Framsteg inom batteriteknik för marina energilagringssystem

Förord

I takt med att världen går mot grönare energilösningar har litiumbatterier fått ökad uppmärksamhet. Medan elfordon har varit i rampljuset i över ett decennium har potentialen hos lagringssystem för elektrisk energi i marina miljöer förbiseddes. Det har dock skett en ökning av forskning som fokuserar på att optimera användningen av litiumbatterier och laddningsprotokoll för olika båttillämpningar. Litiumjonfosfat-djupcykelbatterier är i detta fall särskilt attraktiva på grund av deras höga energitäthet, goda kemiska stabilitet och förlängda livslängd under de stränga kraven för marina framdrivningssystem.

I takt med att installationen av litiumbatterier ökar, ökar även implementeringen av föreskrifter för att garantera säkerhet. ISO/TS 23625 är en sådan föreskrift som fokuserar på val, installation och säkerhet av batterier. Det är viktigt att notera att säkerhet är av största vikt när det gäller användningen av litiumbatterier, särskilt med tanke på brandrisker.

Marina energilagringssystem

Marina energilagringssystem blir en alltmer populär lösning inom marinindustrin i takt med att världen rör sig mot en mer hållbar och miljövänlig framtid. Som namnet antyder är dessa system utformade för att lagra energi i en marin miljö och kan användas för en mängd olika ändamål, från att driva fartyg och båtar till att tillhandahålla reservkraft i händelse av en nödsituation.

Den vanligaste typen av marint energilagringssystem är ett litiumjonbatteri, på grund av dess höga energitäthet, tillförlitlighet och säkerhet. Litiumjonbatterier kan också skräddarsys för att möta de specifika effektkraven för olika marina applikationer.

En av de viktigaste fördelarna med marina energilagringssystem är deras förmåga att ersätta dieselgeneratorer. Genom att använda litiumjonbatterier kan dessa system erbjuda en pålitlig och hållbar kraftkälla för en mängd olika tillämpningar. Detta inkluderar hjälpkraft, belysning och andra elektriska behov ombord på ett fartyg. Utöver dessa tillämpningar kan marina energilagringssystem också användas för att driva elektriska framdrivningssystem, vilket gör dem till ett gångbart alternativ till konventionella dieselmotorer. De är särskilt lämpade för mindre fartyg som opererar i ett relativt begränsat område.

Sammantaget är marina energilagringssystem en viktig del av övergången till en mer hållbar och miljövänlig framtid inom marinindustrin.

Fördelar med litiumbatterier

En av de mest uppenbara fördelarna med att använda litiumbatterier jämfört med dieselgeneratorer är avsaknaden av giftiga utsläpp och utsläpp av växthusgaser. Om batterierna laddas med rena källor som solpaneler eller vindkraftverk kan de ge 100 % ren energi. De är också billigare när det gäller underhåll med färre komponenter. De producerar mycket mindre buller, vilket gör dem idealiska för dockningssituationer nära bostads- eller tätbefolkade områden.

Litiumbatterier är inte den enda typen av batterier som kan användas. Marina batterisystem kan faktiskt delas in i primärbatterier (som inte kan laddas) och sekundärbatterier (som kan laddas kontinuerligt). Det senare är mer ekonomiskt fördelaktigt vid långvarig användning, även med tanke på kapacitetsförsämring. Blybatterier användes initialt, och litiumbatterier anses vara nya batterier. Forskning har dock visat att de ger högre energitätheter och längre livslängd, vilket innebär att de är bättre lämpade för långdistansapplikationer, hög belastning och höga hastighetskrav.

Trots dessa fördelar har forskare inte visat några tecken på självbelåtenhet. Under årens lopp har ett flertal designprojekt och studier fokuserat på att förbättra prestandan hos litiumbatterier för att förbättra deras marina tillämpningar. Detta inkluderar nya kemiska blandningar för elektroderna och modifierade elektrolyter för att skydda mot bränder och termiska rusningar.

