ความเ’ยวบแบตเตอ ชดตะวกรด (Lead Acid Batteries) · หกการงานนฐานของแบตเตอชดตะวกรด

ความรู้เกี่ยวกับแบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด (Lead Acid Batteries)

สำหรับการใช้สำรองไฟฟ้า(Standby Application)&

การบำรุงรักษาและใช้งานที่เหมาะสม

บรรยายและเรียบเรียงโดย

เกษียร สุขีโมกข์บริษัท พีอีซี เทคโนโลยี (ประเทศไทย) จำกัด

www.pectecth.co.thEmail : [email protected]

Hp: 081-645-1034

1

http://www.pectecth.co.th

mailto:[email protected]

ความรู้เรื่องแบตเตอรี่ในระบบไฟฟ้ากำลัง

วัตถุประสงค์• เพื่อเข้าใจหลักการทำงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

• เพื่อรู้และเข้าใจชนิดต่างๆของแบตเตอรี่

• เพื่อให้เข้าใจปัญหาและความเสียหายต่างๆที่เกิดขึ้นในระหว่างการใช้งาน

• เพื่อติดตั้งให้ถูกวิธีตามข้อกำหนดของผู้ผลิต

• เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถบำรุงรักษาได้อย่างถูกวิธี

2


: ความถ่วงจำเพาะ (Specific gravity; SG) 1.210-1.300 ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

• 1 เซลมีแรงดันไฟฟ้า (Nominal voltage) ประมาณ : 2 Volts/Cell

• 1 เซลมีแรงดันไฟฟ้าเปิดวงจร (Open Circuit Voltage) ที่ : 2.14 V ( 0.84 + Specific Acid Density (SG.) = 0.84 + 1.3)

แผ่นธาตุบวก : Lead dioxide (PbO2) : สีดำแผ่นธาตุลบ : Sponge Lead (Pb) : สีโลหะ เทา

อิเล็กทรอไลต์ : สารละลายกรดกำมะถัน (Sulfuric acid; H2SO4) ใสไม่มีสี

Active Material

+

PbO2

-

Pb

H2SO4 + H2O

SG1.3

OCV = 2.14 V

1. หลักการทำงานพื้นฐานของแบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด (Principle of Lead Acid Battery)

3


Discharge

Charge

PbO2 Pb

+ -

H2SO4 + H2O

SG1.3

2.14 V

PbO2 Pb

+ -

PbSO4PbSO4

1.94 V

H2SO4 + H2O

SG1.1

-- ขณะดิสชาร์จ กรดซัลฟูริคจะถูกใช้ในปฏิกิริยา และ เกิดเป็นน้ำขึ้นมาแทน ทำให้อิเล็กโตรไลต์มีความเข้มข้นลดลง (ขณะดิสชาร์จ อิเล็กโตรไลต์จะมีความถ่วงจำเพาะต่ำลงเรื่อยๆ)

-- ขณะดิสชาร์จ ตะกั่วซัลเฟต เกิดขึ้นทั้งที่แผ่นธาตุบวกและลบ

เมื่ออิเล็กโตไลต์จางลง ทั้งแผ่นธาตุบวกและลบจะกลายเป็นตะกั่วซัลเฟต แล้วเซลล์จะไม่สามารถจ่ายไฟได้อีก จะต้องนำเซลไปประจุไฟใหม่ ซึ่งจะทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ทำให้เซลสามารถจ่ายไฟได้อีก


4


Flooded Lead Acid BatteryGas evolution

ก๊าซจะถูกระบายออกสู่บรรยากาศ ทำให้แบตเตอรี่สูญเสียน้ำ จึงต้องมีการเติมน้ำกลั่นเป็น

ประจำ

ก๊าซจะรวมตัวกันเป็นน้ำภายในแบตเตอรี่ ทำให้แบตเตอรี่ สูญเสียน้ำน้อยมาก

2H2O 2H2+ O2

แบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรดจะมีปฏิกิริยาแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้น้ำ (H2O) แตกตัวออกเป็น ก๊าซออกซิเจน (O2) ที่แผ่นธาตุบวก และเกิดก๊าซไฮโดรเจน (H2) ที่แผ่นธาตุลบ

ก๊าซจะเกิดมากเมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จใกล้เต็ม หรือ ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยแรงดันสูง เกินไป

