УльтраБатарея

Принципиальная схема UltraBattery

UltraBattery является торговой маркой технологии свинцово-кислотных аккумуляторов , коммерциализированной компанией Furukawa Battery Co. Ltd. UltraBattery имеет тонкие углеродные слои на губчатом свинцовом активном материале для отрицательных пластин. Первоначальная идея объединения технологии ультраконденсаторов и технологии свинцово-кислотных аккумуляторов в одном элементе с общим электролитом пришла от Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO).

Введение

в США Исследования, проводимые независимыми лабораториями, такими как Национальные лаборатории Сандия , Консорциум усовершенствованных свинцово-кислотных аккумуляторов (ALABC), Организация Содружества научных и промышленных исследований (CSIRO) и коммерческие испытания, проведенные East Penn Manufacturing, Furukawa Battery и Ecoult, показывают, что по сравнению с обычными свинцово-кислотными аккумуляторами с клапанным регулированием (VRLA) технология UltraBattery имеет более высокую энергоэффективность, более длительный срок службы и превосходный прием заряда в условиях частичного состояния заряда (SoC). .

Сочетание двух технологий в одном аккумуляторном элементе означает, что UltraBattery работает очень эффективно по сравнению с традиционными свинцово-кислотными технологиями. во многом из-за того, что они могут работать в течение длительного времени в частично заряженном состоянии (pSoC), тогда как обычные свинцово-кислотные батареи обычно предназначены для интенсивного использования SoC (т. е. когда батарея близка к полностью заряженной). Работа в частичном диапазоне SoC продлевает срок службы батареи главным образом за счет уменьшения сульфатации и сокращения времени, затрачиваемого на работу при очень высоком и очень низком уровне заряда, когда различные побочные реакции имеют тенденцию вызывать износ. Обычная батарея VRLA имеет тенденцию быстро изнашиваться при работе в этом частичном диапазоне SoC.

История

Первоначальная идея UltraBattery пришла от CSIRO.

Разработка UltraBattery финансировалась правительством Австралии. Японская компания Furukawa Battery Co., Ltd также внесла свой вклад в разработку технологии UltraBattery, а правительство Японии частично профинансировало ее разработку через Организацию по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO).

В 2007 году компания East Penn Manufacturing получила глобальную головную лицензию на производство и коммерциализацию технологии UltraBattery для транспортных средств и автомобилей (на различных территориях), а также для стационарных систем хранения энергии (по всему миру, за пределами Японии и Таиланда, где Furukawa Battery является главным держателем лицензии). .

Министерство энергетики США также профинансировало UltraBattery исследования в области стационарных систем хранения энергии в масштабе сети. В 2007 году CSIRO создала дочернюю компанию Ecoult для работы на этом рынке. Ecoult также получила поддержку от правительства Австралии для дальнейшего развития Ultrabattery. В мае 2010 года американский производитель аккумуляторов East Penn Manufacturing приобрел Ecoult у CSIRO.

В марте 2013 года правительство Австралии объявило о дальнейшем финансировании в рамках Программы развития новых возобновляемых источников энергии Австралийского агентства по возобновляемым источникам энергии для дальнейшего развития технологии UltraBattery в качестве экономически эффективного накопителя энергии для жилых и коммерческих систем возобновляемой энергии.

Принцип хранения

Принцип хранения энергии UltraBattery такой же, как и у обычной свинцово-кислотной батареи. Слои углерода на отрицательном электроде действуют как места реакции восстановления Pb. ²⁺ ионы в Pb(0) и места хранения Pb ²⁺ ионы.

Жесткая сульфатация

При нормальной работе свинцово-кислотных аккумуляторов кристаллы сульфата свинца растут на отрицательном электроде во время разрядки и снова растворяются во время зарядки. Образование этих кристаллов называется сульфатированием. Со временем сульфатация может стать постоянной, поскольку некоторые кристаллы растут и сопротивляются растворению. Это особенно актуально, когда батарея вынуждена работать с очень высокой скоростью разряда, что способствует росту кристаллов сульфата свинца на поверхности электрода. При умеренных скоростях разряда кристаллы сульфата свинца растут по всему поперечному сечению электродной пластины (которая имеет губчатую консистенцию), поскольку электролит (разбавленная серная кислота) диффундирует через тело электрода, обеспечивая возможность реакции. происходят по всей пластине.

