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OPzVバッテリーとは何ですか?
OPzVバッテリーとは何ですか? ヨーロッパの DIN 規格の下で、OPzVはオルツフェスト(静止)パンツァープラッテ(管状プレート)ヴェルシュロセン(閉鎖)の略です。 明らかにこれは、OPzSバッテリーに似たチューブ状プレート2V電池セル構造ですが、オープンベントプラグではなくバルブ調整ベントプラグを有しています。 しかし、鉛蓄電池は本当に閉じず、頭字語のVはヴェルシュロセンではなく「ベント」の略であると見なされることが多い。 これは、約70〜140ミリバールの内圧で開く圧力リリーフバルブを有することを意味する。
実際には、チューブ状のバッテリープレート構造のVRLAバッテリーですが、固定電解質を使用して水素と酸素を再結合します。 この場合、液体電解質を固体ゲルに変えるために、フュームドシリカを用いて電解質を固定する。 これは、酸状のブロッティング紙を吸収し、このように固定するために非常に細かい繊維のガラスマットを使用する他の鉛酸VRLA電池範囲とは対照的です。 VRLA電池のこの範囲はAGM(吸収または吸収、ガラスマット)として知られている。 このガラスマット技術は、マットの面全体に均一な圧力を持つことに依存し、そうでなければ、ガスの組換えプロセスは動作しません。
このため、それは管状の正の版の構造のために適さない、平らな正の版の設計の電池のためにだけ使用される。
OPzV電池セルの2つの重要な特徴は、管状プレート構造と固定(GEL)電解質です。 管状の正のプレートは、図に示すように平坦な形状ではなく、丸みを帯びたPAMの余分な酸接触の利点を与える。 1このことから、追加接触面積が平板の対応と比較して約15%であることが分かる。
この優れた利用により、エネルギー密度が高くなり、ガントレットは、バッテリ抵抗を最小限に抑え、深い巡回操作中にPAMが流出するのを防ぐために、導体に対して活性材料をしっかりと保持します。
OPzV電池の電解質の固定化は、こぼれることなく異なる向きの細胞の操作を可能にする二重の利点を有し、またそれはまた、再結合し、水が失われるのを防ぐために、充電上の水の電気分解によって生成されるガスを可能にする。 図。 2 は、固定アプリケーションでの標準的なインストールです。 セルを側面に保存する機能により、スペース効率の良いラッキングシステムが可能になり、メンテナンスチェックのためにバッテリ端子に簡単にアクセスできます。
組み換えの側面は多くの、特にリモート静止インストールにとって重要である。 これは、水のトッピングが必要とされないので、バッテリーのメンテナンスが大幅に増加した間隔で行うことができることを意味します。 また、バッテリーの充電時に発生する可能性のある爆発性ガスを除去するように設計された高価な換気装置の必要性を取り除きます。
浸水した細胞を用いたガスの進化の問題は、鉛蓄電池の電気化学に由来する。 水素と酸素の生成は、非常に低いセル電圧で発生する可能性があります。 図。 図3は、ガスの進化速度と鉛-セル電圧との関係を示す。
この図では、正と負のプレートの両方が単一電位として示され、その差はセル全体の電圧です。 見られるように、1セル当たり2.0ボルトでも、浸水したシステムから進化した測定可能な量のガスがあり、電荷の2.4 VPCでは、水の損失とガスの発生はかなりのものです。 このため、セルの組換え設計は、通常のサイクルの業務中に水の損失を最小限または全く持たない安全な設置を保証するための最良の方法です。
ゲル電池が再結合反応を促進する方法を理解するには、それが稼働しているときにゲル化された電解質の構造を見る必要があります。 しかし、まず、水電解を引き起こす反応の知識とそれに続く水素と酸素の進化(ガス)が役に立つ。
電気分解による水の分解はかなり簡単です:
全体として2H 2O → 2H2(g) + O2(g)
正の2H 2H 2O →O2(g) + 4H+ + 4e– (酸化)
負の2H+ +2e– →H2 (還元)
陰極と陽極の両方の場合には、電子(負極)を加えるか、または電子(正極)を除去する電気化学的作用に起因するガスの放出がある。 ガス、またはイオンが再結合して水を形成する方法は完全には理解されておらず、複数の説明があります。 最も広く受け入れられているのは次のとおりです。
O2 + 2Pb → 2PbO
2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
2PbSO4 + 4H+ + 4e– → 2Pb + 2H2SO4
このモデルでは、正極で生成された気体酸素を説得し、負のプレートに移動する必要があります。 これは、液体電解質を有する浸水鉛酸細胞では起こらないだろう。
液体電解質で酸素と水素が生成されると、気泡が形成され、表面に上昇し、その後、細胞のヘッドスペースに放出され、最終的に大気中に放出されます。 ガスは再結合のために利用できる。 しかし、ゲル化された電解質では、構造中に小さな亀裂や裂け目を形成するGELの乾燥によって組換え作用が生じます。 この場合、水電解から形成された酸素は、ガスの進化によって生じる圧力のために、正極から負極に移行することができる。