+ -O2 H2

+ -

O

H2O

η> 99%

H2

ɳ = Oxygen recombination efficiency คือ ประสิทธิภาพการรวมตัวของออกซิเจน

η~ 25% Heat

การเกิดก๊าซ (Gas evolution) และ Oxygen Recombination ภายในแบตเตอรี่

Regulated Valve

2H2 +O

2 —>2H

2O + Heat

VRLA Battery

Oxygen Recombination


5


ใน Flooded แบตเตอรี่ Polarization voltage ที่แผ่นธาตุบวกและลบจะสมดุล ซึ่งเป็นผลดี ใน VRLA แบตเตอรี่ Polarization voltage ที่แผ่นธาตุบวกจะสูง แต่ที่แผ่นธาตุลบจะมีค่าน้อยหรืออาจเป็นศูนย์

สาเหตุที่ Polarization voltage ที่แผ่นธาตุลบมีค่าน้อยเพราะว่า ก๊าซ O2 ที่เกิดจากแผ่นธาตุบวกจะมา Recombinationกับ H2 ที่แผ่นธาตุลบซึ่งปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิด การดิสชาร์จ

ของแผ่นธาตุลบ ทำให้แรงดัน Polarization voltage มีค่าลดลง

ผลเสียของ Polarization voltage ที่ไม่สมดุลย์

- แผ่นธาตุบวก มี Polarization voltage สูง ทำให้เกิดก๊าซ O2 มาก และทำให้แผ่นธาตุบวกผุกร่อนเร็วขึ้น -แผ่นธาตุลบ มี Polarization voltage ต่ำ ทำให้แผ่นธาตุลบถูกชาร์จไม่เต็ม อาจทำให้สูญเสียความจุมากถึง 30% ใน 2 ปี ก๊าซ O2 เกิดมากทำให้กระบวนการ Recombination มาก แบตเตอรี่จึงจำเป็นต้องกินกระแส Float มากขึ้นด้วยเพื่อชดเชยการดิสชาร์จของแผ่นธาตุลบ การเกิดก๊าซมากทำให้แบตเตอรี่สูญเสียน้ำมากก่อให้เกิดการ Dry-out เร็วขึ้น แบตเตอรี่ร้อน และอายุสั้นลง

Polarization on Positive and Negative Electrode

VRLA (GEL)*

(AGM)


6


The inserted double arrows show the situation that results at a voltage of 2.35and 2.27V/cell, which means a polarization of 230 and 150mV, respectively, referredto the open circuit voltage of 2.12V. The above-mentioned demand, that the sum ofhydrogen evolution and oxygen reduction at the negative electrode (in electro-chemical equivalents) must equal the sum of oxygen evolution and grid corrosion atthe positive electrode, is only fulfilled at a certain polarization, and there exists onlyone solution for this current balance.

Overcharging at 2.35V/cell causes a polarization of þ 108mV and " 122mV ofthe positive and the negative electrodes, respectively. At the positive electrode, such apolarization causes oxygen evolution equivalent to a current of 21.5mA andcorrosion equivalent to 2.7mA (always referred to 100Ah). Both together form thetotal float current of 24.2mA. At the negative electrode oxygen reduction at a rate of2mA/100Ah forms a limiting current due to the slow diffusion rate, and thereforedoes not depend on electrode polarization. Together with hydrogen evolutionequivalent to 22.2mA it forms the overcharging current of 24.2mA/100Ah.

At the lower float voltage of 2.27V/cell, polarization of þ 73mV and " 77mVof the positive and the negative electrodes, respectively, fulfills the required

Figure 1.24 Overcharging and float charging of a flooded battery. Current voltage curves ascurrent equivalents in a semilogarithmic scale versus polarization, referred to the open circuitpotential of the negative and positive electrodes. Values based on generalized data. Actuallythey depend on the specific parameters of the concerned battery. The curves for charge anddischarge are not drawn, since they would be represented by nearly vertical lines due to theirlow polarization.

Copyright © 2003 by Expert Verlag. All Rights Reserved.

time for gas escape, even under normal operational conditions, as indicated in Fig.1.25.