Но при очень высоких скоростях разряда кислота, уже находящаяся внутри пластины, быстро расходуется, и свежая кислота не может вовремя диффундировать через электрод, чтобы продолжить реакцию. Следовательно, реакция протекает по направлению к внешней стенке электрода, где кристаллы могут образовываться плотным слоем, а не рассеянными комками по всей пластине. Этот мат из кристаллов еще больше затрудняет перенос электролита. Затем кристаллы становятся крупнее, а поскольку более крупные кристаллы имеют большой объем по сравнению с площадью их поверхности, становится трудно удалить их химически во время зарядки, особенно потому, что концентрация серной кислоты в электролите, вероятно, будет высокой (поскольку только ограниченная на поверхности пластины образовался сульфат свинца), а сульфат свинца менее растворим в концентрированной серной кислоте (концентрация выше примерно 10% по массе), чем в разбавленной серной кислоте.

Это состояние иногда называют «жесткой» сульфатацией электрода аккумулятора. Жесткая сульфатация увеличивает импеданс аккумулятора (поскольку кристаллы сульфата свинца имеют тенденцию изолировать электрод от электролита) и снижает его мощность, емкость и эффективность из-за увеличения нежелательных побочных реакций, некоторые из которых происходят внутри отрицательной пластины из-за заряда, происходящего с низкая доступность сульфата свинца (внутри корпуса пластины). Одним из нежелательных эффектов является образование водорода внутри пластины, что еще больше снижает эффективность реакции. «Жесткая» сульфатация, как правило, необратима, поскольку по мере того, как в батарею поступает все больше и больше энергии, преобладают побочные реакции.

Поэтому, чтобы снизить вероятность жесткой сульфатации, обычные аккумуляторы VRLA следует разряжать с определенной скоростью, определяемой различными алгоритмами зарядки. Кроме того, их необходимо часто обновлять, и они наиболее подходят для работы на верхнем уровне SoC (заряженность от 80% до 100%). Хотя работа в этом ограниченном состоянии заряда уменьшает необратимую сульфатацию на отрицательном электроде, работа батареи исключительно при полной SoC или близкой к ней крайне неэффективна. Неэффективность во многом обусловлена ​​увеличением количества побочных реакций (например, электролиза), которые рассеивают энергию.

Наличие ультраконденсатора, встроенного в UltraBattery, ограничивает образование жесткой сульфатации внутри элемента. Это поддерживает способность батареи работать в течение длительного времени в частичной SoC, где батарея работает более эффективно. Обычные VRLA в некоторой степени ограничены в работе в неэффективной области при максимальной зарядной емкости, чтобы защитить их от повреждения сульфатацией. Продолжаются исследования причин, почему присутствие ультраконденсатора так успешно снижает сульфатацию. Экспериментальные результаты показывают, что присутствие углерода в ячейках VRLA имеет некоторый смягчающий эффект, но защитный эффект параллельно подключенного ультраконденсатора внутри UltraBattery гораздо более значителен. Хунд и др., например, обнаружили, что типичные виды отказа батареи VRLA (потеря воды, сульфатация отрицательных пластин и коррозия решетки) в UltraBattery сведены к минимуму. Результаты Хунда также показали, что UltraBattery, используемый в приложениях с высокой скоростью частичного заряда, демонстрирует пониженное выделение газов, минимальную жесткую сульфатацию отрицательных пластин, улучшенные энергетические характеристики и минимальную рабочую температуру по сравнению с обычными элементами VRLA.

Используемые материалы

Слои губчатого свинца и углерода образуют отрицательный электрод.

Раствор электролита состоит из серной кислоты и воды.

Сульфат свинца представляет собой белые кристаллы или порошок. При нормальной работе свинцово-кислотной батареи маленькие кристаллы сульфата свинца растут на отрицательном электроде во время разрядки и растворяются обратно в электролит во время зарядки.

Электроды состоят из свинцовой сетки с активным соединением на основе свинца – оксидом свинца – образующим остальную часть положительной пластины.

Приложения

UltraBattery можно использовать для различных целей хранения энергии, таких как:

• В электромобилей (EV) аккумуляторах
• Для хранения возобновляемой энергии и бесперебойной подачи электроэнергии из прерывистых источников энергии.
• В рамках эффективных гибридных энергосистем с электрогенераторами, работающими на ископаемом топливе.
• Оказание сопутствующих услуг электрическим сетям .