小さな亀裂や裂け目は、電極間の距離がガスで満たされるまで、ゲルを通してマトリックス内の他の空隙に拡散することによって移動するガスを格納することができます(図4)。 しかし、再結合反応は、進化速度に比べて比較的遅く、充電中に細胞の内圧が増加する。 ガスは圧力リリーフ弁によって排出されるのを防ぎ、充電プロセスが終わった後に再結合のためにそれらを利用できるように保つ。
この範囲を特徴付ける2つの主な特徴は、まず、電荷で生成された水素と酸素を再結合し、電解質内の水に戻し、本質的にメンテナンスフリーで密閉された空間で安全である。
第二に、それは長いサイクル寿命を提供するために深い排出条件の下でより大きな活性物質の保持を与える管状の肯定的な板を有する。 OPzV電池範囲は基本的に深い放電、高周期の寿命、維持自由な鉛蓄電池である。 固定電解質のため、ベントから酸が漏れることなく、動作中に横に保管することができるという利点もあります。 本質的に、このオリエンテーションはバッテリーをフロントターミナル設計にし、他の利点に加えて同様の運用上の利点を提供します。
しかし、これら2つの利点には欠点があります:高い深いサイクル寿命は、高いレート放電、またはコールドクランキング能力を犠牲にして来るが、どちらもAGMフラットプレートの対応と比較すると有意に低い。 ガスの組換えはガス発生率よりかなり遅い。 このため、充電プロセスは、浸水セルよりも長く、通常は最大15時間かかります。
上記の議論を念頭に置いて、OPzVバッテリーのこの設計は、バッテリーの維持が困難であり、長いカレンダーとサイクル寿命と組み合わせた頻繁な、おそらく定期的な深い放電を持っている必要があるそれらのアプリケーションに最も適していることはかなり明らかです。 CCA のパフォーマンスが比較的低いため、放電プロファイルは、通常、数時間にわたって 0.2C アンペア以下の電流引き出しになります。 OPzV電池とセルは、通常のデューティサイクル中に最大2Cアンペアの断続的で合理的に高い放電電流を提供できると言っても過言ではありません。
充電時間は、通常、バッテリーを充電するのに12〜15時間であり、充電時に生成できるガスの量を制限します。 これは、電圧制限(通常はセルあたり2.23~2.45ボルト)で充電することで実現されます。 図。 5 は、OPzV バッテリの典型的な充電プロファイルを示しています。 これにより、バッテリに流れ込む電流が減少し、充電時間が長くなります。 これは、異なるバッテリ市場とその運用プロファイルを考慮する際にも重要な要素です。 これらの考慮事項を念頭に置いて、OPzVバッテリーの最も適したアプリケーションは、主に頑丈で工業的です。
両市場セクターの幅広いカテゴリーを見ると、以下の項目があります。
• 定常
– 太陽光発電:ディーゼルハイブリッド、オフグリッド発電と貯蔵、国内貯蔵
– BESS
– スタンバイ電源
– UPS
•レール
– 緊急照明
– ディーゼルスターター
– シグナリング
•トラクション
– 倉庫:フォークリフトトラック、電動ハンドトラック、AGV
– EV:ゴルフカート、人力車
•レジャー:
– マリン
– キャラバン
– キャンプ
上記のアプリケーションのうち、OPzVバッテリーが最適な完全充電に時間を費やして、頻繁に深い電池放電を必要とするものである。 静止したバッテリーアプリケーションでは、すべてのボックスをチェックする太陽光発電、BESS、スタンバイ電力になります。
鉄道用途では、列車の照明と空調バッテリーと鉄道信号電池は、OPzVバッテリーのための最良のアプリケーションです。 鉄道は、停電時に深い放電サイクルが可能な深いサイクルバッテリーを必要とします。 これは、平らなプレートのバッテリーではなく、管状のバッテリープレートによって提供されるのが最善です。 鉄道の巨大なネットワークを考えると、OPzVバッテリーのようなメンテナンスフリーのバッテリーは鉄道にとって恩恵になるでしょう。
OPzV電池の範囲はゴルフカート電池およびフォークリフト電池のような牽引適用のために適さない。 例えばフォークリフト電池に使用されるポリプロピレンケースの代わりに壊れ可能なABS容器の使用のような実用的な考慮事項がある。 非柔軟なABSセルジャーは、フォークリフトトラックのスチールバッテリートレイにしっかりと詰め込まれると簡単に壊れます。 Gel OPzV電池設計はフォークリフト電池の標準的な次元を高める活動材料のより多くの容積を求める。
レジャー市場は、一般的に、特にキャラバンやキャンプ用途のために、軽量でエネルギー密度の高いモノブロックを選びます。 電気ボートとは別に、冷凍、ナビゲーション、照明の広く同様の用途に海洋電池を使用し、キャンプと同様に、バッテリー貯蔵のためのスペースが限られている海洋電池アプリケーションにも一般的に当てはまります。
OPzVバッテリーの主な用途は、静止したバッテリー市場です。 この分野のすべての細分化に共通するスレッドは、バッテリの位置が固定されているということです。 図。 6は、150億米ドルの世界市場のシェアの約90%を占め、通信、UPS、待機電力およびバッテリエネルギー貯蔵システム(BESS)の主な静止用途で産業用バッテリー市場の内訳を示しています。 トラクションとは異なり、レジャーおよび鉄道アプリケーション(信号を除く)は、静止したバッテリーは単一の場所に固定されたままで、一般的に電源システムにハード配線されています。 しかし、類似点はそこで終わります。
