資料介紹
??通過制成模塊來削減成本
??③的低價(jià)位對(duì)擴(kuò)大市場(chǎng)很重要。不過,不僅要求降低蓄電元器件的價(jià)格,還應(yīng)該綜合考慮蓄電系統(tǒng)的設(shè)置環(huán)境和壽命等因素,以降低系統(tǒng)整體的成本。
??大型蓄電元器件并不是只要便宜就好的產(chǎn)品,其長(zhǎng)期可靠性非常重要,一旦發(fā)生問題就會(huì)失去市場(chǎng)的信賴,最終會(huì)造成巨大損失。
??在實(shí)際使用條件下,不是單元單體使用,而是需要制成模塊,以確保既定的電壓或輸出功率,因此必須實(shí)現(xiàn)模塊的低成本化。
??LIC可由以下3點(diǎn)來削減模塊成本:①單元單體的電壓較高,可減少單元數(shù)量;②高溫耐久性出色,設(shè)置條件比較寬松;③可削減管理成本。
??關(guān)于①,制成既定電壓的模塊時(shí),單元電壓越高,使用的單元數(shù)量越少。例如,電壓為300V時(shí),需要120個(gè)EDLC的2.5V單元,而使用LIC的3.8V單元只需80個(gè)即可。
??由于②的特性,可在比較廣泛的溫度條件下使用。像LIB那樣,需要進(jìn)行非常嚴(yán)密的溫度管理時(shí),則設(shè)置場(chǎng)所會(huì)受限。但如果高溫耐久性出色,可放寬對(duì)溫度環(huán)境的限制,因此設(shè)置場(chǎng)所的自由度較高,能為削減成本做出貢獻(xiàn)。
??③的管理成本,是指蓄電元器件的管理系統(tǒng)“Battery Management System(BMS)”相關(guān)的成本。LIB等充電電池的充放電曲線會(huì)隨著電流值和溫度環(huán)境發(fā)生巨大變化,因此為管理充電狀態(tài),BMS會(huì)花費(fèi)成本。
??LIC如圖3所示,充放電曲線的斜率不會(huì)隨著電流值發(fā)生大幅變化。這種趨勢(shì)也不會(huì)隨溫度而變化,只需管理電壓就能掌握充電狀態(tài),因此可降低BMS的成本。
??LIC即使輸入輸出時(shí)的電流值發(fā)生大幅變化,其斜率也不會(huì)改變,因此可輕松管理單元的充電狀態(tài)。
??電力再生市場(chǎng)占LIC的一大半市場(chǎng)
??以上介紹了LIC的一般特征,下面將介紹我們開發(fā)的LIC——EneCapTen的特征(圖4)。EneCapTen的單元采用重視散熱性的層壓構(gòu)造,可進(jìn)行大電力的充放電。壽命極長(zhǎng),達(dá)到10萬次以上。另外,考慮到環(huán)境負(fù)荷,沒有使用鉛等重金屬。
??單元采用層壓構(gòu)造(a)。45V模塊由12個(gè)單元構(gòu)成(b)。
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??模塊將根據(jù)用戶的性能參數(shù)設(shè)計(jì)。此外,表2所示的通用模塊現(xiàn)已上市,用于混合動(dòng)力車的4000F單元現(xiàn)正在開發(fā)中。
??目前,LIC的主要用途有以下四方面:①瞬低補(bǔ)償裝置和UPS(不間斷電源)等備用(Backup)市場(chǎng);②混合動(dòng)力車、起重機(jī)及建筑機(jī)械等電力再生市場(chǎng);③太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等負(fù)荷平均化市場(chǎng);④混合動(dòng)力車和復(fù)印機(jī)等電力輔助市場(chǎng)。
??其中,市場(chǎng)規(guī)模最大的是電力再生市場(chǎng),估計(jì)將占一半以上。不過,預(yù)計(jì)今后隨著智能電網(wǎng)領(lǐng)域的擴(kuò)大,太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等負(fù)荷平均化用途也將形成一個(gè)巨大的市場(chǎng)。
??作為瞬低補(bǔ)償裝置
??我們開發(fā)的LIC已經(jīng)在瞬低補(bǔ)償裝置和太陽(yáng)能發(fā)電負(fù)荷平均化等領(lǐng)域得到了采用。例如,瞬低補(bǔ)償裝置不同于可供應(yīng)5分鐘以上電力的UPS,可針對(duì)在1分鐘以內(nèi)的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的電力下降供給電力。??EDLC由于容量較小,最多只能補(bǔ)償雷電造成的數(shù)ms左右的瞬時(shí)電壓下降。而LIC的容量比較大,可用于電力公司自動(dòng)供電導(dǎo)致的停電以及從常用線路切換為備用線路時(shí)的停電等數(shù)秒左右的電壓下降(表3)。