UltraBattery практически на 100 процентов подлежит вторичной переработке и может производиться на существующих предприятиях по производству аккумуляторов.

UltraBattery в гибридных электромобилях

При использовании в гибридных электромобилях ультраконденсатор UltraBattery действует как буфер во время высокоскоростной разрядки и зарядки, позволяя ему быстро обеспечивать и поглощать заряд во время ускорения и торможения автомобиля.

Тестирование производительности Ultrabattery в гибридных электромобилях, проведенное Консорциумом Advanced Lead Acid Battery, позволило проехать более 100 000 миль на одном аккумуляторном блоке без значительного ухудшения качества. Лабораторные результаты прототипов UltraBattery показывают, что их емкость, мощность, доступная энергия, холодный запуск и саморазряд соответствуют или превосходят все целевые показатели производительности, установленные для минимальных и максимальных гибридных электромобилей с усилителем мощности.

Ультрабатарея в микросетях

UltraBattery можно использовать для сглаживания и переключения (т.е. сохранения для дальнейшего использования) возобновляемых источников энергии в микросетях для улучшения предсказуемой доступности электроэнергии. UltraBattery также можно использовать в автономных микросетях, системах возобновляемой энергии и гибридных микросетях.Автономные микросетевые системы сочетают дизельное топливо или другое ископаемое топливо с аккумулятором UltraBattery для повышения эффективности производства энергии из ископаемого топлива. Включение накопителей энергии в систему уменьшает размер генераторной установки (т.е. массива генераторов), поскольку батареи могут справляться с пиками нагрузки. UltraBattery также снижает расход топлива генераторной установки, b

Системы возобновляемой энергетики сочетают в себе технологию UltraBattery с возобновляемым источником энергии для обеспечения местной электроэнергии. Гибридные микросети объединяют возобновляемые источники генерации с накопителями энергии UltraBattery и генераторными установками, работающими на ископаемом топливе, чтобы максимизировать эффективность генерации при базовой нагрузке. Это может значительно снизить стоимость энергии по сравнению с микросетями, работающими только на дизельном топливе. Они также существенно сокращают выбросы парниковых газов. Примером такого типа микросети является Проект интеграции возобновляемых источников энергии на острове Кинг (KIREIP). проводится Hydro Tasmania. Этот проект возобновляемой энергии мощностью в мегаватт направлен на снижение как стоимости доставки электроэнергии на остров, так и выбросов углекислого газа.

Многоцелевое назначение центров обработки данных

UltraBattery можно использовать для резервного источника бесперебойного питания (ИБП). В обычных системах ИБП батареи остаются практически неиспользованными до тех пор, пока не произойдет отключение сети. Поскольку UltraBattery может обеспечивать регулирование частоты и соответствующие сетевые услуги, она может приносить доход владельцу ИБП, одновременно обеспечивая резервное питание.

Сообщество, коммерция и приложения

Для общественных нужд UltraBattery можно использовать в качестве резервной копии в случае отключения сети (см. Раздел 5.1) и для снижения пиковых нагрузок. Сглаживание пиков, также известное как снижение пиковой нагрузки, представляет собой возможность заряжать аккумуляторы в непиковое время и использовать энергию аккумуляторов в часы пик, чтобы избежать более высоких затрат на электроэнергию. Еще одним примером общественного применения является демонстрационная система интеллектуальной сети мощностью 300 кВт, созданная компанией Furukawa Battery в районе Маэда в Китакюсю, Япония. В этом приложении для выравнивания нагрузки используются 336 ячеек UltraBattery (1000 Ач, 2 В). Компания также установила две демонстрационные модели интеллектуальных сетей с технологией смещения пиков UltraBattery в Музее естественной истории и истории человечества Китакюсю.

В Японии корпорация Shimizu установила микросеть (см. раздел 5.2) в коммерческом здании. Система «умного здания», включающая 163 элемента UltraBattery (500 Ач, 2 В), также контролирует напряжение, сопротивление и температуру элемента. Вторая система, установленная на заводе Furukawa Battery в Иваки, включает в себя 192 элемента UltraBattery, систему кондиционирования мощности мощностью 100 кВт и систему управления батареями. Это приложение для выравнивания нагрузки было создано для контроля потребности завода в электроэнергии.

В жилых домах локальное использование солнечной энергии на крыше может быть улучшено за счет использования UltraBattery как для хранения энергии для использования жителем, которому принадлежат панели, так и для подачи электроэнергии или услуг регулирования в сеть во время пиковых нагрузок.

