Framsteg inom batteriteknik för marina energilagringssystem

Förord

När världen går mot grönare energilösningar har litiumbatterier fått ökad uppmärksamhet. Medan elfordon har varit i rampljuset i över ett decennium, har potentialen för lagring av elektrisk energi i marina miljöer förbisetts. Det har dock skett en ökning av forskning som fokuserar på att optimera användningen av lagringslitiumbatterier och laddningsprotokoll för olika båtapplikationer. Litiumjonfosfat-djupcykelbatterier i detta fall är särskilt attraktiva på grund av deras höga energitätheter, goda kemiska stabilitet och förlängda cykellivslängd under de stränga kraven för marina framdrivningssystem

I takt med att installationen av lagringslitiumbatterier tar fart, ökar även implementeringen av bestämmelser för att garantera säkerheten. ISO/TS 23625 är en sådan förordning som fokuserar på batterival, installation och säkerhet. Det är viktigt att notera att säkerheten är av största vikt när det gäller användningen av litiumbatterier, särskilt när det gäller brandrisker.

Marina energilagringssystem

System för lagring av marina energi blir en allt mer populär lösning inom den marina industrin i takt med att världen går 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 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 strömkälla för en mängd olika applikationer. Detta inkluderar hjälpkraft, belysning och andra elektriska behov ombord på ett fartyg eller fartyg. Utöver dessa applikationer kan marina energilagringssystem också användas för att driva elektriska framdrivningssystem, vilket gör dem till ett lönsamt alternativ till konventionella dieselmotorer. De är särskilt lämpade för mindre fartyg som trafikerar ett relativt begränsat område.

Sammantaget är marina energilagringssystem en nyckelkomponent i övergången till en mer hållbar och miljövänlig framtid inom den marina industrin.

Fördelar med litiumbatterier

En av de mest uppenbara fördelarna med att använda lagringslitiumbatterier jämfört med dieselgeneratorer är bristen på giftiga utsläpp och växthusgaser. Om batterierna laddas med rena källor som solpaneler eller vindkraftverk kan det utgöra en 100 % ren energi. De är också mindre kostsamma när det gäller underhåll med färre komponenter. De producerar mycket mindre buller, vilket gör dem idealiska för dockningssituationer nära bostadsområden eller befolkade områden.

Förvaring Litiumbatterier är inte den enda typen av batterier som kan användas. I själva verket kan marina batterisystem delas in i primärbatterier (som inte kan laddas) och sekundära batterier (som kan laddas kontinuerligt). Det senare är mer ekonomiskt fördelaktigt i en långtidsapplikation, även när man överväger kapacitetsförsämring. Blysyrabatterier användes till en början, och lagringslitiumbatterier anses vara nyblivna batterier. Forskning har dock visat att de ger högre energitätheter och förlängd livslängd, vilket innebär att de är bättre lämpade för långdistansapplikationer och krav på hög belastning och hög hastighet.

Oavsett dessa fördelar har forskare inte visat några tecken på självgodhet. Under åren har många konstruktioner och studier fokuserat på att förbättra prestandan hos lagringslitiumbatterier för att förbättra deras marina tillämpning. Detta inkluderar nya kemiska blandningar för elektroderna och modifierade elektrolyter för att skydda mot bränder och termiska runaways.

Val av litiumbatteri

Det finns flera egenskaper att tänka på när man väljer litiumbatterier för ett marint lagringslitiumbatterisystem. Kapacitet är en kritisk specifikation att beakta när man väljer ett batteri för lagring av marin energi. Den bestämmer hur mycket energi den kan lagra och därefter hur mycket arbete som kan produceras innan den laddas upp. Detta är en grundläggande designparameter i framdrivningsapplikationer där kapaciteten bestämmer hur lång körsträcka 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 i högsta grad.

Spännings- och strömklasser är också viktiga specifikationer att tänka på när man väljer lagringslitiumbatterier för marina energilagringssystem. Dessa specifikationer avgör hur snabbt batteriet kan laddas och laddas ur, vilket är viktigt för applikationer där strömbehovet kan variera snabbt.

Det är viktigt att välja ett batteri som är speciellt utformat för marint bruk. De marina miljöerna är hårda, med exponering för saltvatten, fukt och extrema temperaturer. Förvaringslitiumbatterier som är designade för marin användning kommer vanligtvis att ha vattentäthet och korrosionsbeständighet, såväl som andra funktioner som vibrationsbeständighet och stöttålighet för att säkerställa tillförlitlig prestanda under utmanande förhållanden.

Brandsäkerheten är också avgörande. I marina applikationer finns det ett begränsat utrymme för batterilagring och eventuell brandspridning kan leda till giftig rök och kostsamma skador. Installationsåtgärder kan vidtas för att begränsa spridningen. RoyPow, ett kinesiskt tillverkningsföretag för litiumjonbatterier, är ett exempel där inbyggda mikrosläckare placeras i batteripaketets ram. Dessa släckare aktiveras antingen av en elektrisk signal eller genom att bränna värmeledningen. Detta kommer att aktivera en aerosolgenerator som kemiskt bryter ner kylvätskan via en redoxreaktion och sprider den för att släcka elden snabbt innan den sprider sig. Denna metod är idealisk för snabba ingrepp, väl lämpad för applikationer med trånga utrymmen som marina lagringslitiumbatterier.

Säkerhet och krav

Användningen av lagringslitiumbatterier för marina applikationer ökar, men säkerhet måste vara en högsta prioritet för att säkerställa korrekt design och installation. Litiumbatterier är känsliga för termisk flykt och brandrisker om de inte hanteras på rätt sätt, särskilt i den hårda marina miljön med saltvattenexponering och hög luftfuktighet. För att lösa dessa problem har ISO-standarder och -föreskrifter upprättats. En av dessa standarder är ISO/TS 23625, som ger riktlinjer för val och installation av litiumbatterier i marina applikationer. Denna standard specificerar batteridesign, installation, underhåll och övervakningskrav för att säkerställa batteriets hållbarhet och säker drift. Dessutom ger ISO 19848-1 vägledning om testning och prestanda för batterier, inklusive lagringslitiumbatterier, i marina applikationer.

ISO 26262 spelar också en betydande roll för den funktionella säkerheten för elektriska och elektroniska system inom marina fartyg, såväl som andra fordon. Denna standard kräver att batterihanteringssystemet (BMS) måste utformas för att ge visuella eller hörbara varningar till operatören när batteriet är lågt på ström, bland andra säkerhetskrav. Även om det är frivilligt att följa ISO-standarder, främjar efterlevnad av dessa riktlinjer batterisystemens säkerhet, effektivitet och livslängd.

Sammanfattning

Lagringslitiumbatterier dyker snabbt upp som en föredragen energilagringslösning för marina applikationer på grund av deras höga energitäthet och förlängda livslängd under krävande förhållanden. Dessa batterier är mångsidiga och kan användas för en rad marina applikationer, från att driva elbåtar till att tillhandahålla reservkraft för navigationssystem. Dessutom utökar den kontinuerliga utvecklingen av nya batterisystem utbudet av möjliga applikationer till att inkludera djuphavsutforskning och andra utmanande miljöer. Antagandet av lagringslitiumbatterier i den marina industrin förväntas minska utsläppen av växthusgaser och revolutionera logistik och transporter.