本シリーズの A 編では、船舶用 AIS／GMDSS 携帯端末における電池の負荷プロファイルを描いた。長い待機時間、短い大電流送信パルス、そして何年もキャビネットに保管された後でも即応できねばならない法規上の一次電池である。本 B 編は原理から選定と設計へ進む。対象は、日常用・船上用・訓練用の携帯 VHF 無線機、または携帯 AIS 装置のために、充電式バッテリーパックと充電インターフェースを仕様化する必要がある OEM エンジニアと海事機器の購買担当者であり、この製品を、全球海上遭難安全システム（GMDSS）が実際に要求する密閉・期限表示付きの非常用電池と混同してはならない。本稿の負荷サイクル計算、容量数値、電圧曲線は、illustrative（例示）と明記した解き済みのエンジニアリング例である。規格と運用時間の参照は原典から引用し、実際の機器の認証値は常に型式承認証書による。
ポイント 1. IMO 決議 MSC.149(77) と IEC 61097-12 は、救命艇用双方向 VHF の一次電池を、最大定格出力において 1:9 のデューティ（送信 6 秒、スケルチ開放閾値を超える受信 6 秒、閾値未満の受信 48 秒）で 8 時間持つよう選定する。英国 MSIS ガイダンスは最低 8 時間、望ましくは 24 時間を推奨する。
ポイント 2. AIS-SART は IEC 61097-14 で規律され、IMO MSC.246(83) と整合し、AIS チャネル 161.975 MHz／162.025 MHz で勧告 ITU-R M.1371 を使用する。代表的な市販 AIS-SART は密閉一次リチウムで約 96 時間送信し、個人用 AIS-MOB は 1 W で約 48 時間作動する。
ポイント 3. 密閉 NiMH セルの公称電圧は 1.2 V であり、6 個直列で 7.2 V、8 個直列で 9.6 V となる。パック容量は送信ピーク電流だけでなく、負荷サイクルの平均電流と低温・寿命末期の電圧から選定する。
ポイント 4. 携帯用密閉 NiMH セルは性能を IEC 61951-2、ニッケル系の安全を IEC 62133-1、輸送を UN 3496 で規定される。IATA A199 特別規定は NiMH がリチウムの危険物規制の対象外であることを確認している。船舶携帯無線機は一般に IEC 60529 により IPX7（1 m 浸水）に密閉される。
ポイント 5. 法規上の期限表示付き一次リチウム非常用電池を、充電式 NiMH パックで置き換えることはできない。例えば Icom BP-234 は 9.0 V／3300 mAh の一次リチウムパックで、装着時 IPX7 であり、GMDSS 適合には IC-GM1600E との組み合わせが必須である。密閉 NiMH はクレードルで運用する日常・船上・訓練用無線機に用いる。
最も重要な選定判断は、容量計算の前に行う。パックが実際にどの電池かを見極めることである。密閉された非常用機器——救命艇に持ち込む双方向 VHF、ブラケットに取り付けられた AIS-SART、救命胴衣の AIS-MOB ビーコン——は性能の法規規格に律され、改ざん防止シールまたは非交換式密閉を備えた密閉・期限表示付きの一次リチウム電池が付属する。この電池は VHF で 2 年以上、代表的な AIS ビーコンでは典型的に 6～8 年の保管後に即応できねばならず、期限に交換する。充電式ではなく、充電式 NiMH パックをその代替として販売してはならない。
正当な充電式用途は、その密閉機器の周囲にあるすべてである。操船室、甲板、作業艇で使う日常携帯 VHF、水先人の送迎や接岸に持つ携帯 AIS、訓練艦隊、そしてメーカーが密閉一次電池に加えて充電式パックとクレードル付きで納入する「フルキット」の GMDSS 携帯機である。これらの無線機は毎日充電・訓練・交換・再使用され、GMDSS 整合ガイダンスは頻繁な実地使用を明確に奨励する。密閉 NiMH はこの役割に適する。乱暴な取り扱いと浅い放電に耐え、平坦で予測可能なパルス応答を示し、輸送上リチウムを含まず、より高インピーダンスの化学系を強く乱す寒冷暴露からも回復する。下の表は設計着手前に境界を固定する。