Грид-сервисы

UltraBattery может управлять нестабильностью электросетей пятью основными способами: регулирование частоты, интеграция возобновляемых источников энергии (сглаживание и переключение), вращающийся резерв, контроль скорости изменения мощности, а также качество электроэнергии и поддержка слабых сетей.

Регулирование частоты

Электрические сети должны управлять постоянными колебаниями спроса и предложения электроэнергии, чтобы поддерживать постоянную частоту и поддерживать физическую работу сети. UltraBattery может поглощать и подавать электроэнергию в сеть, помогая управлять балансом между спросом и предложением и поддерживать постоянное напряжение. Ecoult внедрила систему хранения энергии в масштабе сети, которая обеспечивает услуги регулирования мощностью 3 МВт в сети межсоединения Пенсильвания-Джерси-Мэриленд (PJM) в Соединенных Штатах. Четыре ряда ячеек UltraBattery подключены к электросети на станции Лион, штат Пенсильвания. Проект предоставляет услуги непрерывного регулирования частоты на открытом рынке PJM.

Сглаживание и сдвиг

Технология UltraBattery может использоваться для интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, в электросеть, управляя колебаниями возобновляемой мощности. Это происходит путем «сглаживания» и «перемещения» энергии.

Сглаживание превращает внутреннюю изменчивость мощности фотоэлектрических панелей или ветряных турбин в плавный, предсказуемый сигнал. Система контролирует выходную мощность прерывистого возобновляемого источника, и когда сигнал солнечной энергии (или ветра) меняется, UltraBattery немедленно реагирует, либо высвобождая энергию, либо поглощая избыточную энергию. Такое управление изменчивостью возобновляемого сигнала делает возобновляемую энергию более надежной.

Переключение энергии означает способность UltraBattery хранить избыточную энергию, производимую возобновляемыми ресурсами, в непиковое время, а затем высвобождать ее при необходимости в периоды пиковой нагрузки. Это позволяет электроэнергетическим компаниям улучшить общую производительность своей системы в часы пик.

PNM, ведущая электроэнергетическая компания в Нью-Мексико, США, интегрировала систему хранения энергии UltraBattery с фермой, генерирующей солнечную энергию, чтобы продемонстрировать сглаживание и переключение солнечной энергии для использования в качестве управляемого возобновляемого ресурса. Проект PNM Prosperity представляет собой одну из крупнейших в США комбинаций фотоэлектрической энергии и аккумуляторов на солнечных батареях.

Управление скоростью изменения данных для распределенного хранилища

Многие мелкомасштабные установки фотоэлектрических панелей на крышах имеют тенденцию умножать эффект прерывистости солнечной генерации, создавая проблему для операторов сетей. [REF] Накопитель энергии UltraBattery использовался для уменьшения прерывистости возобновляемых источников энергии за счет контролируемого увеличения мощности в электросети, что делало электроэнергию, генерируемую возобновляемыми источниками, более предсказуемой.

Характеристики

UltraBattery имеет пять основных характеристик, которые образуют различия между этой технологией и традиционной аккумуляторной технологией VRLA: более высокий оборот емкости, более низкая стоимость жизненного цикла на киловатт-час, более высокая эффективность постоянного тока, меньшее количество необходимых зарядок для восстановления и более высокая скорость приема заряда.

Оборачиваемость мощности

Оборот емкости — это мера того, сколько раз теоретическая емкость батареи может быть использована в течение ее срока службы.

При сравнении UltraBattery и стандартной батареи VRLA (используемой в частичном режиме SoC) в экспериментальных условиях было показано, что UltraBattery обеспечивает примерно в 13 раз больший оборот емкости, чем стандартная батарея VRLA с матовым стекловолокном.

Стоимость жизненного цикла за киловатт-час

Срок службы аккумулятора зависит от того, как он используется и сколько циклов зарядки и разрядки он выдерживает. В ситуации, когда батареи проходят четыре цикла по 40% в день и где пропускная способность является фактором, ограничивающим срок службы, UltraBattery прослужит примерно в три-четыре раза дольше, чем обычная батарея VRLA.

CSIRO утверждает, что «производство UltraBattery примерно на 70 процентов дешевле, чем батарей с сопоставимыми характеристиками, и его можно производить с использованием существующих производственных мощностей».

