Vývoj systémů pro akumulaci energie při využití Li-Ion baterií. Říjen 2011 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd

Vývoj systémů pro akumulaci energie při využití Li-Ion baterií

Říjen 2011 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

当資料に関するあらゆる著作物・知的財産は三菱重工業株式会社に帰属します。

Obsah １．Úvod ２．Situace ve vývoji Li-Ion sekundárních baterií ３．Vývoj aplikací ４．Energetický systém příští generace

ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


Odhad poptávky po akumulátorových bateriích (Odhad fy Fuji Keizai Group 2010) Odhad celkové poptávky (částka: 100 mil. JPY) 全体需要予測（金額：億円）

100 mil JPY 億円

22,500

19,511

20,000

3,365

17,500 15,000

11,317

10,000

1,655

7,237

7,500

5,639

5,000

974 1,418 3,247

定置用 Stabilní Průmyslové 産業車両 vozy 自動車・HEV等 Automobily, HEV

2,403

1,096 1,671

12,087 7,259

4,470

0 2009年推定 Odhad 2009

2010年予想 Předpověď 2010

2012年予想 Předpověď 2012 2015年予想 Předpověď 2015

年度 ROK Průměrná hodnota baterií ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Výměna za baterie Li je závislá na poptávce

4,059

12,500

2,500

Nejrozšířenější jsou baterie NaS a baterie na bázi olova systémů pro dodávku energie

23tis. JPY/kWh

29 tis JPY/kWh

34tis JPY/kWh

Nejrozšířenější jsou baterie na bázi olova pro vysokozdvižné vozíky

38tis JPY/kWh


Výkon a charakteristika Li-Ion baterií （4）možné rychlonabíjení （5）snadný přístup k vysokému proudu （6）trvanlivé

Hustota váhy (Wh/kg)

Lehké

（1）lehké, kompaktní （2）nemají paměťový syndrom （3）využití i při nízkých teplotách

200

150

Li-ion sekundární baterie

100

Ni-MH kompaktní

50

Ni-Cd

Pb 100

200

300

400

500

Hustota napětí(Wh/L) ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


Využití sekundárních Li-Ion baterií

Elektronika, mobilní telefony

Přesun

Li-Ion baterie Napojení na sítě


Nouzový stav, vyrovnání zátěže


Vývojová křivka sekundárních Li-ion baterií MHI přesun Pro EV (baterie na bázi polymerů)

přesun

Prodej

Zahájení společného výzkumu s Kyushu Electric Power Ltd.

Vývojové fáze Výzkum a vývoj jednotlivých částí baterií

šíření

systemizace

Stabilní

Technologie výroby/vývoj a uvádění na trh

UPS・při nouzovém stavu

Stabilní (mangan) Akumulátory pro domácnosti i průmysl

1988 ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

1996

Propojení s obnovitelnými zdroji energie

2001

Projekt NEDO

2006

2009


２. Vývoj sekundárních Li-ion baterií



Příklad specifikací baterií Vzhled

Specifikace Články 185Wh

Využití ●Stabilní ・Skladování energie ・Usnadnění napojení na síť ・Pomocné služby ●Pohyblivé ・EV ・Průmyslové vozy U pohyblivých typů lze využít při elektrizaci, hybridizaci a tzv. „plug-in“ hybridizaci ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Nominální výkon

50Ah

Průměrné napětí

3.7V

Hustota energie

132Wh/kg 265Wh/L

Max. proud

100A（kontinuální） 300A（10 sek.）

Výkon

3350W （SOC50％，25℃，10s）

Rozměr

W110×D38×H166.5mm

Váha

1.4kg

Pracuje se na vývoji baterií s vysokou kapacitou a výkonem


Srovnání tvarů baterií Různí výrobci v Japonsku pracují na vývoji struktury baterií a jejich jednotlivých částí. Hranaté články disponují volumetrickou účinností a dobře uvolňují teplo.