通信のUPSやBESSの負荷レベリング/周波数制御などの一部のアプリケーションでは、ランダムな間隔で高電力の短い放電が必要になり、寿命の高い割合を充電に費やしますが、太陽光やスタンバイ電力などのアプリケーションは一定の間隔で深く放電されます。
このため、OPzVバッテリーは、定期的に、またはランダムに、しかし確かに頻繁に、深く排出されている静止市場のそれらのセクターに最も適しています。 このカテゴリーでは、OPzVバッテリーの長期化がより堅牢な建設の理想的な候補となる、大規模なディーゼル/ソーラーハイブリッド設備を備えたすべての太陽光発電設備を含めることができます。
OPzVバッテリーのメンテナンスフリーの側面は、特にバッテリーのトッピングが非常に高価でコストを増大させる遠隔地では重要であり、それによってプロバイダへのROIを削減します。 同様に、国内の設置は、バッテリ電解質レベルを維持するために必要な専門知識の欠如の恩恵を受けます。 オーバートッピング、バッテリーの間違った充電状態(SoC)でトッピング、さらには無視は、国内のバッテリーの使用に共通の機能です。
OPzVバッテリーは何に使用されていますか? エネルギー貯蔵
すべての静止カテゴリーの中で、おそらく急成長しているESS市場であり、OPzS設計の悪用の機会が最も多い2035年までに5,460億米ドルに達すると考える人もいます。 表1は、BESSのカテゴリ内の電池の多様なコンセントを示し、図を示します。 7 は、プライマリー使用によるグローバル・ストレージ容量のグラフを示します。 このうち、需要対応とエネルギー販売は、定期的な深部排出が必要な最も可能性の高い用途です。 いずれの場合も、設置設備は約1MWh以上で、発電所や配電変電所の近くに位置し、自動的またはリモートで動作している可能性があります。
表 1 ユーティリティおよびメータースケールの背後にある BESS の商業的使用
| Value Stream | Reason for dispatch | Value | Who? |
|---|---|---|---|
| Demand charge reduction | Reduce load - peak shaving | Lower bill by reducing demand charges | Customer |
| Time of use/Energy arbitrage | Battery dispatch during peak periods when energy costs are high | Lower retail electricity bill | Utility or customer |
| Capacity/demand response | Dispatch power to grid in response to events signaled by utility or ISO | Payment for capacity service | Utility,customer, DR agregator |
| Frequency regulation | Battery injects or absorbs power to follow a regulation signal | Payment for regulation service | Utility, ISO, Third party |
| Energy sales | Dispatch during times when locational marginal prices (LMP) are high | LMP price for energy | Customer, third party |
| Resiliency | Battery dispatch to provide power to critical facilities during outage | Avoided interruption costs | Utility, ISO, third party |
| Capital deferment | Support voltage or reduce load locally | Prevents costly infrastructure upgrades | Utility, ISO |
もう一つは、まだ限られたアプリケーションとして、EV充電ステーションのそれです。 グリッド供給と並んで BESS を使用することには、多くの利点があります。
これらの理由のすべては、メンテナンスフリー、高いサイクル寿命を持つ深い放電OPzV電池は、最良の選択肢です。 これに加え、鉛酸の低コスト/kWhは、OPzVバッテリーと化学のこの設計は、BESSステーションと変電所のための良好なROIと低資本コストオプションを達成するための理想的なオプションになります。
再生可能エネルギー
BESS市場の主要な部分は、再生可能エネルギーの市場です。天然の発生源、主に太陽光と風力発電は、多くの国の総エネルギー生産に大きく貢献する急速な進歩を遂げています。図 8.インドの現在の再生可能エネルギー発電の割合を、総電源の35%以上で示しています。すべての再生可能エネルギー分野の中で、最も急速に成長している技術はおそらく太陽エネルギーです。.
