エネルギー利用の明日を拓く G I G A C E L L ® コンパクトで高性能 。 エネルギー利用の可能性が 無 限に広がる。 車両カンパニー 営業本部 機器・工事営業部 ギガセル電池営業課 東京本社 〒105-8315 東京都港区海岸一丁目14番5号 Tel : 03-3435-2572 http://www.khi.co.jp/gigacell/ 「ギガセル 」は川崎重工の登録商標です。 Apr.2015 平成21年度地球温暖化防止活動 環境大臣表彰受賞電池 第19回地球環境大賞 （主催：フジサンケイグループ） 大賞受賞電池 大容量ニッケル水素電池ギガセル は、高速充放電が可能な瞬発力に富んだ次世代の蓄電池です。 環境への十分な配慮とともにエネルギーの有効活用、CO₂削減に貢献する地球にやさしい電池です。 FEATURE FEATURE 大容量の電池です。 単三タイプ円筒型電池の 大容量 サイクル用途に 適用 2,250倍 単三タイプ ギガセル 2Ah × 1.2V ＝ 2.4Wh 短時間の充放電を繰り返し行うリサイクル用途に適しています。 風力発電 太陽光発電 鉄道 ガスタービン 150Ah × 36V ＝ 5,400Wh FEATURE FEATURE 高効率・ 高速充放電 内部抵抗が小さく、高速充放電が可能です。 50 500A−連続 48 モジュール電圧 46 44 5.0C充電 42 3.0C充電 40 1.0C充電 38 1.0C放電 （V） 36 3.0C放電 34 5.0C放電 3000A−50秒 環境に 優しい 鉛、水銀、カドミウムなどの材料は使用していません。 鉛 二酸化鉛 カドミウム 水銀 硫酸 No No No No No 32 30 0 20 40 60 充放電容量（％） 80 100 FEATURE FEATURE 高リサイクル性 電池材料と電極が溶接されていないため、組立・解体が容易です。 ギガセル 解体 ニッケル 取扱・安全性に 優れる 常時動作のため、設置上の制約が少なく、また、水溶液系の電解液を 使用しているため、発火の心配がありません。 有機溶媒（危険物） 金属酸化物 六フッ化リン酸リチウム No No No 組立 01 02 構 造 安全性試験 ギガセル は、フレキシブルに大容量化することが可能なバイポーラ電池です。 従来の円筒形ニッケル水素電池は、セパレータを挟んで正･負極各1枚 の電極板を巻いた構造になっているため、高速充放電時の放熱が難 ギガセル は、バイポーラー構造により、単セル内部および単セル間 可能です。 負極板 また、強制空冷のためのファンを装着しており、強力な放熱機構によ り、大出力で充放電しても温度の上昇が少ない安全な電池です。溶接 セパレータ 構造もなく、解体･リサイクルが容易です。 溶接レス構造です ので、解体・リサイ クルが容易です。 JIS Z-0200JIS Z 0200 UN38.3 TestT.3Vibration（38.3.4.3.2） NEDO 系統連系円滑化蓄電システム技術開発共通基盤研究の2.5.7振動試験に準拠 落下試験 浸水試験（水道水、塩水） 正極板 の接続によるエネルギーロスを抑え、大容量化および高速充放電が 強力な放熱機構に より、 大電流での充 放電が可能です。 電力貯蔵用電池規定(JEAC 5006 2010)第3-6条解説第3-6-2表 NEDO 系統連系円滑化蓄電システム技術開発共通基盤研究の2.5.3過充 電試験に準拠 従来型ニッケル水素電池 もあり、電池の大容量化には限界がありました。 溶接レス 振動試験 ギガセル と従来型ニッケル水素電池との比較 しく、また各電池間をケーブル接続する際に発生するエネルギーロス 空冷ファン 過充電試験 密閉型 密閉型ですので、 メンテナンスフリ ーです。 ギガセル JIS C 8714 (リチウムイオン電池の安全基準) 負極成形体 水素吸蔵合金/基材 正極成形体 水酸化ニッケル/基材 電 池 監 視 モニタ 放熱板 セパレータ PP不織布 押しボルト 詳細図 NEDO 系統連系円滑化蓄電システム技術開発共通基盤研究の2.5.9浸水試験に準拠 各 モ ジ ュー ル に 設 置 し た 電 池 監 視 モ ニ タ は 、電 池 状 態 （SOC*¹、SOH*²、電池異常）を検知する機能を備えています 負極成形体 ので、電池を安全に使用することができます。 セパレータ 固定板 *¹ SOC：State of Charge 電池の充電状態 *² SOH：State of Health 電池の健全度 き電 冷却風 冷却ファン 単セル 正極成形体 ギガセル ギガセル バイポーラとは ギガセル モジュールは、隔壁によって直列接続される複数の単セルで構成され、セルの表・裏面がそれぞれ正・負極となるバイポーラ構造となっています。 厚みが薄く、断面積の大きな隔壁により、セル間の接続によるエネルギーロスを最小に抑えるため、モジュール内の直列セル数を増やすことで、モジュー ルの大容量化が容易です。 03 モニタ装置子機 （1500V耐電圧対応） レール ギガセル モニタ装置親機 IO システム CAN(Control Area Network) 各種制御装置 RS485/RS232C 04 用途・実績 鉄道事業の電力の有効活用と輸送の安全・安心に。 き電線直結システム き電直結式 低コスト （BPS：バッテリーパワーシステム） 日本機械工業連合会会長賞 900 電圧上昇を抑えて回生ブレーキの失効を防止します。 停電時に列車を次駅まで移動できます。 BPSからの充放電によりき電線電圧の変動幅を縮小 します。 変電所の新設が困難な場合、BPSが変電所の代わり になります。 