Hydrogen evolution and grid corrosion cause water loss, since the sum of bothreactions is

Hydrogen evolution 4 ?Hþ þ 4 ? e" ) 2 ?H2

Grid corrosionðEq:ð6ÞÞ Pbþ 2 ?H2O ) PbO2 þ 4 ?Hþ þ 4 ? e"

In total Pbþ 2 ?H2O ) PbO2 þ 2 ?H2ð71Þ

Immobilized Electrolyte

The internal oxygen cycle requires fast oxygen transport that only can be achieved bydiffusion in the gaseous phase, as indicated by the ratio shown in Eq. (67). Toprovide void volume for such a fast transport, the electrolyte must be‘‘immobilized’’. This can be achieved by two methods:

Figure 1.25 Internal oxygen cycle in a valve-regulated lead-acid battery (VRLA battery).In sealed nickel/cadmium batteries, oxygen evolution and oxygen reduction that form the

internal oxygen cycle are the only reactions during overcharging (cf. Section 1.8.2.2).In lead-acid batteries, however, this cycle is unavoidably accompanied by hydrogen

evolution and corrosion of the positive grid. Hydrogen is not oxidized within the cell, but hasto escape through the valve. Corrosion consumes oxygen that remains in the cell as PbO2.


time for gas escape, even under normal operational conditions, as indicated in Fig.1.25.

Hydrogen evolution and grid corrosion cause water loss, since the sum of bothreactions is

Hydrogen evolution 4 ?Hþ þ 4 ? e" ) 2 ?H2

Grid corrosionðEq:ð6ÞÞ Pbþ 2 ?H2O ) PbO2 þ 4 ?Hþ þ 4 ? e"

In total Pbþ 2 ?H2O ) PbO2 þ 2 ?H2ð71Þ

Immobilized Electrolyte

The internal oxygen cycle requires fast oxygen transport that only can be achieved bydiffusion in the gaseous phase, as indicated by the ratio shown in Eq. (67). Toprovide void volume for such a fast transport, the electrolyte must be‘‘immobilized’’. This can be achieved by two methods:

Figure 1.25 Internal oxygen cycle in a valve-regulated lead-acid battery (VRLA battery).In sealed nickel/cadmium batteries, oxygen evolution and oxygen reduction that form the

internal oxygen cycle are the only reactions during overcharging (cf. Section 1.8.2.2).In lead-acid batteries, however, this cycle is unavoidably accompanied by hydrogen

evolution and corrosion of the positive grid. Hydrogen is not oxidized within the cell, but hasto escape through the valve. Corrosion consumes oxygen that remains in the cell as PbO2.


Polalization Voltage บนแผนธาตุบวกและแผ่นธาตุลบของ Flooded Lead Acid Battery

ภาพแสดงการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ชนิด Flooded Lead Acid Battery


7


corrosion must equal each other, since they are the required supplements for thecurrent in total. This is indicated by the lower double arrow in Fig. 1.26. (In practice,100% of recombination efficiency can only be approximated, since a small partialpressure of oxygen always exists within the cell and a corresponding small portion ofoxygen is lost together with the escaping hydrogen.)

Also in the valve-regulated design, the sum of hydrogen evolution and oxygenreduction at the negative electrode (in electrochemical equivalents) must equal thesum of oxygen evolution and grid corrosion at the positive electrode, and in theexample of Fig. 1.27 this demand is only fulfilled at a polarization of þ 127mV and" 23mV of the positive and the negative electrodes, respectively. At the positiveelectrode, such a polarization causes oxygen evolution equivalent to a current of37mA and corrosion equivalent to 3.1mA (always referred to 100Ah). Bothtogether form the total float current of 40.1mA. At the negative electrode oxygenreduction (37mA) and hydrogen evolution (3.1mA) cause the corresponding result.

The result, shown in Fig. 1.26, is typical for most VRLA batteries: Thepolarization of the negative electrode is small and the hydrogen evolution rate isclose to the self-discharge rate at open circuit. (Compared to the vented design inFig. 1.23 it is reduced to about one-third.) This is a question of balance betweenhydrogen evolution and grid corrosion. When hydrogen evolution is highercompared to grid corrosion, balance will be achieved at a more positive polarizationof both electrodes and a correspondingly increased float current and also increasedhydrogen evolution would result (cf. Fig. 1.28).

Figure 1.27 The float-charging situation of a VRLA battery. Current voltage curves as inFig. 1.23, but at 100% of recombination efficiency of the internal oxygen cycle.