Oválné bateterie

Hranaté baterie

Li+

=

+

正極

※2∼3Ah/článek

Modul oválných článků

Hluchý prostor ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

ｾﾊﾟﾚｰﾀ

‐

負極

Modul hranatých článků

Účinný objem


Příklad elektrického výkonu (vybíjení při 25℃)

Článkové napětí/V

4.5

0.5C(25A)

4.0

1C(50A)

3.5

2C(100A)

3.0

2.5 0

10

20

30

40

50

60

Kapacita vybíjení/Ah

Nabíjení : 1C-CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] Vybíjení : CC [ 2.70V cut ] Teplota : 25℃



Příklad elektrického výkonu(nabíjení při 25℃） 4.5 0.5C(25A)

80

1C(50A)

60

3.5

Proud/A


4.0

100

2C(100A)

40 3.0 20

2.5

0 0

10

20

30

40

50

60

Kapacita nabíjení/Ah

Nabíjení : CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] Vybíjení : 1C-CC [ 2.70V cut ] Teplota : 25℃



Příklad elektrického výkonu (Vybíjení při nízké teplotě 50A) 4.50 25℃


4.00

45℃ 0℃

3.50

-15℃

3.00

2.50 0

10

20

30

40

50

60

Kapacita vybíjení/Ah

Nabíjení : CC/CV [ 4.15V cut/ 0.02C cut ] *Teplota při nabíjení. : 25℃ Vybíjení : 1C-CC [ 2.70V cut ] *Teplota při vybíjení: -15℃/0℃/25℃/45℃ ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


Charakteristika řídícího okruhu（BMU,CMU） Charakteristika

Průběh zpracování Monitoring stavu jednotlivých baterií

měnič

BMU（Řídící jednotka baterie） CMU(Jednotka monitorování článku)

Hodnota napětí BBU CPU teplota

Teplota baterie

• Vyváženost článků • Ochrana proti přebití • Ochrana proti přílišnému vybití • Nadproudová ochrana • Detekce teplotních abnormalit • Detekce abnormalit zařízení

Vstup, výstup

modul（4 články） modul モジュール

Detekce abnormálního stavu

Zastavení nabíjení a vybíjení


modul モジュール


Budoucí prognóza (vývoj článků)

Hustota energie(Wh/kg)

Stabilní baterie pro 200 EV

Články MHIl

NaS baterie ●baterie

spol. G

100

●baterie spol. A ●baterie EV spol. F ●baterie spol. B

Olověné baterie ●baterie spol. C Ni-MH baterie

Baterie spol. E●

Baterie spol. D●

Hybridní vůz

Pro ＨＥＶ 500

1000

1500

2000

Hustota výkonu ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

2500

3000

SOC:50% 25℃、10s vybíjení


３． Vývoj systémů v Japonsku



Příklad využití stabilních baterií Malé zdroje energie

Systém

Systém 10∼500kWh

10kWh

Systém více než 500kW h （kontejnerový systém） Probíhá vývoj

Rodinný dům

Systém akumulátorů pro snadné napojení na síť （ testování ＮＥＤＯ）

Větrná elektrárna

Megasolar

Mikrosíť

Továrna

V továrně Testování v Kyushu Electric Power Ltd. Samoobsluh a Zdroj při nouzovém stavu

Rychlonabíjení EV Vůz pohyblivého zdroje energie

10

Testování ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

100

1000

výkon（kW）

Probíhá vývoj

当資料に関するあらゆる著作物・知的財産は三菱重工業株式会社に帰属します。 MHI Confidential

Příklad využití mobilních typů Průmyslové vozy

Infraelektrizace Představa

Představa

Vysokozdvižný vozík

Vůz pro výškové práce

Hnací jednotka OEM

Stavební stroje

Elektrický autobus

Železnice

Náhrada za olovo

Představa

イメージ Představa

Rypadlo

Hydraulické těžební stroje


Bagr

Vysokozdvižný vozík s elektrickou baterií


Výrobky① - akumulátory pro domácnost Skladování solární energie a noční energie a jejich využití dle potřeby. V současnosti je jeden ze státních projektů zaměřený na vývoj systémů HEMS. ※Home Electric Management System (Řízení elektřiny domácností) Hlavní funkce ・Nouzový zdroj energie při katastrofách ・Akumulace obnovitelných zdrojů energie, vybití ・Systém energetických špiček ・Regulace energií v rámci komunit (státní projekt)