??瞬低補(bǔ)償裝置并非設(shè)置在每臺(tái)設(shè)備上,而是通過統(tǒng)一補(bǔ)償整個(gè)工廠,從而可降低管理成本。瞬低補(bǔ)償裝置目前仍以鉛蓄電池為主流,但鉛蓄電池的漏電流大,需要花費(fèi)成為來維持電壓,因此今后有望被LIC取代。
??正在海島上做驗(yàn)證試驗(yàn)
??作為太陽(yáng)能發(fā)電負(fù)荷平均化的應(yīng)用事例,在日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的“平成21年度海島獨(dú)立型系統(tǒng)新能源導(dǎo)入驗(yàn)證事業(yè)”中,沖繩縣的與那國(guó)島(150kW)、北大東島(90kW)和多良間島(230kW)采用了我們的LIC(圖5)。
??沖繩電力在多良間島設(shè)置了230kW的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備,在實(shí)施使用LIC的負(fù)荷平均化驗(yàn)證試驗(yàn)。(攝影:沖繩電力)
??海島上存在的問題有用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電的發(fā)電成本高和需要為減輕環(huán)境負(fù)荷而削減CO2排放量等。作為對(duì)策,通過導(dǎo)入太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電,在減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電用燃料的運(yùn)輸量的同時(shí),還可削減CO2排放量。另外,由于海島上使用的是獨(dú)立的小規(guī)模系統(tǒng),可作為微型智能電網(wǎng)驗(yàn)證,因此已經(jīng)開始了驗(yàn)證試驗(yàn)。
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??與鉛蓄電池組合使用
??我們認(rèn)為,包括怠速停止系統(tǒng)(ISS)在內(nèi)的混合動(dòng)力車市場(chǎng)今后非常有潛力。電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力車等需要一定能量容量的汽車無疑最適合使用LIB。然而,對(duì)混合動(dòng)力車而言,輸出功率、再生效率和壽命比能量容量更為重要,與LIB和鎳氫充電電池等充電電池相比,LIC更合適(表4)。
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??具體地,我們打算在配備ISS的車輛上將其與鉛蓄電池組合使用。ISS可發(fā)揮兩個(gè)作用:①在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)器供電;②在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)及發(fā)電停止時(shí)供電。
??關(guān)于①向啟動(dòng)器供電,采用LIC可代替鉛蓄電池供給大電力。鉛蓄電池如果反復(fù)以大電力放電,會(huì)加速劣化。因此,通過將LIC與鉛蓄電池并聯(lián),從低電阻LIC中釋放大電力,可防止鉛蓄電池因發(fā)生大的輸出變動(dòng)而劣化。
??在鉛蓄電池上并聯(lián)我們的LIC時(shí)的電流和電壓變化如圖6所示。試驗(yàn)條件參考了混合動(dòng)力車的實(shí)車行駛模擬模式。從結(jié)果可知,較大電流的變動(dòng)LIC會(huì)予應(yīng)對(duì),鉛蓄電池不會(huì)發(fā)生大變動(dòng)。
??通過并聯(lián)鉛蓄電池和低電阻LIC,鉛蓄電池不會(huì)發(fā)生較大輸出變動(dòng),因而可防止劣化。
??另外,②的發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)和發(fā)電停止時(shí)向車載電裝品供電很重要。汽車一般以發(fā)動(dòng)機(jī)的皮帶驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)獲得能量,因此發(fā)電機(jī)直接與燃效相關(guān)。所以,采用使發(fā)電機(jī)脫離動(dòng)力源的構(gòu)造,可實(shí)現(xiàn)具有出色燃效的車輛。
??不過,即使發(fā)電機(jī)脫離動(dòng)力源,助力方向盤等電裝品也需要較大的電力。因此認(rèn)為,不僅是鉛蓄電池,還要追加LIC,方可實(shí)現(xiàn)大電力的供給。
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