Эффективность постоянного тока

КПД батареи по постоянному току описывает количество энергии, доступной для разрядки в нагрузку, подключенную к батарее, как пропорцию количества энергии, подаваемой в батарею во время зарядки. Во время зарядки и разрядки часть накопленной энергии аккумулятора теряется в виде тепла, а часть теряется в результате побочных реакций. Чем меньше потери энергии в аккумуляторе, тем эффективнее аккумулятор.

Разработчики UltraBattery утверждают, что он может достичь эффективности постоянного тока 93–95% (зависит от скорости) при выполнении приложений управления изменчивостью в частичном режиме SoC, в зависимости от скорости разряда, и 86–95% (зависит от скорости) при выполнении приложений со сдвигом энергии. . Для сравнения, стандартные батареи VRLA, применяемые для смещения энергии (с использованием типичного режима максимальной зарядки), достигают гораздо более низкой эффективности — например, при уровне заряда от 79% до 84% тесты показывают эффективность около 55%.

Высокая эффективность DC-DC UltraBattery достижима, поскольку (как и обычные батареи VRLA) она работает очень эффективно при уровне SoC ниже 80%. Эксперименты показывают, что для батарей VRLA «от нуля SOC до 84% SOC средняя общая эффективность зарядки батареи составляет 91%». В то время как обычные батареи VRLA не могут работать в этом диапазоне в течение значительного периода времени без частого обновления, UltraBattery может работать при гораздо более низком уровне заряда без существенного ухудшения качества. Следовательно, он может достичь гораздо большей эффективности, поскольку может работать в течение длительного времени в наиболее эффективной зоне для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Циклы обновления

Обычные аккумуляторы VRLA в процессе эксплуатации необходимо освежать (перезаряжать) для растворения кристаллов сульфата, скопившихся на отрицательном электроде, и восполнения емкости аккумулятора. Обновление батареи также помогает вернуть ячейкам батареи в цепочке (когда несколько батарей используются вместе) стабильное рабочее напряжение. Однако процесс перезарядки осложняется тем, что не только батарея выходит из строя во время циклов обновления, но и высокие токи, необходимые для завершения процесса перезарядки (в течение разумного периода времени), также являются причиной различных паразитных потерь. К ним относятся тепловые потери и потери из-за различных побочных реакций (главным образом, выделения водорода, кислорода и коррозии решетки).

UltraBattery может работать без подзарядки в течение длительного времени. Для стационарных велосипедных приложений, таких как возобновляемые источники энергии или поддержка сетей, этот срок может составлять от одного до четырех месяцев в зависимости от рабочей нагрузки; стандартные батареи VRLA в одних и тех же приложениях требуют обновления каждые одну-две недели при выполнении ежедневных циклов, а производительность быстро ухудшается даже при еженедельных циклах обновления.

В автомобильных приложениях в гибридных электромобилях UltraBatteries могут работать более или менее непрерывно в частичном режиме SoC без обновления. Фурукава сообщает: «В полевых испытаниях гибридного электромобиля Honda Insight с установленным блоком UltraBattery был достигнут целевой пробег в 100 000 миль (около 160 000 км) без восстанавливающейся зарядки.

Прием оплаты

Поскольку UltraBattery эффективно работает в частичном диапазоне SoC, он может принимать заряд более эффективно, чем обычные батареи VRLA, которые обычно работают при высоких уровнях заряда. Испытания Национальной лаборатории Сандии показывают, что батареи VRLA обычно достигают эффективности менее 50 % при заряде более 90 %, эффективности около 55 % при заряде от 79 % до 84 % и эффективности более 90 % при зарядке от нуля до 84 % от полной емкости. . По сравнению с обычными батареями VRLA, UltraBattery можно заряжать эффективно и с высокой скоростью зарядки/разрядки. Результаты испытаний Хунда и др. показали, что Ultrabattery способна работать со скоростью 4C1 около 15 000 циклов. Батарея VRLA, использующая эту процедуру тестирования, могла работать только со скоростью 1C1. Скорость 1C означает, что вся емкость аккумулятора будет использована (или заменена при зарядке) за один час при этой скорости. Скорость 4C в четыре раза быстрее, то есть батарея будет полностью разряжена (или заряжена) за 15 минут при скорости 4C.

