目前海上和運營中的電動船只和船舶的確切總數可能沒有，但市場涵蓋了100多家制造商和數千艘單船。

受國家和國際法規以及減少化石燃料直接使用的愿望推動，電動船只數量迅速增長，預計到2027年市場價值將超過200億美元。如今大多數電動船是小型休閑船，盡管較大的電動或混合動力拖船、渡輪和船只正日益普及。

隨著電動推進在全球勢頭的增強，從自主水面船到混合動力渡輪再到電動港口船只，海上平臺正迅速推動更高的功率密度和更緊湊的封裝。但與陸基電動汽車（EV）已經面臨振動、熱應力和電磁復雜性不同，船用電動車系統面臨著更嚴酷且更不可預測的環境：富含鹽分的空氣、導電噴霧、持續的濕度以及跨越多個國際司法管轄區的監管體系。

讓電動汽車電路更密，現在既是工程上的必要，也是合規挑戰。運營商希望航程更長、載重更長、運行更安靜，排放更少。造船廠希望系統安裝和維護簡便。設計師希望在提高可靠性的同時，最大限度地減少占地面積。

此外，監管機構——從美國船級局（ABS）和挪威真理分會（Det Norske Veritas，DNV）這兩家領先的船級社制定船舶安全、質量和環境性能的技術標準，到勞氏船級社（Lloyd's Register）、國際電氣委員會（IEC）和國際標準（IEC）——都在收緊安全、電隔離、熱性能和環境穩健性等要求。

涉及電池的熱失控控制問題有哪些？

海運電動車負擔不起笨重的熱失控障礙。緊湊型電池架模塊間距可能只有毫米，增加了傳播風險——在緊湊陣列中失控事件可能傳播更快。這也帶來了通風設計上的挑戰，因為排氣通道必須短、受控且安全，尤其是在有乘員或乘客的地方。

此外，冷卻環路受到限制，因為海洋系統必須同時適應冷海水和暖機艙空間。因此，熱交換器需要耐腐蝕板和泵。

海事電池安裝必須遵守：

• IEC 62619：工業鋰電池的安全要求

• IEC 60092-301/502：船舶電氣安裝，包括易燃性和絕緣要求

• DNV和ABS規則涵蓋滅火、圍欄設計、氣體檢測和分區

在增加模塊密度的同時滿足這些標準，需要精確控制間隙、堅固的噴涂，并消除電相容的金屬。

如何應對鹽霧影響及電氣間隙 / 爬電距離壓縮問題？

高密度電力電子設備——直流-直流轉換器、牽引逆變器、車載充電器——通常是鹽空氣暴露的首批受害者。隨著設計師推動更小的柵極驅動器、更密集的MOSFET/IGBTs/SiC模塊以及緊湊的層壓母線結構，爬行和間隙距離逐漸縮小到陸基電動車標準允許的邊界。

但鹽改變了數學。鹽霧在表面形成導電膜，減少有效蠕變（見圖）。水分進入增加介電常數并加速部分放電。特別是，細距連接器在鹽結晶時可能成為失效點。

圖表展示了不同溫度和初始濃度下水中潛在鹽濃度的變化。鹽霧是此類溶液的產物，可能會在各種設備內或設備上留下鹽殘留，影響爬行。

受限潮濕隔間的熱管理

冷卻系統現在必須集成防腐蝕冷板、介電液體或海水熱交換器，同時高密度動力級會產生陡峭的熱梯度，且在海洋設施中尤為常見。

例如，由于潮濕且封閉的艙室，對環境空氣的熱量排斥能力較差。冷凝水也可能在冷板或外殼上形成，需要保溫或主動除濕。此外，當需要額外屏蔽時，EMC濾波器會變大，抵消了為了縮小體積而采取的努力。

切換設備與封裝挑戰

碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）器件實現了緊湊且高頻的設計。然而，其包裝必須承受持續振動和船體彎曲、鉛架和粘合線的劇烈腐蝕、船舶中常見的長纜索瞬態，以及與周圍金屬結構的電相互作用。