| 機器と役割 | 電池の化学系と設計基盤 |
|---|---|
| 救命艇双方向 VHF（密閉非常用ユニット） | 密閉一次リチウム、封印と期限、MSC.149(77)/IEC 61097-12 で 1:9 で 8 時間、多年保管、例 Icom BP-234 9.0 V／3300 mAh、IPX7 |
| 法規 AIS-SART および AIS-MOB ビーコン | 密閉一次リチウム、機種例 SART 約 96 時間・MOB 約 48 時間、IEC 61097-14、MSC.246(83)、ITU-R M.1371、多年保管 |
| 日常／船上／訓練用携帯 VHF | 密閉 NiMH または充電式 Li-ion。クレードルで充電・サイクル・訓練。多年保管ではなく当直時間で選定 |
| 操船室・作業艇向け携帯／ハンドヘルド AIS | 密閉 NiMH または充電式 Li-ion。運用時は船舶またはクレードルから給電。救命無線機と同じ待機→送信パルス負荷 |
| アルカリ／乾電池の予備ケース | 多くの無線機は密閉 AA ケース（例 LR6 × 5）を受け入れる。有用な非常用予備だが、期限表示付き法規一次電池の代替ではない |
携帯 VHF は 3 つの大きく異なる電流を消費する。送信時は RF 出力の背後の電流——代表的な 2 W 携帯機で約 1 A——に論理と音声の負荷を加えて供給せねばならない。スケルチ開放閾値を超える受信では約 120～200 mA、スケルチ閉鎖・待機では 20～50 mA 程度である。IEC 61097-12 の救命艇負荷フレームは日常無線機にも便利で保守的なモデルである。送信 6 秒、閾値超受信 6 秒、閾値未満 48 秒を 60 秒ごとに繰り返す。負荷サイクルの平均電流は、1 フレームにおけるこれらの状態の加重和である：
I_avg = (6 s × I_tx + 6 s × I_rx + 48 s × I_stdby) / 60 s
送信 1.0 A、能動受信 0.15 A、待機 0.03 A の例示値では、平均は (6 × 1.0 + 6 × 0.15 + 48 × 0.03) / 60 = 8.34 / 60 = 0.139 A、すなわち約 139 mA となる。パックが供給すべき総電荷量は平均電流に運用時間目標を掛けたものである。VHF の法規目標は 8 時間であり、英国 MSIS は運用する救命無線機に最低 8 時間、望ましくは 24 時間を示す。賢明な日常パック設計者は、クレードルに戻されないこともある日常無線機が長い当直を乗り切れるよう、24 時間を望ましい目標とする。139 mA では 8 時間で約 1.11 Ah、24 時間で約 3.34 Ah の総電荷量を要する。これらはディレーティング前の値であり、ステップ 3 で選ぶセル容量はより大きくなる。
図 1。船舶携帯無線機向け充電式パックの選定・寸法決めの 6 ステップ（例示の設計シーケンスであり、メーカー手順ではない）。
容量を選ぶ前に、直列長が無線機の電圧窓と低電圧カットオフに一致せねばならない。密閉 NiMH セルは公称 1.2 V、充電直後に約 1.42 V、1.0 V 付近で空とみなす。市販の船舶携帯無線機の多くは 2 つの電圧クラスのいずれかを中心に作られる。2 セル Li-ion パックと同じ公称電圧の 7.2 V クラス（Icom BP-265 が 7.2 V Li-ion の例）は、6 直列 NiMH に対応する。6 セルパックは新品約 8.5 V から空約 6.0 V まで変化する。法規一次電池が Icom BP-234 9.0 V である機種を含む 9 V クラスは、8 直列 NiMH に対応し、新品約 11.4 V から空約 8.0 V まで変化する。並列枝はその後、容量と電流分散のためだけに追加し、電圧のためではない。
| NiMH 構成 | 電圧 公称／新品／空 | 代表的な無線機クラス |
|---|---|---|
| 6S（6 直列） | 7.2 V／8.5 V／6.0 V | 7.2 V クラス携帯 VHF（Li-ion 2S と同等の一般的クラス）。カットオフは低温 6S パルス電圧より下に |
