什么是 OPzV 电池

什么是 OPzV 电池?

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什么是 OPzV 电池?

什么是 OPzV 电池? 根据欧洲的 DIN 标准,OPzV代表奥尔茨菲斯特(固定)潘泽普拉特(管板)弗施洛森(关闭)。 显然,这是一个管状板2V电池结构类似于OPzS电池,但有一个阀门调节的通风塞,而不是打开通风塞。 然而,没有铅酸电池是真正关闭,因此,在首字母缩略词的V通常被视为代表”通风”,而不是Verschlossen。 通过通风,这意味着它有一个减压阀,将在内部压力约70至140毫巴打开。

事实上,它是一种由管状电池板构造的VRLA电池,但它使用固定电解质重新组合氢气和氧气。 在这种情况下,电解质使用熏蒸二氧化硅固定,将液体电解质转化为固体凝胶。 这与其他铅酸VRLA电池系列形成鲜明对比,该电池系列使用非常细纤维的玻璃垫来吸收酸性印迹纸,并据此固定。 此系列的 VRLA 电池称为 AGM(吸收或吸收,玻璃垫)。 这种玻璃垫技术取决于在垫子表面有均匀的压力,否则,气体重组过程将不起作用。

因此,它不适合管状正板结构,仅用于具有扁平正板设计的电池。
OPzV 电池电池的两个重要特征是管板构造和固定 (GEL) 电解质。 管状正板通过圆润而不是平面形状,为 PAM 提供了额外的酸接触优势,如图所示。 1 从这一点,可以看到,额外的接触面积是大约15%相比,其平板对应。

Figure1 Additional acid area in contact with tubular plate surface 1
Fig 2 Typical stationary OPzV battery bank in steel rack 1

这种更好的利用率可提高能量密度,而小孔则将活性材料牢牢地固定在导体上,以最大限度地降低电池电阻,并防止在深度循环操作期间造成 PAM 脱落。
OPzV 电池中电解质的固定具有双重优势,即允许电池在不同方向下运行而不溢出,而且它使电解电解产生的气体在充电时重新组合并防止水丢失。 图。 2 是固定式应用的典型安装。 将电池存放在两侧的能力可实现节省空间的机架系统,并允许轻松访问电池端子进行维护检查。

重组方面对许多人至关重要,尤其是远程固定安装。 这意味着电池维护可以以更长的间隔进行,因为不需要补水。 它还消除了对昂贵的通风设备,这些设备旨在清除电池充电时产生的潜在爆炸性气体。
被水化电池的气体演化问题源于铅酸电池的电化学。 氢气和氧气的生产可以在非常低的电池电压下进行。 图。 3显示了气体演化速率与铅酸电池电压的关系。

Fig 3 Oxygen and hydrogen evolution as a function of cell potentials 1
Fig 4 Oxygen recombination with hydrogen in a VRLA cell 1

在此图中,正极板和负板均显示为单个电位,区别在于整体电池电压。 可以看到,即使每个电池2.0伏特,也有从洪水系统进化出的可测量数量的气体,在2.4伏特时,水损失和气体生成也是相当大的。 因此,在正常循环工作期间,电池的重组设计是确保安全安装的最佳方法,其水损失最小或无损失。

为了了解凝胶电池如何能够促进重组反应,我们需要查看凝胶电解质在使用时的结构。 然而,首先,了解导致水电解的反应,然后对氢和氧进化(气体)的了解是有用的。

电解导致的水分解相当简单:

整体 2H2O = 2H2(g) = O2(g)

正 2H2O = O2(g) = 4H= 4e (氧化)

负 2H= ±2e = H2 (减少)

在这两种情况下,阴极和阳极都有气体释放,因为添加电子(负极)或去除电子(正极)的电化学作用。 气体或离子重新组合形成水的方法并不完全了解,有不止一个解释。 最广为接受的是:

