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、リチウムイオン電池への注目が高まっている。電気自動車は10年以上前から注目を集めているが、海洋環境における電気エネルギー貯蔵システムの可能性は見過ごされてきた。しかし、近年、様々な船舶用途におけるリチウムイオン電池の貯蔵利用と充電プロトコルの最適化に焦点を当てた研究が急増している。特に、リチウムイオンリン酸鉄系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、そして船舶推進システムの厳しい要件の下での長いサイクル寿命といった特長から、非常に魅力的である。
蓄電池としてのリチウム電池の普及が進むにつれ、安全性を確保するための規制の導入も加速しています。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必要があります。
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につれ、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普及しつつある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で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、さまざまな用途に使用できます。
船舶用エネルギー貯蔵システムで最も一般的なのはリチウムイオン電池です。これは、エネルギー密度が高く、信頼性と安全性に優れているためです。リチウムイオン電池は、さまざまな船舶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。
船舶用エネルギー貯蔵システムの主な利点の1つは、ディーゼル発電機を代替できることです。リチウムイオン電池を利用することで、これらのシステムはさまざまな用途に信頼性が高く持続可能な電源を提供できます。これには、船舶の補助電源、照明、その他の電気ニーズが含まれます。これらの用途に加えて、船舶用エネルギー貯蔵システムは電気推進システムの動力源としても使用でき、従来のディーゼルエンジンに代わる有力な選択肢となります。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。
総じて、海洋エネルギー貯蔵システムは、海洋産業におけるより持続可能で環境に優しい未来への移行において重要な要素である。
リチウム電池の利点
ディーゼル発電機と比較して、蓄電池を使用する最も明白な利点の1つは、有害物質や温室効果ガスの排出がないことです。太陽光パネルや風力タービンなどのクリーンエネルギー源で充電すれば、100%クリーンエネルギーを構成できます。また、部品点数が少ないため、メンテナンスコストも低く抑えられます。さらに、騒音も非常に少ないため、住宅地や人口密集地の近くでのドッキングに最適です。
蓄電池として使用できるのはリチウムイオン電池だけではありません。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。容量劣化を考慮しても、長期的な用途では二次電池の方が経済的に有利です。当初は鉛蓄電池が使用されていましたが、蓄電池としてのリチウムイオン電池は比較的新しいタイプの電池と考えられています。しかし、研究により、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、寿命も長いことが分かっており、長距離用途や高負荷・高速動作が求められる用途に適していることが示されています。
こうした利点にもかかわらず、研究者たちは決して現状に満足することなく、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た数多くの設計や研究を行ってきた。これには、電極用の新しい化学組成や、火災や熱暴走を防ぐための改良された電解質などが含まれる。
リチウム電池の選定
船舶用蓄電池システム向けに蓄電池を選定する際には、考慮すべき特性が複数あります。容量は、船舶用エネルギー貯蔵用電池を選定する際に考慮すべき重要な仕様です。容量は、蓄えられるエネルギー量、ひいては充電前に生成できる仕事量を決定づけます。これは、推進用途における基本的な設計パラメータであり、容量によって船舶の航行距離が決まります。スペースが限られていることが多い船舶環境では、エネルギー密度の高い電池を見つけることが重要です。エネルギー密度の高い電池は、よりコンパクトで軽量であるため、スペースと重量が貴重な船舶では特に重要です。
船舶用エネルギー貯蔵システム向けリチウムイオン蓄電池を選定する際には、電圧と電流の定格値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、バッテリー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において特に重要です。
海洋での使用を想定して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、高湿度、極端な温度にさらされます。海洋用に設計された蓄電池（リチウムイオン電池）は、通常、防水性や耐腐食性を備えているだけでなく、耐振動性や耐衝撃性などの機能も備えており、厳しい条件下でも信頼性の高い性能を発揮します。
火災安全対策も非常に重要です。船舶用途では、バッテリーを収納できるスペースが限られているため、火災が延焼すると有毒ガスが発生し、高額な損害につながる可能性があります。延焼を抑えるための設置対策を講じることができます。中国のリチウムイオン電池メーカーであるRoyPow社は、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ている例です。これらの消火器は、電気信号または熱線を燃焼させることで作動します。これにより、エアロゾル発生器が作動し、酸化還元反応によって冷却剤を化学的に分解し、火災が延焼する前に迅速に消火します。この方法は迅速な対応に最適で、船舶用蓄電池のような狭いスペースでの用途に非常に適しています。
安全および要件
海洋用途における蓄電池リチウム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保するためには安全性を最優先事項とする必要があります。リチウム電池は、特に海水にさらされ高湿度となる過酷な海洋環境では、適切に取り扱わないと熱暴走や火災の危険性があります。こうした懸念に対処するため、ISO規格と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定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リチウム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、船舶をはじめとする各種車両の電気・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ています。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に設計されなければならないと規定されています。ISO規格への準拠は任意ですが、これらのガイドラインに従うことで、バッテリーシステムの安全性、効率性、および長寿命化が促進されます。
まとめ
蓄電池としてのリチウムイオン電池は、高いエネルギー密度と過酷な条件下での長寿命性から、海洋用途における有力なエネルギー貯蔵ソリューションとして急速に台頭しています。これらの電池は汎用性が高く、電気ボートの動力源から航行システムのバックアップ電源まで、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、深海探査やその他の過酷な環境を含む、用途の範囲が拡大しています。海洋産業における蓄電池の採用は、温室効果ガス排出量の削減と、物流および輸送の革新につながると期待されています。
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