Ověření zařízení akumulace energie pro domácnost (Eco Sky House@Yokohama) ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Specifikace (starší typ)

Střídavé napětí

1.5kW （vybíjení） 1.8kW （nabíjení） 8h 1φ3W AC101/202V （50/60Hz）

Energetická účinnost

83%

Rozměry

W600×D550×H1625mm

Nominální proud Doba vybíjení

Systém akumulace energie pro domácnosti 1.5kW (starší model)


Výrobky② akumulátory pro budovy, obytné domy Systém nosičových akumulátorů odpovídající velikosti pro budovy a obytné domy Hlavní funkce ・Nouzový zdroj energie při katastrofách (výtah, vodní čerpadla atd.) ・Akumulace obnovitelných zdrojů energie ・Přesun špiček

Vysoce funkční budova se systémem akumulátorů a solárních baterií ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Specifikace Kapacita

100kW/120kVA

Napětí

200V

Kapacita baterie

34kWh/mřížka

Zpětná reakce

20ms（0→100%）

Přidané funkce

P/Q.kompenzace průhybu、 Hitachi

Rozměr

W1150×D750×H2000mm

Baterie modulu Systém nosičových akumulátorů


Výrobky③ systém vyrovnávání obnovitelných energií Od roku 2006 NEDO pracuje na vývoji akumulátorů pro snadné napojení na síť za použití sekundárních Li baterií. MHI pracuje na vyrovnávání výkyvů solárních energií a od září 2010 provádí testování napojení do soustavy. Upravený výkon

soustava 商用電源

Výkon solárních baterií

Zařízení pro solární energii（továrna Isahaya）

―

10kW

∼

―

10kW

100kW solární baterie 太陽光発電


∼

―

100kW zatížení

∼ ―

負荷

∼

Pohled na akumulátory （uvnitř továrny）

Výkon Li baterií

Spínač

系統連系スイッチ

―

∼

―

―

― ―

―

― ―

―

10kW

120 kWh Baterie Li


Výrobky ③Systém vyrovnávání obnovitelných energií (příklad testovacího zařízení)

Li リチウム電池 Baterie Zařízení pro nabíjení ユニット充放電装置1 a vybíjení 1

Liリチウム電池 Baterie Zařízení pro nabíjení a ユニット充放電装置2 vybíjení 2

入出力・ Vstup, výstup Přepínač soustavy 系統連系スイッチ盤 Kontrolní panel 負荷・太陽光分電盤 solární energie a zátěže

リチウム電池ユニット盤1 Li Baterie Zařízení pro nabíjení a (空調付き) vybíjení 1 s klimatizací

リチウム電池ユニット盤2 Li Baterie Liリチウム電池 Baterie (空調付き) Zařízení pro nabíjení a Zařízení 3 ユニット盤3 vybíjení 2

Napájecí zařízení Li Baterie リチウム電池 Zařízení 4 ユニット盤4

負荷装置

s klimatizací

Obrázek systému Li baterií 120kWh ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


60

40

50

30

40

20

30

10

20

0

10

-10

0

-20

Solární energie Nabíjení a vybíjení Li baterií

Příjem energie

-10

80

-30

60

-20

70

-40

50

7

8

9 Hodiny

10

11

12 13 時間[h]

15

16

17

18

40

60 50

20

40

10 0

30

-10 20

Li baterie – energie nabíjení a vybíjení

Solární energie za 1 den a energie do soustavy

14

30 有効電力[kW]

6

Li電池充放電電力[kW] SOC[%]

50

Li電池充放電電力[kW] SOC[%]

70

Li baterie – energie nabíjení a vybíjení

Účinný výkon

有効電力[kW]