O2 = 2pb = 2pbo

2pbo = 2h2所以4 = 2pbso4 = 2h2O

2pbso4 = 4h= 4e = 2pb = 2h2所以4

在此模型中,有必要说服正氧产生的气态氧,以负板运动。 这不会发生在一个洪水铅酸细胞与液体电解质。

当氧气和氢在液体电解质中产生时,它们形成气泡,这些气泡上升到表面,然后进入细胞的头部空间,并最终释放到大气中。 然后,这些气体无法进行重组。 然而,在凝胶电解质中,由凝胶干燥产生重组作用,在结构中形成小裂缝和裂缝。 在这种情况下,由于气体演化产生的压力,由水电解形成的氧气能够从正极迁移到负极。

小裂缝和裂缝能够储存气体,然后通过扩散通过凝胶迁移到基质中的其他空隙,直到电极之间的距离充满气体(图4)。 然而,与演化速率相比,重组反应相对缓慢,这意味着电池的内部压力在充电过程中增加。 压力减压阀防止气体排出,在充电过程结束后,它们可用于重新组合。
这一范围的两个主要特征是,首先,它重新组合充电产生的氢气和氧气,回到电解质中的水,使其基本上在封闭空间内免维护和安全。

其次,它有一个管状正板,在深度放电条件下提供更大的活性材料保持,从而提供更长的循环寿命。 OPzV 电池系列本质上是一种深度放电、高循环寿命、免维护的铅酸电池。 由于其固定电解质,它也有其好处,能够存储在其一侧,而在操作中,没有酸泄漏从通风口。 从本质上讲,这种方向使电池成为前端子设计,除了其他优点外,还具有类似的操作优势。

然而,这两个优点也有缺点:高深循环寿命确实以高速率放电或冷曲能力为代价,与AGM平板相比,这两种能力都明显较低。 气体重组比气体生成速度慢得多。 因此,充电过程比淹没的电池需要更长的时间,通常长达 15 小时。

考虑到上述讨论,很明显,OPzV 电池的这种设计最适合那些难以维护电池的应用,并且需要频繁、可能定期的深度放电以及漫长的日历和循环寿命。 由于其 CCA 性能相对较低,放电配置文件通常为 0.2C 安培或更短的电流抽取,在几个小时内。 虽然可以公平地说,OPzV 电池和电池可以在正常占空比内提供间歇性、相当高的放电电流,高达 2C 安培。

充电时间通常为 12 到 15 小时来为电池充电,这限制了充电时可产生的气体量。 这是通过电压限制充电实现的,通常每个电池为 2.23 至 2.45 伏。 图。 5 显示了 OPzV 电池的典型充电配置文件。 这将减少进入电池的电流,从而延长充电时间。 这也是考虑不同电池市场及其运营状况时的重要因素。 考虑到这些考虑,OPzV 电池最合适的应用主要是重型和工业性电池。

Fig 5 Recharging OPzV at 2 4 VPC 1
Fig 6 Stationary markets overview 1

从两个市场领域的广泛类别看,我们有:
• 固定式
– 太阳能:柴油混合动力,离网发电和储存,国内存储
– 贝斯
– 待机电源
UPS

• 铁路
– 紧急照明
– 柴油起动器
– 信号
• 牵引力
– 仓库:叉车、电动手车、AGV
– EV:高尔夫球车,里克肖

• 休闲:
– 海洋
– 大篷车
– 露营

在上述应用中,需要频繁深度电池放电,并有时间完全充电,OPzV 电池最适合。 在固定电池应用中,太阳能、BESS 和备用电源会勾选所有方框。

对于铁路应用,列车照明、空调电池和铁路信号电池是 OPzV 电池的最佳应用。 铁路需要一个深循环电池,能够在停电时进行深度放电循环。 这最好由管状电池板而不是平板电池提供。 考虑到铁路庞大的运营网络,像OPzV电池这样的免维护电池对铁路来说是一个福音。

OPzV 电池系列不适合牵引车电池和叉车电池等牵引装置应用。 有一些实际考虑,例如使用易碎 ABS 容器,而不是叉车蓄电池中使用的聚丙烯外壳。 如果将非灵活的 ABS 电池罐紧密包装在叉车的钢制电池托盘中,它很容易断裂。 Gel OPzV 电池设计需要更多活性材料,这将增加叉车电池的标准尺寸。

休闲市场通常选择更轻的重量和更高的能量密度单体,特别是对于大篷车和露营应用。 船舶电池应用通常也是如此,除了电动船外,船用船用电池用于制冷、导航和照明等用途大致相似,而且与露营一样,电池储存空间有限。