Точный химический процесс, посредством которого углерод так существенно замедляет сульфатацию, до конца не изучен. Однако наличие параллельного ультраконденсатора UltraBattery, по-видимому, защищает отрицательную клемму от большого преобладания на поверхности кристаллов сульфата свинца, которые влияют на батареи VRLA, работающие с высокой скоростью разряда или в течение длительного времени в режиме pSoC, увеличивая перезаряжаемость элемента (см. Также жесткую сульфатацию). ). Снижение сульфатации также значительно улучшает прием заряда за счет уменьшения образования газообразного водорода на электроде. В этом нет ничего неожиданного, поскольку чрезмерное выделение газообразного водорода (которое отнимает значительную часть энергии в процессе зарядки) возникает, когда электроны, попадающие в отрицательную пластину во время зарядки (которые обычно реагируют с кристаллами сульфата свинца внутри пластины), не могут легко вступить в реакцию с крупные кристаллы сульфата свинца на поверхности пластины, поэтому вместо этого имеют тенденцию восстанавливать обильные ионы водорода электролита до газообразного водорода.

Стандарты и безопасность

UltraBattery производится компанией East Penn Manufacturing в США в соответствии с глобальными требованиями сертификационных стандартов ISO 9001:2008, ISO/TS 16949:2009 и ISO 14001:2004.

Раствор электролита UltraBattery содержит H ₂ SO ₄ в воде, а его свинцовые электроды инертны. Поскольку электролит в основном состоит из воды, UltraBattery является огнестойким. UltraBatteries имеют те же ограничения по транспортировке и опасностям, что и обычные батареи VRLA.

Переработка

Каждая часть каждой батареи UltraBattery – свинец, пластик, сталь и кислота – практически на 100% подлежит вторичной переработке для последующего повторного использования. Крупномасштабные предприятия по переработке этих батарей уже доступны, и 96% свинцово-кислотных батарей, используемых в США, перерабатываются. Производители аккумуляторов извлекают и отделяют свинец, пластик и кислоту из аккумуляторов VRLA. Свинец плавится и очищается для повторного использования. Пластиковые детали очищаются, шлифуются, экструдируются и формуются в новые пластиковые детали. Кислота регенерируется, очищается и используется в новых батареях.

Исследовать

Испытания проводились независимыми лабораториями, а также компаниями East Penn Manufacturing, Furukawa и Ecoult для сравнения производительности UltraBattery с обычными батареями VRLA.

Тесты гибридного электромобиля

Аккумуляторы микрогибридных электромобилей были протестированы при 70% SoC в импульсной схеме заряда-разряда. Оборачиваемая емкость UltraBattery и, следовательно, срок службы была примерно в 1,8 раза больше, чем у обычной батареи VRLA.

Консорциум усовершенствованных свинцово-кислотных аккумуляторов (ALABC) проверил долговечность UltraBattery при высокоскоростной работе гибридного электромобиля Honda Civic с частичным зарядом. Тестовый автомобиль имел сопоставимые показатели пробега в милях на галлон с той же моделью, работающей на никель-металлгидридных батареях.

В условиях микро-, мягкого и полного гибридного электромобиля время работы UltraBattery было как минимум в четыре раза дольше, чем у обычных современных батарей VRLA, и было сопоставимо или даже лучше, чем у Ni-MH элементов. UltraBattery также продемонстрировал хороший прием заряда от рекуперативного торможения и поэтому не требовал уравнительных зарядов во время полевых испытаний.

Стационарные энергетические приложения

Тест эффективности

Тесты эффективности UltraBattery в Втч (ватт-часах) в стационарном применении для интеллектуальной электросети показали, что более 30 циклов зарядки-разрядки при токе 0,1 C10A. Эффективность Втч колебалась от 91% до 94,5%, в зависимости от состояния батареи. заряжать. [ССЫЛКА] Это сравнивается с исследованием эффективности свинцово-кислотных аккумуляторов, проведенным Национальной лабораторией Сандии, в ходе которого было обнаружено, что традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы работают при уровне заряда от 79% до 84% («верхний» режим зарядки, для которого используются традиционные свинцово-кислотные батареи). кислотные батареи, как правило, ограничены для продления срока их службы) достигают только 55% дополнительной эффективности зарядки.