| 8S（8 直列） | 9.6 V／11.4 V／8.0 V | 9 V クラス無線機と 9 V 一次電池の代替（例 BP-234 9.0 V クラス） |
| 並列枝の追加（nP） | 電圧は不変。容量とパルス電流を共有 | 当直容量の達成とセルあたりパルス電流の半減に 2P、3P を使用 |
パック設計者は無線機の実際のカットオフを仮定せず検証すべきである。高すぎるカットオフは使用可能容量が残るうちに電池切れと宣告し、低すぎるカットオフは寒冷時の長い送信でセルの深い放電を招く。直列セルは同じ生産ロットから選別し、弱いセルや逆転したセルが長い当直中に深い反転へ追い込まれない構造にすべきである。
ステップ 1 の総電荷量はセルの公称容量ではない。パックは寿命末期、冷たい甲板上、電圧を沈み込ませる送信パルス下で、設計マージンを残してその電荷を供給するためである。-20 °C の使用可能容量約 0.85、寿命末期公称点約 0.85、設計マージン 1.15 という例示係数を適用すると、複合使用可能率は約 0.63 となる。したがって 8 時間目標の 1.11 Ah には公称約 1.8 Ah のパック、望ましい 24 時間目標の 3.34 Ah には約 5.3 Ah が必要である。実務では標準の大電流 AA セルまたはより大きな sub-C／SC セルで達成する。大電流 AA 6 個の単一直列（約 2.0 Ah）は寒冷・寿命ディレーティング後に 8 時間値をぎりぎり満たすため、6S2P AA（約 4.0 Ah）が余裕のある 8 時間設計、6S3P AA（約 6.0 Ah）または 6S2P 大容量 sub-C/SC が望ましい 24 時間値を満たす。
| 運用時間目標（例示） | 139 mA での総電荷量 | 約 0.63 係数後の公称 | 代表的なパック |
|---|---|---|---|
| 8 時間（VHF 法規下限） | 約 1.11 Ah | 約 1.8 Ah | 6S1P 大電流 AA はぎりぎり、6S2P AA（約 4.0 Ah）が余裕 |
| 24 時間（運用上望ましい） | 約 3.34 Ah | 約 5.3 Ah | 6S3P AA（約 6.0 Ah）または 6S2P 大容量 sub-C/SC |
送信パルスは容量を大きめにする第二の理由である。1 A、7.2 V の直列では、単一の 2.0 Ah AA セルは送信バーストで約 0.5 C を要求される。これは大電流セルの能力内だが、低温では目に見える電圧降下を生じ、残量が既に低い当直の終わりには降下がより深くなる。設計者は大電流・低内部抵抗のセルを指定し、並列枝を追加してセルあたりのパルス電流を半減し、最も寒冷な寿命末期パルスの終端でパック電圧が無線機のカットオフを上回ることを確認する。下の例示電圧曲線は、パックが 24 時間の当直を通じて周期的な送信沈み込みを伴いながら緩やかに下がり、カットオフを上回って留まる様子を示す。実際の曲線は無線機とセルに固有であり、仮定ではなく測定すべきである。
図 2。周期的な送信パルスを伴う 24 時間当直のパック電圧。パックは最も寒冷な寿命末期パルスでカットオフを上回るよう選定（例示であり実測ではない）。
充電戦略は後付けではなく電池製品の一部である。NiMH の満充電検出は、特徴的な -delta V 電圧降下と dT/dt 温度上昇に基づき、安全タイマーで補強する。速度より信頼性が重視される船舶用クレードルでは、保守的な手法は 0.1 C の夜間充電（約 14～16 時間）とその後の C/20～C/40 の維持充電で、セルを過熱させずに無線機をクレードルに置いたままにできる穏やかさである。凍った甲板や暖かい筏コンテナから戻ったパックが室温に戻ってから充電できるよう、充電は約 0～45 °C の外で禁止すべきである。パックには通常サーミスタがあり、クレードルがこれを強制できる。クレードルは充電モジュールを介して船舶の 12 V または 24 V 直流を受け、塩気で固着しない耐食または金メッキ接点を使用し、無線機装着時に IPX7 密閉を維持する。