8


ชนิดของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบ่งตาม ลักษณะการใช้งาน

ชนิดเติมน้ำกลั่น (Vented or Flooded Lead Acid)

ชนิดไม่เติมน้ำกลั่น (Valve Regulated Lead Acid, VRLA)

Flat Plate

Tubular

Flat Plate

Tubular

Standby Deep Cycle Engine Starter

Flat Plate

Tubular GEL

Flat Plate (ThinPlate)

Flat Plate (Thic Plate)

Tubular GEL

Standby Deep Cycle Engine Starter Star-Stop

2. ชนิดต่างๆของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (Type of Lead Acid Battery)

9

ตัวอย่างของการใช้งานแบบ Standby หรือ back-up หรือแบบ Float เช่น ใช้งานกับระบบ UPS, Telecommunication, และ Switch Gear และ emergency power เป็นต้น

ตัวอย่างของการใช้งานแบบ Engine Starter เช่น ใช้งานเพื่อ Start รถยนต์ เครื่องยนต์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ Fire Pump เป็นต้น

ตัวอย่างของการใช้งานแบบ Deep cycle เช่น ใช้งานสำหรับรถไฟฟ้า สำรองไฟฟ้าเป็นเวลานาน

Flat Plate (ThinPlate)


ชนิดของแผ่นธาตุของตะกั่วกรด

Flat Plate (Positive & Negative electrode)

Tubular Plate Positive Electrode &

Flate Plate Negative electrode)


10


คุณสมบัติ• มีความสามารถในการจ่ายกระแสสูง มีความ

ต้านทานภายในต่ำ มี Energy density สูง

• นิยมใช้กับงานประเภท Standby/Float application

• สามารถออกแบบให้ใช้ได้กับงานหลากหลายประเภท เช่น

• Uninterruptible Power Supply (UPS) , Telecommunication , Utility & Switch Gear, Emergency Light, Engine starter เป็นต้น

แบตเตอรี่ชนิดไม่เติมน้ำกลั่น

Flat Plate AGM VRLA type

แบตเตอรี่ชนิดเติมน้ำกลั่น

Flooded or Vented Plat Plate type

Plat Plate (AGM) Lead Acid Battery

แผ่นฐาตุบวกเป็น ชนิด Turbular และลบเป็นแผ่นเรียบ จึงเรียกว่า ชนิด Tubular type

แบตเตอรี่ชนิดนี้เป็นที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจาก ขบวนการผลิตซับซ้อน ราคาค่อนข้างสูง

มีหลากหลายคุณภาพ จึงทำให้คัดเลือกยากหากผู้ใช้งานไม่มีความรู้ความเข้าใจเพียงพอ


11


คุณสมบัติ • Tubular plate มีโครงสร้างที่แข็งแรง เหมาะกับการใช้งานแบบ Cycled

• มีความสามารถในการจ่ายกระแสปานกลาง สามารถใช้กับงานที่ต้องการกระแสสูงได้แต่แบตเตอรี่จะมีขนาดใหญ่กว่า

• การใช้งานแบบ Cycle application, Standby / Float application

• Deep cycle

• Electric car, folk lift, golf cart, Solar system

• Standby

• Telecommunication , Utility, Switch gear

VRLA tubular GEL type (OPzV)

Flooded tubular type battery (OPzS)

Tubular GEL type Battery

แผ่นฐาตุบวกเป็น ชนิด Turbular และลบเป็นแผ่นเรียบ จึงเรียกว่า ชนิด Tubular type แบตเตอรี่ชนิดนี้เป็นที่นิยมใช้มากที่สุด เนื่องจาก ขบวนการผลิตไม่ยุ่งยาก ราคาถูก

มีหลากหลายคุณภาพ จึงทำให้คัดเลือกยากหากผู้ใช้งานไม่มีความรู้ความเข้าใจเพียงพอ


12


การใช้งาน : ระบบแสงอาทิตย์ ฟอร์คลิฟท์ รถกอล์ฟ ระบบสื่อสาร Utility สวิตช์เกียร์ ระบบควบคุม UPS

Gel

Gelled electrolyte

-น้ำกรดถูกตรึงอยู่ในซิลิกาเจล (SiO2)

- เหมาะกับโหลดที่ต้องการกระแสปานกลาง

- สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี

- Cycle service / Float service

- เหมาะกับระบบที่มีการดิสชาร์จเป็นประจำเช่น ระบบโซลาร์ รถไฟฟ้า

Plat Plate GEL Type Lead Acid Battery


13


UltraBattery® can be charged and discharged more often over its lifetime than conventional lead-acid batteries.