Тест на жизненный цикл и восстановление

Батареи подвергались 3-часовым испытаниям на зарядку и разрядку при уровне заряда 60%, при этом 20-часовая восстановительная зарядка проводилась каждые 90 циклов. Тесты емкости показали, что после 270 циклов коэффициент емкости UltraBattery был равен или превышал 103% по сравнению с 93% для обычного свинцового аккумулятора. Испытания показали, что UltraBattery имеет более длительный срок службы и лучшие характеристики восстановительного заряда, чем обычная батарея при работе в частично заряженном состоянии.

Коммунальные услуги и сглаживание энергопотребления ветряных электростанций

Были проведены высокоскоростные испытания с частичным циклом заряда, чтобы оценить способность UltraBattery использоваться в вспомогательных сервисных приложениях для хранения энергии и сглаживания энергии ветряных электростанций. Используя высокоскоростной циклический профиль частичного состояния заряда со скоростью от 1C1 до 4C1, UltraBattery была способна выдерживать более 15 000 циклов с потерей емкости менее 20% и могла работать со скоростью 4C1. Батарея VRLA с абсорбированным стекломатом (AGM), протестированная в тех же условиях, могла работать только со скоростью 1C1, требовала восстановительного заряда примерно через 100 циклов и после 1100 циклов теряла более 20% своей емкости. UltraBattery также смогла проработать более чем в десять раз больше циклов между зарядками, чем батарея AGM VRLA (1000 против 100).

Полевые испытания ветряной электростанции в Хэмптоне, Новый Южный Уэльс (Австралия), тестируют систему, предназначенную для демонстрации использования накопления энергии для устранения кратковременных перебоев в выработке энергии ветром. В ходе испытания сравнивались характеристики UltraBattery и трех других типов свинцово-кислотных аккумуляторов для приложений, использующих возобновляемые источники энергии. Измерения изменений напряжения элементов в каждой цепочке из 60 элементов, соединенных последовательно, показали, что UltraBattery имел гораздо меньшие изменения за 10-месячный период (увеличение стандартного отклонения изменения диапазона напряжения на 32% по сравнению с 140–251% для остальных трех типов батарей).

Применение велоспорта и фотоэлектрических гибридных источников энергии

Испытания, проведенные Национальной лабораторией Сандии, показывают, что UltraBattery работает гораздо дольше, чем обычные батареи VRLA, при циклическом использовании . Профиль цикла в этих тестах был предназначен для имитации режима регулирования частоты примерно с 4 циклами в час с пиковой мощностью, предназначенной для обеспечения типичного диапазона SoC. Результаты показали, что обычная батарея VRLA (работающая в режиме частичного заряда (PSoC) и глубине разряда 10%) упала до 60% от своей первоначальной емкости примерно после 3000 циклов. В том же тесте UltraBattery производства East Penn проработала более 22 000 циклов, сохраняя практически 100% своей первоначальной емкости без подзарядки.

Испытания также показали, что UltraBattery работают гораздо дольше, чем обычные батареи VRLA в энергетических приложениях, как показано в смоделированном фотоэлектрическом гибридном тесте на срок службы, проведенном Sandia National Laboratories. Тестирование пришло к выводу, что даже при 40-дневной дефицитной зарядке (циклы, когда каждый день из батареи берется больше, чем вставляется обратно). UltraBatteries имеют производительность, намного превосходящую традиционные батареи VRLA, даже когда традиционные батареи VRLA работают только в режиме дефицитного заряда в течение 7 дней. В режиме дефицитного заряда восстановление за счет постепенного заряда, также известного как обновление/выравнивание батарей, не происходит, поэтому сульфатация является типичным видом отказа для обычных VRLA в этом режиме работы.

После 100 дней езды на велосипеде с глубиной разряда 60% емкость обычного аккумулятора VRLA, проходящего цикл обновления каждые 30 дней, упала до 70% от его первоначальной емкости. Два блока UltraBattery (один производства Furukawa, другой East Penn), каждый из которых испытывал дефицит заряда в течение 40 дней, по-прежнему работали значительно лучше, чем традиционная батарея VRLA, которая получала более частые обновления (он испытывал только максимальный дефицит зарядки в течение 7 дней). После 430 дней езды на велосипеде East Penn UltraBattery и Furukawa UltraBattery все еще не вышли из строя. Батарея Восточного Пенна поддерживала 85% своей первоначальной емкости, а батарея Фурукавы была очень близка к 100% своей первоначальной емкости.

См. также

• Список типов батарей

Внешние ссылки

• Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии
• CSIRO Австралии