序文
世界がより環境に優しいエネルギーソリューションへと移行するにつれ、リチウム電池への注目が高まっています。電気自動車は10年以上前から注目を集めていますが、海洋における電力貯蔵システムの可能性は見過ごされてきました。しかしながら、船舶の様々な用途における蓄電池の最適化と充電プロトコルに関する研究が急増しています。特に、リン酸リチウムイオンディープサイクル電池は、高いエネルギー密度、優れた化学的安定性、そして厳しい海洋推進システムの要件下でも長寿命であることから、特に魅力的です。
蓄電池用リチウム電池の設置が進むにつれ、安全性を確保するための規制の導入も進んでいます。ISO/TS 23625は、電池の選定、設置、安全性に焦点を当てた規制の一つです。リチウム電池の使用においては、特に火災の危険性に関して、安全性が最優先事項であることに留意することが重要です。
海洋エネルギー貯蔵システム
世界がより持続可能で環境に優しい未来へと向かう中、海洋エネルギー貯蔵システムは海洋産業においてますます人気のソリューションとなっています。その名の通り、これらのシステムは海洋環境にエネルギーを貯蔵するように設計されており、船舶の推進から緊急時のバックアップ電源供給まで、様々な用途に使用できます。
海洋エネルギー貯蔵システムとして最も一般的なのは、高いエネルギー密度、信頼性、安全性を備えたリチウムイオン電池です。リチウムイオン電池は、様々な海洋用途の特定の電力要件に合わせてカスタマイズすることも可能です。
海洋エネルギー貯蔵システムの主な利点の一つは、ディーゼル発電機の代替となることです。リチウムイオン電池を活用することで、これらのシステムは様々な用途において、信頼性が高く持続可能な電源を提供できます。これには、補助電源、照明、船舶におけるその他の電気需要が含まれます。これらの用途に加えて、海洋エネルギー貯蔵システムは電気推進システムへの電力供給にも使用できるため、従来のディーゼルエンジンの代替として有効です。特に、比較的限られた海域で運航する小型船舶に適しています。
全体として、海洋エネルギー貯蔵システムは、海洋産業においてより持続可能で環境に優しい未来への移行の重要な要素となります。
リチウム電池の利点
ディーゼル発電機と比較して、蓄電池にリチウム電池を使用する最も明白な利点の一つは、有毒ガスや温室効果ガスを排出しないことです。太陽光パネルや風力タービンなどのクリーンなエネルギー源で充電すれば、100%クリーンエネルギーを実現できます。また、部品数が少ないため、メンテナンス費用も低くなります。騒音も大幅に少ないため、住宅地や人口密集地付近のドッキングに最適です。
蓄電池は、蓄電池以外にも様々な種類の電池が使用可能です。実際、船舶用バッテリーシステムは、一次電池（再充電不可）と二次電池（連続充電可能）に分けられます。後者は、容量劣化を考慮しても、長期的な使用においては経済的に有利です。当初は鉛蓄電池が使用されていましたが、蓄電池であるリチウム電池は新興の電池と考えられています。しかし、研究により、リチウム電池はエネルギー密度が高く寿命が長いことが示されており、長距離用途、高負荷・高速回転が求められる用途に適しています。
これらの利点にもかかわらず、研究者たちは油断していません。長年にわたり、海洋用途におけるリチウム蓄電池の性能向上を目指し、数多くの設計と研究が行われてきました。これには、火災や熱暴走を防ぐための電極や改良された電解質のための新しい化学ブレンドの開発も含まれます。
リチウム電池の選択
船舶用蓄電リチウム電池システム用の蓄電リチウム電池を選択する際には、考慮すべき特性が複数あります。中でも容量は、船舶用エネルギー貯蔵用バッテリーを選択する際に考慮すべき重要な仕様です。容量は、バッテリーが貯蔵できるエネルギー量、ひいては再充電前に生産できる作業量を決定します。これは、容量が船舶の航続距離を左右する推進用途において、基本的な設計パラメータです。船舶ではスペースが限られていることが多いため、高エネルギー密度のバッテリーを選ぶことが重要です。エネルギー密度の高いバッテリーはよりコンパクトで軽量であるため、スペースと重量が重要となる船舶では特に重要です。
海洋エネルギー貯蔵システム用の蓄電用リチウム電池を選定する際には、電圧と電流の定格も重要な仕様として考慮する必要があります。これらの仕様は、電池の充放電速度を決定するものであり、電力需要が急激に変動する用途では重要です。
海洋用途向けに特別に設計されたバッテリーを選ぶことが重要です。海洋環境は過酷で、海水、湿気、極端な温度にさらされます。海洋用途向けに設計された蓄電池は、通常、防水性と耐腐食性に加え、耐振動性や耐衝撃性などの機能を備えており、過酷な環境でも信頼性の高い性能を発揮します。
火災安全性も非常に重要です。船舶用途では、バッテリー保管スペースが限られており、火災が拡大すると有毒ガスの放出や多額の損害につながる可能性があります。設置による延焼防止策を講じることが可能です。中国のリチウムイオン電池製造会社であるRoyPowは、バッテリーパックのフレームに内蔵型マイクロ消火器を設置した事例の一つです。これらの消火器は、電気信号またはサーマルラインの燃焼によって作動します。作動するとエアロゾル発生器が作動し、冷却剤を酸化還元反応によって化学的に分解し、拡散させることで延焼を防止します。この方法は迅速な対応に適しており、船舶用リチウム電池のような狭いスペースでの用途に最適です。
安全性と要件
海洋用途における蓄電池（リチウム蓄電池）の使用は増加傾向にありますが、適切な設計と設置を確実に行うためには、安全性を最優先に考える必要があります。リチウム電池は、特に海水への曝露や高湿度といった過酷な海洋環境において、適切に取り扱われなければ熱暴走や火災の危険にさらされる可能性があります。こうした懸念に対処するため、ISO規格や規制が制定されています。その一つがISO/TS 23625で、海洋用途におけるリチウム電池の選択と設置に関するガイドラインを提供しています。この規格では、電池の耐久性と安全な動作を確保するために、電池の設計、設置、保守、監視に関する要件を規定しています。さらに、ISO 19848-1では、海洋用途における蓄電池を含む電池の試験と性能に関するガイダンスを提供しています。
ISO 26262は、船舶やその他の車両における電気・電子システムの機能安全においても重要な役割を果たします。この規格では、バッテリー管理システム（BMS）は、バッテリー残量が少なくなった際にオペレーターに視覚的または聴覚的な警告を発するよう設計する必要があることなど、様々な安全要件を定めています。ISO規格への準拠は任意ですが、これらのガイドラインを遵守することで、バッテリーシステムの安全性、効率性、そして長寿命化が促進されます。
まとめ
蓄電池であるリチウム電池は、高いエネルギー密度と過酷な条件下での長寿命により、海洋用途におけるエネルギー貯蔵ソリューションとして急速に注目を集めています。これらの電池は汎用性が高く、電動ボートの動力源から航行システムへのバックアップ電源供給まで、幅広い海洋用途に使用できます。さらに、新しい電池システムの継続的な開発により、深海探査などの過酷な環境下でも利用可能な範囲が拡大しています。海洋産業における蓄電池の導入は、温室効果ガスの排出量を削減し、物流と輸送に革命をもたらすことが期待されています。
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