簡而言之，海事環境常迫使設計師采用堅固的模壓模塊，配備加固外殼。這降低了下一代半導體帶來的理論密度增益。

監管框架

除了純工程考慮外，電力轉換系統還必須符合以下條件：

• IEC 60092-201/501：船舶中的電力分配與電氣設備

• ISO 16315：海洋設備的環境要求

• EMC標準（IEC 60533）：由于大型金屬殼體作為共振腔體，要求更嚴格

因此，實現高密度海事電力電子產品的路徑緊密依賴于絕緣堅固性、貼合涂層和分級密封策略（IP67/IP69K并具備鹽霧認證）。

電動機和驅動如何抵抗海水和機械磨損？

用于船用電動車的電動機，無論是永磁同步機還是高密度感應裝置，都運行在水線附近或甲板下，這些區域的水分和鹽分濃度最高。

主要問題包括鋁殼體、轉子套筒和不銹鋼緊固件的電化學侵蝕，鹽霧進入端鐘或定子繞組，加速絕緣老化，以及因持續濺濺而導致軸密封退化。

試圖實現緊湊設計會減少空間給迷宮密封、干燥劑通道和通常用于管理潮濕空氣進入的壓力平衡系統。

熱密度與散熱選項

電機設計師希望有高槽隙填充、高磁通密度和最小的框架體積。但由于通風選擇有限且聲學環境受控（尤其是在客船中），強制冷卻變得困難。

因此，海事電機通常需要帶有耐腐蝕通道的液冷套套、封閉繞組以阻擋水分，以及帶有密封連接器的嵌入式溫度傳感器。

然而，這些保護措施會占用空間，使得系統更緊湊的努力變得復雜。

監管環境

電機和驅動器必須符合ABS或DNV的旋轉電機規則。它們通常要求增強的侵入防護（IP）等級（IP56–IP68）、濕潤/鹽度大氣絕緣系統的認證，以及根據IEC 60092-504和ISO 20311進行振動測試。

自然，高密度電機設計必須配合同樣堅固的密封和監控策略。在海洋環境中，電動機和驅動的有效密封和保護主要依賴于堅固的外殼、耐腐蝕材料以及能阻擋鹽水和污染物的高性能密封件。

除了IP，還可以考慮NEMA 4X外殼，以抵御高壓噴霧、浸沒和腐蝕環境。對于旋轉軸，使用迷宮密封、磁流體密封或PTFE旋轉密封，以實現低摩擦和高速耐久性。用高品質的O型圈和密封密封，密封由硅膠或氟聚合物彈性體制成的O型圈和墊圈。對于關鍵穿透點，如螺旋槳軸組件，可能需要使用多重唇密封和油充氣的頭部罐以提供潤滑和額外保護。

在惡劣環境中，完全密封電機能防止所有濕氣和污染物進入，樹脂浸漬（“超密封”）繞組則能提供防潮性和提升傳熱效果。

輔助電子設備如何同時滿足密度和堅固性的要求？

雖然電池、電力電子設備和電機承擔推進負載，但現代海事電動汽車依賴于密集的傳感器、控制器和通信設備網絡，這些設備必須在腐蝕環境中保持功能。

傳感器集成與冗余

緊湊型傳感器陣列——IMU、GNSS單元、雷達處理器、壓力傳感器、熱成像相機——會面臨連接器和外殼腐蝕、光學元件冷凝，甚至細距板上的鹽橋問題。

密度增加意味著更多組件共享外殼，增加熱負荷，并增加鹽分或濕氣交叉污染的風險。

導航、安全與通信電子

自動駕駛和電氣化正在融合，使導航系統計算量和熱量都更加高。多核處理器和射頻模塊的密集電路板必須屏蔽鹽和推進電機的強磁場。

船用電動車依賴冗余通信網絡，如CAN、以太網、光纖、NMEA 2000和無線鏈路。更高的密度意味著電力和數據電纜布線更緊密，增加了對電干擾、鹽分誘發泄漏和錯誤信號以及金屬隔間內潛在電磁耦合的敏感性。

監管要求

控制和導航電子設備包括：

• IEC 60945：海事導航與無線電通信設備

• IEC 60092-504：船舶應用的控制工程

• 軍用級選項（如適用）：MIL-STD-810，用于振動、潮濕和鹽霧

在實現系統微型化的同時滿足這些標準，需要混合環境屏障：貼合涂層、封裝劑、密封電纜密封、濕度控制外殼，甚至可能具備容錯的網絡架構。

海洋密度如何促成統一的設計理念

密集的海運電動車電路面臨的核心挑戰是雙重：提高能源和功能密度，同時提升環境穩健性。實現這兩者都需要分層的方法：

• 材料工程：電相容金屬、陶瓷填充封槽和多級貼合涂層。

• 機械屏障：雙重密封殼體、犧牲陽極、壓力平衡閥、IP67/68防護罩。

• 電氣設計：比陸地電動車有更大的爬行余距，冗余隔離，以及精心管理的接地平面。

• 熱管理：液冷循環、耐鹽熱交換器和濕度控制模塊。

• 監管對齊：與船級社及早合作，避免重設計周期。

在海事領域，密度不能以壽命為代價。電動船必須經受數十年的暴露，而陸地電動車則不太可能做到這一點。