Výrobky ③Systém vyrovnávání obnovitelných energií (příklad evaluace) 80 60 SOC

-20 10

-30

0

13:30

13


14:00

時間[h] 1hodina

-40

14:30

14


Výrobky ④ skladování energie velkokapacitních zařízení

Systém skladování energie kontejnerového typu

MHI drží primát ve vývoji tohoto systému v Japonsku Na vývoji pracují také společnosti v Číně a USA

Hlavní využití

・Vyrovnávání obnovitelných energií

Kontejnerové skladování energie 1∼2MW (mimo počítač) ・regulace frekvence a napětí v soustavě

Představa přepravy

Vyrovnání obnovitelných energií ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Využití v postižených oblastech

・skladování energie ・opatření při nouzovém stavu nebo výpadku energie (pracuje se na vývoji)

Pro budovy a obytné domy

Pro továrny a nemocnice


Výrobky ④ skladování energie velkokapacitních zařízení  (př. vývoje) MHI provádí testování v Japonsku

Kontejner baterií v nákladním voze

PCS kontejner

34kWh nosič

12ks

Kontejner na baterie PCS kontejner a kontejner na baterie postavený v loděnici v Nagasaki



Výrobky ④ skladování energie velkokapacitních zařízení(př. výrobků) Výkon

Max. 1,000kW

Kapacita

Max. 408kWh

Napětí

480V (AC)

Rozměr baterie

(12192 x 2438 x 2896mm)

Rozměr PCS Přídavná zařízení

Nosič baterií


Kontejner 40 stop Kontejner 20 stop (6096 x 2438 x 2896mm)

Klimatizace Hasící zařízení atd.

PCS


Výrobky ④ skladování energie velkokapacitních zařízení(funkce a účinek) Funkce Účinek Přesunutí špiček

Náhrada malokapacitních elektráren

Opatření proti nedostatku a výpadku energie

Zálohový zdroj Nouzový zdroj

ＰＣＳ

Snížení paliva

Okamžitá rezerva Rychlé vybití

Mikrosíť Využití fotovoltaiky a větrné energie ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ

Implementace obnovitelných energií ve velkém měřítku


Využití velkokapacitních akumulátorů -1 ① Krátkodobé přizpůsobení ・Potlačení velkých fluktuací v průběhu špiček a vyladění

②Středně a dlouhodobé přizpůsobení ・Harmonizace energetických fluktuací po několik hodin ・Postupné vyladění výkonových výkyvů např. při přerušení provozu větrných elektráren



Využití velkokapacitních akumulátorů -2 ③Doplňkové služby ・Dodávka energie při změnách zatížení a změnách frekvence. ・Provozní rezervy pro 30 min. spuštění generátoru a eliminaci zátěže

④Využití pro mikrosítě ・Na území s komplikovaným zaváděním distribuční el. sítě uskutečnit stabilní dodávku obnovitelných energií ・Zvýšit účinnost provozu dieselových generátorů pro mikrosítě ke zlepšení spotřeby paliva. （systém uskladnění energie v pravomoci MHI）

Akumulátor

Větrná elektrárna

Akumulátor

Energetická křivka

EMS

Řídící počítač

Solární energie

Komunikační křivka

Energie ze spalování

Domácnost

Veřejná budova

Škola

Představa mikrosítě na ostrovech ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


Výrobky⑤hybridní vysokozdvižný vozík Několik společností v Japonsku zahájilo prodej hybridních vysokozdvižných vozíků ve třídě 4 – 5 tun. Výrobky:MHI GRENDiA EX Hybrid

Bateriový modul

systém：sériový・paralelní manipulace：paralelní Charakteristika：malý motor(snížení emisí) Standardní motor má o 39% vyšší spotřebu paliva

Snížení CO2 o １４.６ｔ／rok※ ※ testování provedeno za předpokladu, že vozíky ve třídě ５t budou v chodu 300dní、8hodin/den



Výrobky ⑥Testování elektrických autobusů Ministerstvo dopravy（Testování ve městě pro zlepšení životního prostředí）Kjóto, Aomori H21年度 2009FY