Val av litiumbatteri

Det finns flera egenskaper att beakta när man väljer litiumbatterier för ett marint litiumbatterisystem. Kapacitet är en kritisk specifikation att beakta när man väljer ett batteri för marin energilagring. Det avgör hur mycket energi det kan lagra och därmed mängden arbete som kan produceras innan det laddas om. Detta är en grundläggande designparameter i framdrivningsapplikationer där kapaciteten dikterar körsträckan eller avståndet som båten kan färdas. I ett marint sammanhang, där utrymmet ofta är begränsat, är det viktigt att hitta ett batteri med hög energitäthet. Batterier med högre energitäthet är mer kompakta och lätta, vilket är särskilt viktigt på båtar där utrymme och vikt är begränsade.

Spänning och strömstyrka är också viktiga specifikationer att beakta när man väljer litiumbatterier för marina energilagringssystem. Dessa specifikationer avgör hur snabbt batteriet kan laddas och urladdas, vilket är viktigt för tillämpningar där effektbehovet kan variera snabbt.

Det är viktigt att välja ett batteri som är specifikt utformat för marint bruk. Marina miljöer är tuffa och utsätts för saltvatten, fuktighet och extrema temperaturer. Litiumbatterier som är utformade för marint bruk har vanligtvis vattentäthet och korrosionsbeständighet, samt andra funktioner som vibrationstålighet och stöttålighet för att säkerställa tillförlitlig prestanda under krävande förhållanden.

Brandsäkerhet är också avgörande. I marina tillämpningar finns det begränsat utrymme för batterilagring och brandspridning kan leda till utsläpp av giftiga ångor och kostsamma skador. Installationsåtgärder kan vidtas för att begränsa spridningen. RoyPow, ett kinesiskt litiumjonbatteritillverkningsföretag, är ett exempel där inbyggda mikrosläckare placeras i batteripaketets ram. Dessa släckare aktiveras antingen av en elektrisk signal eller genom att bränna den termiska ledningen. Detta aktiverar en aerosolgenerator som kemiskt bryter ner kylvätskan via en redoxreaktion och sprider den för att släcka branden snabbt innan den sprider sig. Denna metod är idealisk för snabba insatser och väl lämpad för tillämpningar i trånga utrymmen, som marina litiumjonbatterier.

Säkerhet och krav

Användningen av litiumbatterier för marina tillämpningar ökar, men säkerhet måste vara högsta prioritet för att säkerställa korrekt design och installation. Litiumbatterier är sårbara för termisk rusning och brandrisker om de inte hanteras korrekt, särskilt i den hårda marina miljön med saltvattenexponering och hög luftfuktighet. För att hantera dessa problem har ISO-standarder och föreskrifter fastställts. En av dessa standarder är ISO/TS 23625, som ger riktlinjer för val och installation av litiumbatterier i marina tillämpningar. Denna standard specificerar kraven för batteridesign, installation, underhåll och övervakning för att säkerställa batteriets hållbarhet och säkra drift. Dessutom ger ISO 19848-1 vägledning om testning och prestanda hos batterier, inklusive litiumbatterier, i marina tillämpningar.

ISO 26262 spelar också en viktig roll för funktionssäkerheten hos elektriska och elektroniska system i fartyg, såväl som andra fordon. Denna standard föreskriver att batterihanteringssystemet (BMS) måste vara utformat för att ge visuella eller hörbara varningar till operatören när batteriet är lågt, bland andra säkerhetskrav. Även om efterlevnaden av ISO-standarder är frivillig, främjar efterlevnaden av dessa riktlinjer säkerhet, effektivitet och livslängd hos batterisystemen.

Sammanfattning

Litiumbatterier blir snabbt en föredragen energilagringslösning för marina tillämpningar tack vare deras höga energitäthet och förlängda livslängd under krävande förhållanden. Dessa batterier är mångsidiga och kan användas för en rad olika marina tillämpningar, från att driva elbåtar till att tillhandahålla reservkraft för navigationssystem. Dessutom utökar den kontinuerliga utvecklingen av nya batterisystem utbudet av möjliga tillämpningar till att omfatta djuphavsutforskning och andra utmanande miljöer. Införandet av litiumbatterier inom marinindustrin förväntas minska utsläppen av växthusgaser och revolutionera logistik och transport.