UltraBattery® avoids the upper and lower bands of charge in its normal operation, therefore improving efficiency and lasting longer.http://ultrabattery.com/technology/ultrabattery-performance-benefits/

UltraBattery® combines the advantages of two energy storage technologies in a single cell.

Ultra Battery เทคโนโลยีใหม่ของ Lead Acid Battery


14


2

Active Material ของ Cathode ทำมาจาก วัสดุหลายชนิด ทำหน้าที่เก็บ Lithium ในระหว่างประจุและหลังประจุ ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของ Lithium แตกต่างกัน เช่น

ระดับแรงดันของ Lithium Cobalt Oxide (LCO) ค่า เท่ากับ 3.97 V

ระดับแรงดันของ Lithium Manginess Oxide (LMO) ค่า เท่ากับ 4.0 V

ระดับแรงดันของ Lithium Iron Phosphate (LFP) ค่า เท่ากับ 3.4 V

แผ่นอลูมิเนี่ยมทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า

สำหรับขั้วบวก (Cathode)

Active Material ของ Anode ทำมาจาก Graphite ทำหน้าที่รวมตัวกับโมเลกุลของ Lithium มีระดับแรงดัน - 0.2 V

Electrolyte เป็น Polymer ที่มีรูพรุนมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นทางผ่านของ Lithium Ion เท่านั้น

แผ่นทองแดงทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับขั้วลบ (Anode)

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไออน

3. ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ (Lithium Ion Batteries)

15


Lithium Manganite Oxide (LiFePO4)

Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) Lithium Manganite Oxide (LiMn2O4)

Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2)

Lithium Nickel Cobalt Oxide (LiNi0.8Co0.2O2)

Charging characteristic of Lithium Ion

เปรียบเทียบวัสดุที่ใช้ทำ Cathode’s Active material กับ แรงดัน (V vs. Li)


16


ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติของ Lithium base battery

Description Lithium Cobalt Oxide (LCO)

Lithium Manganese Oxide (LMO)

Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Cathode LiCoO2 (~60% Co) LiMn2O4 LiNiMnCoO2

Anode Graphite Graphite Graphite Silcon

Electrolyte Lithium Polymer Lithium carbonate Lithium carbonate

Voltages 3.60V nominal; typical operating range 3.0–4.2V/cell

3.70V (3.80V) nominal; typical operating range 3.0–4.2V/cell

3.60V, 3.70V nominal; typical operating range 3.0–4.2V/cell, or higher

Specific energy (capacity)

150–200Wh/kg. Specialty cells provide up to 240Wh/kg. 100–150Wh/kg 150–220Wh/kg

Charge (C-rate)0.7–1C, charges to 4.20V (most cells); 3h charge typical. Charge current above 1C shortens battery life.

0.7–1C typical, 3C maximum, charges to 4.20V (most cells)

0.7–1C, charges to 4.20V, some go to 4.30V; 3h charge typical. Charge current above 1C shortens battery life.

Discharge (C-rate) 1C; 2.50V cut off. Discharge current above 1C shortens battery life.

1C; 10C possible with some cells, 30C pulse (5s), 2.50V cut-off Now Samsung has 5C* possible for UPS application.

1C & 2C possible on some cells; 3.0V cut-off @ 80% DoD.

Cycle life 500–1000, related to depth of discharge, load, temperature

4,500 (Samsung SDI) (related to depth of discharge, temperature) now

6,000 (Samsung SDI) (related to depth of discharge, temperature)

Thermal runaway 150°C (302°F). Full charge promotes thermal runaway

250°C (482°F) typical. High charge promotes thermal runaway

210°C (410°F) typical. High charge promotes thermal runaway

Applications Mobile phones, tablets, laptops, cameras

Power tools, medical devices, electric powertrains

E-bikes, medical devices, EVs, industrial

Comments

Very high specific energy, limited specific power. Cobalt is expensive. Serves as Energy Cell. Market share has stabilized.

High power but less capacity; safer than Li-cobalt; commonly mixed with NMC to improve performance.