2018年の太陽エネルギー容量は約24%増加し、アジアは64GWの増加(2018年の世界展開の約70%)で世界の成長を支配しました。 風力と太陽光の両方は、注文に切り替えることができないため、エネルギー貯蔵の理想的な候補です。 国際再生可能エネルギー協会(ARENA)は、PVが2050年までに8519GWに達し、世界第2位の電力源になると予測しています。 9. この傾向は、産業およびグリッド規模の企業と同じ速度で国内設置が成長しているオングリッドアプリケーションとオフグリッドアプリケーションの両方に当てはまると考えられています。
最も変動するのは明らかに風力エネルギーであり、エネルギーが発生したときにエネルギーを貯蔵し、必要に応じて放出する能力が大きな利点です。 蓄えたエネルギーを使用することで、風が吹いていなくても太陽が輝いても、ピーク需要期間を満たすことができます。 これは、エネルギー発電のための設備投資の大幅な削減を意味する可能性があります。 ほとんどの国は、1日にわずか数時間のバックグラウンド使用量の約3〜5倍のピーク電力需要を持っています。 例えば、英国では、朝と夕方のピーク需要は約2時間の約69GWです。
これは、1日の他の20時間の20〜25 GWの着実な基礎的な需要とは対照的です。 エネルギー発電機が過剰生産能力のために長期間アイドル状態になるのではなく、需要のピーク時に使用するために、一日中フル稼働中の風力タービン発電機を少なくし、バッテリーにエネルギーを蓄えるのは理にかなっています。
テレコムのOPzVバッテリーとは何ですか?
通信とスタンバイ電源。
現在、世界のエネルギー使用量の約1%を占める通信塔。 オフグリッドタワーは年間16%の割合で建設されるため、CO2排出量を削減しながら安全で一貫した電力を供給することは困難です。 このため、ディーゼル発電機、電池、ソーラーパネルを組み合わせたオフグリッド電力ソリューションが増加しています。 燃料費の上昇も高い営業費用に寄与します。 これらに加えて、ますます厳しい政府規制や環境規制を加えれば、ディーゼルの使用が制限され、再生可能エネルギーの使用とバッテリー貯蔵の道が開かれる世界的な状況が生じます。
一般的な遠隔通信塔は、太陽エネルギーを貯蔵するための電池の使用がディーゼル燃料消費量を削減するディーゼルおよび太陽光発電のハイブリッドエネルギーシステムによって動力を与えられる。 ステーションのサイズに応じて、100%の太陽光発電をバッテリー貯蔵と併用して夜間使用を可能にします。 しかし、より多くの塔が建設されているだけでなく、特に5Gネットワークの導入により、ステーションあたりのエネルギー需要も増加していますFig. 10. メンテナンスフリーのOPzVバッテリーは、サイクルあたりのコストの面で大きな利点を提供し、また、リモート通信設備で信頼性と性能の最高レベルを提供します。 通常、これらのステーションは、メンテナンスや定期的なチェックなしで頻繁に、長時間のバッテリ放電を必要とします。
レジャー
レジャーと鉄道の残りのカテゴリは、いくつかのユニークな側面を持っています。 いずれも、照明や他のサポートシステムの電源として使用されるバッテリーを搭載した車両を搭載しています。 ほとんどの場合、バッテリーは車両を移動する電源ではありませんが、まだ定期的に深く放電されています。 海洋使用の場合、船上の航行システムまたは冷蔵庫用であり、ボートの設計に応じてディーゼルエンジンまたはソーラーパネルから充電される。
しかし、電気運河のボートのために、例えば、それはFLTまたはEVに同じ使用パターンを持つ牽引アプリケーションであろう。 すべての場合において、OPzV電池の深い放電および長い周期は維持の欠如と結合されてこれらの適用のために必要とされる特性である。
OPzVバッテリーとは何ですか? 鉄道用
