成果報告書詳細
管理番号20120000000018
タイトル平成18~22年度成果報告書 系統連系円滑化蓄電システム技術開発 要素技術開発 リチウム二次電池による系統連系円滑化蓄電システムの研究開発
公開日2012/4/10
報告書年度2006 - 2010
委託先名三菱重工業株式会社 九州電力株式会社
プロジェクト番号P06004
部署名スマートコミュニティ部
和文要約件名:平成18年度~平成22年度成果報告書「系統連系円滑化蓄電システム技術開発/要素技術開発/リチウム二次電池による系統連系円滑化蓄電システムの研究開発」

定置用大型二次電池材料として正極・負極・電解液材料を調査して高性能で低コストの候補材料を選定した後、それらの材料を用いてコイン型電池を製作・評価し、電極および電解液材料を選定した。また、選定した材料を使用して1/2容量のミニセルや実セルを試作し、各種性能試験や安全性試験結果さらに量産性の観点から100kWh級蓄電システムに搭載するリチウム二次電池の材料組成を決定した。また、安全性やセル寿命に影響する容器や端子等の構成部材について形状や製法を検討・試作し、所望の性能・安全性を有することを確認した。
次に100kWh級蓄電システムの基本構成単位となるモジュール電池(電池4個から構成)について冷却を円滑に行う観点から熱解析を行い、各モジュール毎に冷却ファンを設けることにより1Cでの充放電を繰返してもモジュール内のセル温度上昇は11℃程度に抑えられることが確認された。
さらに100kWh級ユニットの設計・試作を行った。(下記主要仕様参照)
100kWh級ユニット主要仕様 セル数(モジュール数):336個(84個) アーム数:3 セル直列数(モジュール直列数):112(28) 電気容量:95 Ah 電力容量:119 kWh
ユニット内の熱流動解析より、1C放電では脱塩フィルター、防塵フィルターを設けた場合は圧損により冷却空気量が減少するためセル表面温度は53℃まで上昇するが、これらのフィルターを除去することで空気量が増加し32℃まで改善することが示された。実際のユニットの設計においては冷却能力と消費動力とのバランスを取ることが重要である。
次にユニット制御方法の適正化を図った。セルバランス方式については抵抗方式、抵抗・充電併用方式、充電方式の3方式を比較し、抵抗・充電併用方式が最もバランス性能が優れているが、抵抗方式でも目標値である50mV以下を満足しかつCMUのサイズ・コスト面で有利であることが明らかになった。2010年9月10日から2011年2月28日までのフィールド試験においてセル電圧差は20mV程度であることを確認した。また、充電率(SOC)
補正制御についてもSOCを40%程度に維持するロジックを構築し、約6ヶ月間の運用においてSOCは35~50%の範囲で推移することを確認した。
最後に実用化・商品化に向けたユニットの最適構成についてシミュレーションを行った結果、平滑化指令に対し100%対応するにはインバータ容量は太陽光発電の場合100kWに対し80kVA必要であるが、99.6%に応じるには40kVAでよく、またシステム運用効率も高まるため適切な容量を選定する必要があることが示された。
英文要約Title:Technology Development of Energy Storage System to Facilitate Interconnection of Renewable Energy to Power Grid / Development of Fundamental Technology / Development of Technology for Interconnected Storage System for Power Stabilization with Lithium ion battery (FY2008-FY2012)Final Report

Anode/cathode materials and electrolyte for large scale Lithium-ion secondary cell for stationary applications has selected to optimize high performance and cost effectiveness by screening and making prototype coin cells.
For the next step, half size cell and full size cell had trial manufactured by their selected materials from the result of former coin cells and put to the performance tests and safety tests. From their result and considering mass-production, the design of the cell applying to 100kWh class energy storage system has decided. Additionally, by considering cell structures and process of manufacture about structural members and terminals of cell which have effects on cell life, developed cell has expected performance and safety.
Lithium-ion cell module which is basic part of 100kWh class battery energy storage system is composed of four Lithium-ion cells. It had designed to have an effective cooling structure including fan on several modules derived by thermal analysis. Its performance had been confirmed that can keep rising of temperature for 11 degree Celsius while charging or discharging at 1C current.
Development of 100kWh-class unit has carried out based on thermohydraulic analysis. Its specifications are as follows. Number of connected cells(modules):336 cells(84 modules) Number of arms:3 Number of cells in series(modules in series):112(28) Rated capacity(Ah):95 Ah Rated capacity(kWh):119 kWh
This unit has achieved to keep temperature of cells to 32 degree C or less by adjustment of cooling air flow with selecting filters. When designing the unit for several locations, it is important to optimize specifications of cooling power and heat loss in the unit.
To develop the method of controlling the unit, we evaluate three types of cell balancing method (resistance method, resistance and charge method, charge method) in terms of performance and cost. As a result, although resistance and charge method has the best performance to balance each cell voltages, resistance method also comply with a requirement that is to keep the difference among cell voltages less than 50mV. Thus resistance method is the most effective way to bring in. And we confirm the method keeps it about 20mV in the field test being carried out from 10th September 2010 to 28th February 2011. Furthermore, we develop the state of charge (SOC) correction algorithm that can keep it about 40% and confirm that SOC is in 35% to 50% in the same field test.
Finally, we simulate a most suitable system configuration in practical or commercial use based on the result of the field test. Power conditioner of Lithium-ion battery whose rated capacity is 40kVA should be selected because it can accommodate 99.6% of smoothing requirement. Capacity of Lithium-ion battery unit also should be optimized in each case to enhance the efficiency during operation.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る