
   1. rotor har viklinger
   2. lager kanskje litt mere lyd
   3. børsteskifte er enkelt og normalt relativt sjeldent
   4. vanligvis en åpen luftkjølt motor
   5. kan kjøres direkte på batteri
   6. enklere motorstyring
   7. eksempel

 

1. BLDC/AC synkron motor:
   1. rotor har permanentmagneter
   2. viklinger i stator (fast del, utvendig), som AC motor
   3. må ha vekslende faser på stator for å fungere
   4. stator reguleres med en inverter
   5. eksempel

 

1. AC 3-fase induksjonsmotor (asynkron):
   1. rotor har viklinger som er kortsluttet, magnetfelt i stator induseres ved rotasjon
   2. viklinger i stator (fast del, utvendig)
   3. rotor oppvarmes
   4. større vekt
   5. mere komplisert motorstyring
   6. kan gå direkte på vekselstrøm
   7. eksempel

 

Motorstyring

Alle motortypene trenger motorstyring for å fungere effektivt og det må være tilpasset hvert enkeltsystem.

For DC motorer reguleres spenningen med en kuttefunksjon, regenerering blir DC tilbake.

Både BLDC og AC synkronmotorer bruker 3-fase modulerende inverter.

AC motorstyring er visstnok dyrest og mest komplisert, regenerering må likerettes før mating tilbake på batteribank.

 

En 10 kW motor med motorstyring kan veie fra 20 kg og koster fra 20 000.-

 

Avhengig av bruksmåte og lademuligheter så burde et elektrisk fremdriftssystem være konkurransedyktig i tradisjonelle sjekter og mindre seilbåter siden de vil ha  relativt små batteribanker.

 

I litt større båter (+/- 30 fot seil) begynner rekkeviddeangsten å merkes. Dette kan f.eks. løses med en mobil generator eller at man blir en mere aktiv seiler. Nå begynner kostnadene ved brukbare batteribanker å bli vesentlige.

 

Er båten din så stor at du likevel trenger en generator ombord? Hva med en hybridløsning, skifte ut dieselen med en generator som lader en batteribank som så sørger for energi til fremdrift og annet ombord? Generatoren vil bare gå når det er behov, automatisk på og av, mer miljøvennlig siden den går med jevn belastning da den bare lader batteribanken. Totalt effektbehov kan reduseres fordi batteri og generator kan samarbeide i situasjoner hvor det er toppforbruk. For en seilbåt på langtur med muligheter for regenerering underveis og forhåpentligvis mye sol kan generatordriften reduseres.

 

Pakke med 8,5 kW motor, 9 kW generator og 215 Ah batterier finnes fra 200 000.-

 

Drivlinjen virker uproblematisk. Valget av motorstørrelse likeså, siden bruksmønster er vel så vesentlig som teoretisk energibehov.

 

Batteribanken derimot, og et styresystem som kan ta hånd om alle forskjellige måter å lade på, samtidig som forbruket varierer.

 

Kan man for eksempel skifte batteritype etter hvert som økonomi, behov og utvikling forandrer seg?