Provides high capacity and high power. Serves as Hybrid Cell. Favorite chemistry for many uses; market share is increasing.


17


ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติของ Lithium base battery

Description Lithium Iron Phosphate(LFP)

Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA)

Lithium Titanate (LTO) or Li-titanate

Cathode LiFePO4 LiNiCoAlO2 cathode (~9% Co) Li4Ti5O12

Anode Graphite Graphite Titanium carbonate

Electrolyte Lithium carbonate Lithium carbonate Lithium carbonate

Voltages 3.20, 3.30V nominal; typical operating range 2.5–3.65V/cell

3.60V nominal; typical operating range 3.0–4.2V/cell

2.40V nominal; typical operating range 1.8–2.85V/cell

Specific energy (capacity) 90–120Wh/kg 200-260Wh/kg; 300Wh/kg predictable 70–80Wh/kg

Charge (C-rate) 1C typical, charges to 3.65V; 3h charge time typical

0.7C, charges to 4.20V (most cells), 3h charge typical, fast charge possible with some cells

1C typical; 5C maximum, charges to 2.85V

Discharge (C-rate)1C, 25C on some cells; 40A pulse (2s); 2.50V cut-off (lower that 2V causes damage)

1C typical; 3.00V cut-off; high discharge rate shortens battery life

10C possible, 30C 5s pulse; 1.80V cut-off on LCO/LTO

Cycle life 1000–2000 (related to depth of discharge, temperature)

500 (related to depth of discharge, temperature) 12,000 (Toshiba)

Thermal runaway 270°C (518°F) Very safe battery even if fully charged

150°C (302°F) typical, High charge promotes thermal runaway One of safest Li-ion batteries

Applications Portable and stationary needing high load currents and endurance

Medical devices, industrial, electric powertrain (Tesla)

UPS, electric powertrain (Mitsubishi i-MiEV, Honda Fit EV),solar-powered street lighting

Comments

Very flat voltage discharge curve but low capacity. One of safestLi-ions. Used for special markets. Elevated self-discharge.

Shares similarities with Li-cobalt. Serves as Energy Cell.

Long life, fast charge, wide temperature range but low specific energy and expensive. Among safest Li-ion batteries.


18



SK Innovation said that the new NCM-811 cells would be used in stationary energy storage systems starting in December of this year, with targeted deployment in electric vehicles beginning in the third quarter of 2018. The batteries will help extend a driving range of electric vehicles up to 500 km, and we will also develop new batteries by 2020 that can provide a range of more than 700 km.

Resources

Seung-Taek Myung, Filippo Maglia, Kang-Joon Park, Chong Seung Yoon, Peter Lamp, Sung-Jin Kim, and Yang-Kook Sun (2016) “Nickel-Rich Layered Cathode Materials for Automotive Lithium-Ion Batteries: Achievements and Perspectives” ACS Energy Letters 2 (1), 196-223 doi: 10.1021/acsenergylett.6b00594



Vanadium-Flow Battery Zinc Bromine (ZnBr) Flow Battery

Flow Battery

22


Types of possible configurations (cont.)

MGE UPS SYSTEMS 01/2006 edition ch. 2 - p. 3

Modular UPS unitsThis configuration is upgradeable. It can be set up step by step over time, startingwith an initial modular UPS unit equipped with an automatic bypass and a manualmaintenance bypass. Starting with two units or when the installation is expanded totwo units or more, a common maintenance bypass is installed in an externalenclosure (see fig. 2.3).

Standard diagrams:N° 2N° 3

Fig. 2.3. Installation with three modular UPS units and a common maintenance bypass.

Parallel UPS units with a centralised static-switch cubicle (SSC)The static-switch cubicle comprises an automatic bypass and a maintenance bypassthat are common for a number of modules without a bypass (see fig. 2.4). It ispossible to set up two redundant SSCs.Upgrading of this configuration depends on the rating of the static switch. It offers thehighest level of reliability (SSC with independent UPS units).

Standard diagrams:N° 5N° 6N° 7N° 8N° 9

Fig. 2.4. Three parallel UPS units with a centralised static-switch cubicle (SSC).