OPzV 电池的主要用途是固定式电池市场。 该扇区所有细分的通用线程是电池的位置是固定的。 图。 6 给出了工业电池市场细分,主要应用于电信、UPS、备用电源和电池储能系统 (BESS),占全球 150 亿美元市场的份额的 90%。 与牵引、休闲和轨道应用(信号除外)不同,固定电池固定在单个位置,通常硬接线到电源系统中。 然而,相似性就到此结束。

某些应用(如电信中的 UPS 和 BESS 中的负载均衡/频率控制)将需要在随机间隔内短暂或短时间释放高功率,在充电时花费大量寿命,而其他应用(如太阳能和备用电源)将定期深度放电。
因此,OPzV 电池最适合那些经常或随机、但肯定经常被深度放电的固定市场部门。 在此类别中,我们可以包括所有太阳能装置,而更大规模的柴油/太阳能混合装置是 OPzV 电池更持久、更坚固的结构的理想之选。

OPzV 电池的免维护方面在这里非常重要,尤其是在偏远地区,那里的电池加满成本将非常昂贵,并且增加了成本,从而降低了提供商的投资回报率。 同样,国内安装得益于在保持电池电解质水平方面缺乏所需的专业知识。 过度,在电池的错误充电状态 (SoC) 加注,甚至忽视是国内电池使用中的常见功能。

OPzV 电池的用武用是什么? 储能

在所有固定类别中,可能是新兴的 ESS 市场,一些人认为,到 2035 年,该市场将达到 5460 亿美元,这为 OPzS 设计的开发提供了最大的机会。 表 1 列出了 BESS 类别中不同电池的插座,而图则。 7 提供了按主要用途显示的全局存储容量图表。 其中,需求响应和能源销售是最有可能需要定期深度排放的用途。 在所有这些情况下,这些装置很可能在 1 MWh 或更大,位于发电站或配电变电站附近,可自动或远程运行。

表 1 在公用设施及仪表秤后面商业使用 BESS

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
Fig 7 Global battery storage capacity by primary case use 1
Fig 8 Indias cumulative installed power capacity mix 1

另一个,目前有限的应用是EV充电站。 在电网供应旁边拥有 BESS 有许多优点。
由于所有这些原因,免维护、深度放电的 OPzV 电池具有高循环寿命是最佳选择。 此外,铅酸的低成本/千瓦时,使这种OPzV电池和化学设计成为为 BESS 站和变电站实现良好投资回报率和低资本成本选择的理想之选。

再生能源
BESS市场的一个主要部分是可再生能源。自然能源,主要是太阳能和风能,在成为许多国家能源生产总量的主要贡献者方面正在取得迅速进展。图8。显示印度目前可再生能源发电装机容量占电力供应总量的比例超过 35%。在所有可再生能源部门中,增长最快的技术可能是太阳能。.

2018年,太阳能产能增长了约24%,亚洲以64GW的增长(2018年全球增长约70%)成为全球增长的主导。 风能和太阳能都是储能的理想之选,因为它们不能按顺序打开和关闭。 国际可再生能源协会(ARENA)预测,到2050年,光伏发电量将达到8519GW,成为全球第二大能源。 9. 这一趋势被认为适用于网内和离网应用,国内安装的增长率与工业和电网规模企业大致相同。

Fig 9 IRENA projection to 2050 for PV installed capacity in total Renewable Sources 1
Fig 10 Site power requirements for Telecom installations for 2G 2 – 4G and 5G according to Huawei 1

最大的变数显然是风能,在产生能量时储存能量,并满足其需要时释放能量的能力是一大优势。 使用储存的能量可以满足高峰需求期,即使风不吹,太阳不照耀。 这可能意味着大幅削减对能源发电的资本投资。 大多数国家/地区的峰值电力需求约为后台用电量的 3 到 5 倍,每天只需几个小时。 例如,在英国,早晚的峰值需求约为 69GW,大约 2 小时。

这与一天中其他 20 小时稳定的 20 到 25 GW 基本需求形成鲜明对比。 与其让能源发电机因产能过剩而长时间闲置,而是让更少的风力涡轮机发电机全天满量运转,将能量储存在电池中,在需求高峰期使用,这是有道理的。

什么是电信中的 OPzV 电池?