NÁSTIN PROJEKTU Ministerstvo dopravy se účastní ve městě Kjóto a Aomori “Plánu budování města“ s využitím automobilů vhodných pro životní prostředí V únoru 2011 naše společnost plánuje otestovat elektrický autobus před radnicí v Kjótu V březnu 2011 naše společnost plánuje uvést do provozu autobus, který bude jezdit mezi nádražím Shin-Aomori a centrem města

2009 交通分野での

Plán CO2削減推進 snižování 計画 v CO2 dopravě

Testování 実証試験展開 (návrh) （案）

環境モデル都 Návrh plánu modelového 市行動計画の prostředí ve městě 策定

H22年度 2010FY

H23年度 2011FY

2011

2010

EVﾊﾞｽを活用

EVﾊﾞｽの適用 Vhodnost EV autobusu 性検討

Zkoumání využití EV autobusů pro した次世代交通 příští generace v ｼｽﾃﾑの検討 dopravě

EVﾊﾞｽ実証実 Testování EV autobusu

Proveditelnost 次世代交通 systémů příští generace v ｼｽﾃﾑのFS・ dopravě

験

H24年度

2012FY 2012

次世代交通 Předvedení systémů dopravy ｼｽﾃﾑの実証 příští generace

H25年度∼ 2013FY∼

2013

Regionální rozvoj

地域展開

Testování systémů 次世代交通 dopravy příští ｼｽﾃﾑ実証実験 generace

【Charakteristika el. autobusů】 Specifikace bez schodů Velký autobus poháněný výhradně elektrickou energií Akumulátor Li-ion baterie 60kWh Max. výkon 160kW Počet pasažérů 65 Vzdušná vzdálenost 30km Eliminace CO2 30t ／rok・vůz (porovnání s původním dieslovým motorem Komerční využití el. energie)



４． Energetická společnost příští generace



Návrh infrastruktury společnosti příští generace Ø  Vytvoření elektrárenského komplexu s důrazem na obnovitelné zdroje energií a tepelné energie Ø  Interpolace nedostatku dodávky energie vzájemným propojením v síti Ø  Maximální absorpce výchylek obnovitelných zdrojů energií akumulátory Ø  Nejsou těkavé jako fosilní paliva. Směřování ke stabilní energetické infrastruktuře Inteligentní společenství

Výměna energie

Elektrárenský komplex

Vnitřní výměna

Elektrárna



Japonský projekt - testování energetických systémů příští generace Ø  Projekt se uskutečňuje na čtyřech místech v Japonsku jako dotace Ministerstva hospodářství KEIHANNA (účast MHI) ・EM（Science city）・Ekodům ・Infrastruktura dobíjení EV ・Elektrický autobus

Kitakjúšú (účast MHI) ・Zavedení inteligentních elektroměrů ・EM（Průmyslové město）・HEMS, BEMS

Jokohama ・EM (městské budovy) ・Ekodům (BEMS) ・Infrastruktura dobíjení EV

Toyota ・EM (rezideční čtvrtí) ・Ekodům (HEMS) ・Infrastruktura dobíjení EV ・V2H EV ＢｕｓｉｎｅｓｓＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ


Inteligentní město se systémem akumulátorů Úspory energie napojením na různé typy akumulátorů a stabilizace soustavy Zastavení volnoběhu kotvících lodí

Snížení CO2 v přístavu

Snížení CO2 ve městě

Elektrický remorkér Hybridní jeřáb

pobřeží

přístaviště Uvnitř budovy

Úspora energií

Hnací ústrojí z Li Elektrický hybridní vysokozdvižný vozík

trh

Systém řízení budov BMS

Komerční zóna

Snížení CO2 na místě

Dočasný zdroj snížení CO2 Obydlí - sníženíＣＯ2

El. kontejner

El. kontejner

Společenské centrum


staveniště Systém akumulátorů v domácnostech


Děkuji za pozornost!



Vývoj systémů pro akumulaci energie při využití Li-Ion baterií. Říjen 2011 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd

Recommend Documents