การนำแบตเตอรี่ไปใช้งานกับระบบ UPSs

Stand-By application แบตเตอรี่จะทำหน้าที สำรองไฟฟ้าเพื่อเตรียมจ่ายไฟให้กับระบบกรณีที่ระบบไฟฟ้าขาเข้าผิดปกติ

Stand-By & Energy Management application แบตเตอรี่จะทำหน้าที สำรองไฟฟ้าเพื่อเตรียมจ่ายไฟให้กับระบบกรณีที่ระบบไฟฟ้าขาเข้าผิดปกติ และใช้งานบางส่วนในแบตเตอรี่เพื่อบริหารจัดการพลังงาน เรียกระบบนี้ว่า uninterruptible power supply and energy management system (UES)

23


Vdc ?

Vdc ?Vdc ?

~=

~=

Ring Main 22kV

630 kW400 Vac 50 Hz

630 kW400 Vac 50 Hz

==350 kW

spare

3 × 106.56 kWp (319.68 kWp)

7 × 91.3 kWh(639.1 kWh)

Subsystem

Model A

Model A#2

Model A#3

Model A#4

Model A#5

Model A#1

9 × 91.3 kWh(821.7 kWh)

7 × 125 kWh(875 kWh)

Model B#2

Model B#3

Model B#4

Model B#5

Model B#1

==350 kW

spare

3 × 106.56 kWp (319.68 kWp)

5 × 125 kWh(625 kWh)

Model B

Vdc ?

การนำแบตเตอรี่ไปใช้งานกับระบบ Energy Storage System (ESS)

ตัวอย่าง Simplify Diagram ของการใช้งานแบตเตอรี่เพื่อกักเก็บพลังงานไฟฟ้า

แบบ Common AC Bus

24


String #1 4 x 310Wp = 1240 Wp 4 x 36 Vmax = 140 Vp



Arr

ay b

oxString #2 4 x 310Wp = 1240 Wp 4 x 36 Vmax = 140 Vp




Dis

trib

utio

n Pa

nel

Battery Fuse Box

4 x 11 x 310Wp PV Module(13,640 Wp)

MPPT 80 600

MPPT 80 600

Average Charging Power 8,049.88 W @ 5 hours 63kWh (14 x 4.5kWh)

ตัวอย่างการใช้งานแบตเตอรี่เพื่อกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจาก PV system แบบ Common DC Bus

25


รูปแบบการติดตั้งแบตเตอรี่ชนิดกรดตะกั่ว

Preliminary work (cont.)

MGE UPS SYSTEMS 01/2006 edition ch. 1 - p. 53

Ventilation (2)� calculation of throughputThe volume of air to be evacuated depends on the maximum load current and thetype of battery. In installations comprising a number of batteries, the quantities of airthat must be evacuated are cumulative.- vented batteriesd = 0.05 x N x Im, whered - throughput in cubic meters per hour,N - number of battery cells,Im - maximum load current in amperes.- sealed batteryThe ventilation conditions in a general-purpose room are sufficient.� safetyAn automatic device must stop battery charging if the ventilation system fails.� locationAir must be drawn out from the top of the battery room.

Layout of cells (3)Layout must inhibit simultaneous contact with two bare parts presenting a voltagegreater than or equal to 150 V. If the above condition cannot be met, terminal shieldsmust be installed and connections must be made using insulated cables.

Service flooring (4)If the voltage exceeds 150 V, special flooring is required. It must offer sure footing,be insulated from the floor and offer at least one meter of walkway around thebattery.

Battery connection (5)Connections must be as short a possible.

Battery-protection circuit breaker (6)The circuit breaker is generally installed in a wall-mounted enclosure.

Fire-fighting equipment (7)Authorized fire extinguishers include power, CO2 or sand.

Safety equipment (8)The safety equipment must include protective glasses, gloves and a source of water.

Inspection equipment (9)� Hydrometer.� Filling device.� Thermometer.

Sensors (10)� Hydrogen detector.� Temperature sensor.

Fig. 1.41. Layout of battery room.

รูปแบบการติดตั้งแบตเตอรี่ชนิด ลิเธียมไอออน

26


แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน ขนาด 500kWh

แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน ขนาด 1000kWh

27


Concept design / firming and smoothing

การนำแบตเตอรี่ไปใช้งานกับระบบบริหารจัดการพลังงาน และคุณภาพไฟฟ้า

28

Documents

ความเ’ยวบแบตเตอ ชดตะวกรด (Lead Acid Batteries) · หกการงานนฐานของแบตเตอชดตะวกรด