电信和待机电源。
目前,电信塔占全球能源利用的1%左右。 随着离网塔的建造速度以每年 16% 的速度进行,在提供安全、一致的电力同时减少 CO2 排放方面面临挑战。 因此,结合柴油发电机、电池和太阳能电池板的离网电力解决方案正在增加。 燃料成本的上升也导致高运营成本。 如果我们加上这些日益严格的政府和环境条例,那么就会出现一种全球情况,即柴油的使用将受到限制,从而为使用可再生能源以及电池储存铺平道路。

典型的远程电信塔将由柴油和太阳能的混合能源系统提供动力,使用电池储存太阳能将减少柴油燃料消耗。 根据空间站的大小,100% 的太阳能可以与电池存储一起使用,以便夜间使用。 然而,不仅更多的塔正在建设中,而且每个站的能源需求也在增加,特别是随着5G网络图的引入。 10. 免维护的 OPzV 电池在每个周期的成本方面具有显著优势,并且在远程电信安装中也提供了最高级别的可靠性和性能。 通常,这些工作站需要频繁、长时间的电池放电,无需维护或定期检查。

休闲
其余的休闲和铁路类别有一些独特的方面。 这两种车辆都携带电池,用作照明和其他支持系统的电源。 在大多数情况下,蓄电池不是移动车辆的电源,但它仍然定期深度放电。 在船舶使用的情况下,它可以用于航行系统或船上的冰箱,并由柴油发动机或太阳能电池板充电,具体取决于船的设计。

然而,例如,对于电运河船,这将是一个牵引应用与FLT或EV相同的使用模式。 在所有情况下,OPzV 电池的深度放电和长周期加上缺乏维护是这些应用所需的特性。

什么是 OPzV 电池? 铁路

在大多数标准标题下,铁路能源需求很难分类。 然而,在该组中,有固定信号的类别。 这实际上具有与太阳能相同的电池要求。 列车照明电池和空调电池的类别虽然在移动平台上,具有类似的深度放电要求,但不规则且不可预知,因此与备用电源应用的要求相似。

因此,深度放电 OPzV 电池是列车照明电池和空调蓄电池的最佳选择,特别是因为它们不需要昂贵的维护,并且将避免因维护不周而损坏的可能性。 另一类铁路柴油起动更接近 SLI,而不是工业要求,OPzV 电池不适合此用途。 在柴油机车中,有一个单独的柴油机车起动器电池。

到目前为止,所讨论的电池应用基于当前的市场需求。 然而,电化学储能的新兴应用尚未商业化。 一个新的要求是电动汽车充电站。 电池储能在该应用中具有益处有几个原因。 首先,由于电动汽车的快速和多重充电,输出激增将大于进货供应量。 在这种情况下,使用存储的电池能源将减少对电网供应的需求,这意味着电力分站需求更小,资本成本更低。

其次,由于将存储的电池能量用于需求峰值,可以避免峰值需求电荷,这将导致电网的恒定低功耗。 第三,电池储存还将通过使用可变可再生能源,在光伏阵列或风力涡轮机产生能量时储存能源,并利用这种能源补充电网供应。 所有这些都大大降低了资本支出和运营成本。

另一个可能的OPzV电池应用源于利用电信塔发电的机会,通过建设多余的可再生能源容量,通过微型电网向周边社区销售电力。 这不仅有助于通过为运营商提供额外的收入来源来降低电信塔的建设和运营成本,而且使电网不发达的国家能够向偏远社区提供急需的电力。

在所讨论的所有OPzV电池应用中,OPzV电池的结构、化学成分和设计是满足市场需求的关键。 铅酸化学的使用,具有高循环寿命,低资本和运行成本,几乎零维护的特点,使OPzV电池系列的逻辑,如果不是无与伦比的选择,大多数固定应用。 同时,建筑的材料、设计和质量也同等重要。 所有产品必须具有优质质量,以确保当 OPzV 电池每天放电和充电时,板能够承受正活性材料 (PAM) 的日常膨胀和收缩。

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