パック内部では、セルはバネクリップではなく溶接タブ、選別セル、熱収縮チューブ、衝撃緩衝を用い、IEC 60945 と IEC 61097-12 の落下・振動試験で接続が開かないようにする。温度ヒューズまたは自己復帰保護素子が外部短絡と過電流を防ぎ、筐体はガスケット、ガス抜き経路、堅牢なセル固定を用いる。外装は救命無線機と同じである。動作範囲 -20～+55 °C、IEC 60529 の IPX7 要件（1 m で 30 分間。非常用機器自体は IEC 61097-12 で 1 m で最低 5 分間）までの浸水、耐塩水噴霧、浸水服の手袋を着けた人員による操作。日常無線機が、支える安全装置と同じ振る舞いをするよう、各特性を規定する。
日常船舶無線機向け充電式 NiMH パックは、明確だが意図的に限定された適合経路をたどる。セル自体は携帯用密閉 NiMH セルの性能と寸法を IEC 61951-2、ニッケル含有密閉セルと電池の安全を IEC 62133-1 で規定される。機器筐体は環境・EMC の IEC 60945、IP コードの IEC 60529 である。輸送は単純で、NiMH 電池は UN 3496 で出荷され、IATA A199 特別規定は端子の短絡保護を条件にリチウム危険物規則の対象外として扱う。これは無線機と予備部品を空輸する OEM にとってリチウムに対する大きな実務上の利点である。ただし法規上の非常用機器自体は EU 船舶機器指令 2014/90/EU に基づく MED 舵輪マークを持ち、その承認は完全な密閉機器と期限表示付き一次電池に紐づく。充電式 NiMH パックは舵輪マーク付き非常用電源を拡張も置換もせず、両者を図面・データシート・マーケティング表明で混同してはならない。
| 側面 | 日常充電式 NiMH パックの参照 |
|---|---|
| セル性能と寸法 | IEC 61951-2（携帯用密閉 NiMH セル、円筒形・角形・ボタン形） |
| セルと電池の安全 | IEC 62133-1 ニッケル安全、輸送試験は IEC 62281 の実務と整合 |
| 環境と保護 | IEC 60945 海事環境／EMC、IEC 60529 IPX7（1 m／30 分）、塩水噴霧、-20～+55 °C |
| 輸送 | UN 3496、IATA A199 特別規定——リチウム制限対象外、端子を保護 |
| 法規非常用の境界 | 指令 2014/90/EU の MED 舵輪マークは密閉機器と期限付き一次リチウムに留まり、NiMH では置換されない |
できない。密閉された救命艇双方向 VHF は、IMO MSC.149(77) と IEC 61097-12 により、多年保管後に 1:9 で 8 時間を供給する期限表示付き一次電池の搭載を義務付けられ、通常は Icom BP-234（9.0 V／3300 mAh、装着時 IPX7）のような密閉一次リチウムパックである。密閉 NiMH はクレードルで充電され定期的に訓練される日常・船上・訓練・フルキット無線機向けであり、法規の密閉非常用電源向けではない。
60 秒フレームの負荷サイクル平均電流から：I_avg = (6 × I_tx + 6 × I_rx + 48 × I_standby) / 60。1.0 A、0.15 A、0.03 A の例示電流では約 139 mA。これに運用時間目標（8 時間、または英国 MSIS による望ましい 24 時間）を掛け、低温・寿命末期・設計マージンの複合係数（解済み例で約 0.63）で割る。標準セル構成を選ぶ前に、8 時間で公称約 1.8 Ah、24 時間で約 5.3 Ah が得られる。
密閉 NiMH セルは公称 1.2 V。6 直列で 7.2 V（新品約 8.5 V、空約 6.0 V）となり、Li-ion 2S パックと同じ公称クラスの 7.2 V 携帯無線機に適合する。8 直列で 9.6 V（新品約 11.4 V、空約 8.0 V）となり、BP-234 9.0 V 一次電池クラスのような 9 V クラス無線機に適合する。並列枝は容量とパルス電流分散のためだけに追加し、無線機の低電圧カットオフは低温・寿命末期パック電圧に対して検証すべきである。