鉄道エネルギー要件は、ほとんどの標準的な見出しの下で分類することは困難です。 しかし、そのグループ内には、固定信号のカテゴリがあります。 これは、太陽光発電と同じバッテリ要件を効果的に持っています。 列車照明バッテリー&空調バッテリーのカテゴリは、移動プラットフォーム上では、同様の深い放電要件を持っていますが、不規則で予測不可能であり、したがって、スタンバイ電源アプリケーションと同様の要件を持っています。
このため、深い放電OPzVバッテリーは、特に高価なメンテナンスを必要とせず、メンテナンス不良による損傷の可能性を回避するため、列車の照明バッテリー&空調バッテリーに最適です。 ディーゼル開始の他の鉄道のカテゴリーは、産業要件ではなくSLIに近く、OPzV電池はこの使用に理想的ではありません。 ディーゼル電気機関車には、別のディーゼル機関車スターター電池があります。
これまでのバッテリーアプリケーションは、現在の市場要件に基づいています。 しかし、電気化学エネルギー貯蔵のための新たなアプリケーションは、まだ商業的に導入されていません。 新しい要件の1つは、EV充電ステーションの要件です。 バッテリーエネルギー貯蔵がこのアプリケーションで利益になる理由はいくつかあります。 第一に、EVの高速および複数の充電により、おそらく入ってくる電源よりも大きな高出力サージがあります。 この場合、蓄電池エネルギーを使用すると、電力のサブステーション要件が小さくなり、資本コストが低いことを意味するグリッド供給の需要が減少します。
第二に、需要ピーク時に蓄電池エネルギーを使用してグリッドからの一定の低電力引き出しを引き出すため、ピーク需要料金を回避することができます。 第三に、蓄電池は、PVアレイや風力タービンから発電されたエネルギーを貯蔵し、このエネルギーを使用してグリッド供給を補うことによって、可変的な再生可能電源の使用を可能にする。 そのすべてが、資本支出と運用コストの両方を大幅に削減します。
もう一つの可能なOPzVバッテリーアプリケーションは、それらに余分な再生可能な容量を構築し、ミニグリッドを介して周囲のコミュニティに電力を販売することにより、通信塔からの発電を使用する機会から派生しています。 これは、プロバイダーに追加の収益源を持つことによって、通信塔の建設と運用のコストを軽減するだけでなく、未開発のグリッドネットワークを持つ国々が遠隔地のコミュニティに多くの必要な電力を供給することを可能にします。
議論されたすべてのOPzV電池アプリケーションでは、市場の要件を満たす鍵を提供するOPzVバッテリーの構造、化学、設計です。 リード酸化学の使用は、高いサイクル寿命、低い資本とランニングコスト、この技術の実質的にゼロメンテナンス特性を備え、ほとんどの静止したアプリケーションで無敵の選択肢ではないにしても、OPzVバッテリー範囲を論理的なものにします。 これと並行して、材料、設計、建設の品質は同等に重要です。 OPzVバッテリーが毎日放電され、充電される際に、プレートが陽極活物質(PAM)の毎日の膨張と収縮に耐えられるようにするためには、すべてプレミアム品質である必要があります。
Microtexは、バッテリーのすべてのこれらの側面が達成できる最高であることを保証することにコミットしています。 細胞は世界で認められたドイツの科学者によって設計され、材料の質を保障するために、彼らは独特に独自の電池のガントレットおよびセパレータを作る。 世界は現在、多くの前例のない課題に直面しています。 Microtexは、世界中の企業とコミュニティの両方の成果を向上させるためのソリューションとバッテリー製品を提供しています。 Microtexが提供する信頼性の高い高品質でエネルギー効率の高い静止したOPzVバッテリーの使用は、これらの課題に対応する上で重要な役割を果たします。