動く。ただし意識的なディレーティングを伴う。低温は内部抵抗を高め、使用可能容量とパルス終端電圧を下げる。設計者は大電流・低抵抗セルを使い、パックを大きめにし、並列枝を追加してセルあたりパルス電流を下げ、最も寒冷な寿命末期送信で無線機がカットオフに達しないことを確認する。パックは凍結時ではなく約 0～45 °C に戻ってから充電すべきである。
法規機能には使えない。IEC 61097-14 と MSC.246(83) の AIS-SART は約 96 時間送信、個人 AIS-MOB は約 48 時間送信を、訓練なしの多年保管後に求められるため、市販機種は密閉一次リチウムを使う（McMurdo SmartFind S5A、AMEC PLOMO-500、SAILOR 5052 など）。充電式化学系はその即応性を保証できない。充電式 AIS は船舶またはクレードルから給電・充電される携帯トランスポンダに限定される。
携帯密閉 NiMH セル性能に IEC 61951-2、ニッケル系安全に IEC 62133-1、海事環境・EMC に IEC 60945、IPX7 保護に IEC 60529、空輸に UN 3496 と IATA A199（リチウム危険物制限を課さない）を使う。完全な非常用機器自体は指令 2014/90/EU に基づく MED 舵輪マークを持ち、その承認は充電式パックに移行しない。
性能規格と参照：IMO 決議 MSC.149(77) と IEC 61097-12（救命艇双方向 VHF、1:9 で 8 時間、一次電池の保存寿命）、IMO 決議 MSC.246(83) と IEC 61097-14（AIS-SART）、勧告 ITU-R M.1371（AIS 技術特性、161.975／162.025 MHz）、IEC 61108（GNSS）、IEC 62287（船載 AIS A/B 級）、IEC 60945（海事航法・無線機器の環境と EMC）、IEC 60529（IP コード、IPX7）、IEC 61951-2（携帯密閉 NiMH セル）、IEC 62133-1（ニッケルセル安全）、UN 3496 と IATA A199（NiMH 輸送）、EU 指令 2014/90/EU（船舶機器、MED マーク）、UK MSIS 第 12 章（最低 8 時間、望ましく 24 時間のガイダンス）。
化学系の境界を固定するために用いた代表的製品データ：Icom BP-234（9.0 V、3300 mAh、一次リチウム、IPX7、IC-GM1600E と使用）、Icom BP-265（7.2 V Li-ion）、Icom BP-291（LR6 AA × 5 ケース）、McMurdo SmartFind S5A AIS-SART（約 96 時間、多年保管）、AMEC PLOMO-500 AIS-SART、SAILOR 5052 AIS-SART。本稿の容量・電流・電圧計算はすべて illustrative と明記した解済みエンジニアリング例であり、機器の実際の認証値は型式承認証書とデータシートによる。
Weijiang Power は、日常・訓練用 VHF 無線機と携帯 AIS 無線機向けを含む、海事・産業 OEM 携帯機器向けの密閉 NiMH および Li-ion バッテリーパックと充電クレードルを製造しています。各パックを負荷サイクルの平均電流から選定し、6S または 8S 直列を無線機の電圧窓に合わせ、寒冷な送信パルスに対応する大電流セルを指定し、-delta V/dT または 0.1 C 終止充電、IPX7 密閉、耐塩気を中心にクレードルを設計し、IEC 61951-2、IEC 62133-1、UN 3496（IATA A199）の経路に従います。GMDSS が要求する密閉・期限表示付きの一次リチウム非常用電池は置き換えません。乗組員を訓練し日常無線機艦隊を運用可能に保つ充電式ハードウェアを構築します。無線機の周波数帯、送信電力、負荷サイクル、電圧窓、温度範囲、運用時間目標をお知らせいただければ、パックと充電インターフェースを共に選定します。C 編では、完成パックとその機器が満たすべき型式試験、認証、輸送の体制に進みます。