システム系統図 回生車両 遮断器 BPS 600 -1500 -1000 -500 0 500 1000 充電 放電 き電電圧 > Vo … 充電 Vo > き電電圧 … 放電 1500 電流 （A） I DCリアクトル盤 断路器盤 蓄電池盤 蓄電池監視装置盤 N側遮断器盤 変電所Ⅱ 蓄電池 き電線直結 システム 遮断器 700 単線結線図 P側遮断器盤 地上蓄電池 遮断器 カ行車両 750 直結式のため信号システムへの 悪影響がない。 変電所代替 変電所Ⅰ 800 650 ノイズの発生がない 電圧降下対策 変電所 850 時差、遅れ、損失がない 回生エネルギーを最大限引き出す。 停電時非常走行 BPSとは 常 時 連 続 稼 働 により「効 果 大 」 制御装置によるロスが発生しない。 回生失効対策 ピークカット 05 高い充放電効率 電圧V （V） 省エネ（回生電力有効利用） BPSからの放電によりラッシュ時を含む全ての時間帯で 受電デマンドを削減することができます。 全電圧域にて充放電 平成26年度 日本機械工業連合会 全 ての 機 能 を 同 時 に 提 供しま す。 回生電力を再利用し、電力消費量を削減します。 充放電制御が不要 制御装置の導入費用が発生しない。 蓄電池 監視装置 遮断器 遮断器 DCL D C C T ヒューズ （引出台車構造） 遮断器 ギガセル （2並列） 断路器 架線 レール 06 省エネ（回生電 力有効利用） 直流1500V電圧の安定化及び電池からの充放電量 （東急電鉄殿 田園都市線 実証試験2010年9月3日データ） 1500 4000 1200 電池電圧 （V） （架線電圧 （V） ） 3000 放電電力 （kW） 2000 900 積算放電量 600 3,914kWh 1000 300 0 0 積算充電量 -1000 -300 4,229kWh -2000 -3000 -4000 -600 -900 -1200 充電電力 （kW） -5000 -6000 1800 4：00 6：00 8：00 電池電圧 （V） （架線電圧 （V） ） 電力量 （kWh） ,電力 （kW） 5000 10：00 12：00 14：00 16：00 18：00 20：00 22：00 0：00 2：00 4：00 -1800 東京モノレール殿BPS設置 BPSなし 放電電力 （kW） 充電電力 （kW） 20:52 2013年3月導入済み 列車が停止しても、BPSから の補償給電で全ての列車を 次駅まで移動できます。 20:54 時刻 20:56 20:58 ピークカット 12,000 6,058 2,438 2,896 0：00 4：00 （大阪市交通局殿運転データ） 多摩川変電所 2014年3月導入済み 6,000 4,000 2,000 0 7:21 20ft コンテナに全て収納 ・コンテナA：ギガセル(2 バンク) + 監視装置システム ・コンテナB：遮断器盤、断路器盤など 7:22 7:23 7:24 7:25 変電所代替 整流器2台停止 700 650 6000 3rd Rail Voltage (= Battery Voltage) 5000 600 4000 550 500 450 Battery Current 2000 0 350 300 250 9:20 3000 1000 400 9:38AM 9:30 9:40 Emergency Power Supply 9:50 Time 10:00 充電 時刻 20：00 BPS出力 8,000 -2,000 (mm) Tare weight : 2.2t Pay load : 21.8t Gross weight : 24t 整流器出力 10,000 変電所改修工事期間中の仮設変電所としてご利用いただけます。 高圧接続工事が不要で、工期短縮が期待できます。 BPS接続有 16：00 架線供給電力 14,000 放電 最小703V 12：00 1600MWh -4,000 7:20 最小718V 8：00 3200kW（8C）超 年間省エネ量 仮設型-BPS 朝ラッシュ時に停電し駅間に 750 07 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 -250 -500 -750 -1000 -1250 -1500 -1750 -2000 21:00 Third Rail Voltage[V] 架線電圧 （V） 品川変電所 800 650 4：00 瞬間最大充電 充電 BPS運転日 電池電圧 （V） （架線電圧 （V） ） 850 700 約4000回 放電 最大939V 最大854V 充放電サイクル/日 東京急行電鉄 鳥塚正行、児玉茂樹 他 「大容量ニッケル水素電池ギガセル を用いた鉄道システム用地上蓄電設備」 鉄道と電気技術 2011年4月号 出力 （kW） 電圧安定化 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500 -4000 20:50 電池電圧 （V） （架線電圧 （V） ） 停電時非常走行 電力量 （kWh） ,電力 （kW） 回生失効対策・電圧降下対策 900 400kWh -1500 時刻 950 容量 10:08AM 10:10 -1000 Battery Current[A] 6000 -2000 -3000 10:20 08 系統安定化 ○ 蓄電池を用いた電力需給制御システム 共同開発 関西電力株式会社殿 日新電機株式会社殿 系統安定化 用途・実績 ○ 離島向け周波数変動抑制システム NEDO※ 助成事業 安全・低コスト大規模蓄電 システム技術開発 系統安定化用蓄電システムの開発 10MW太陽光発電システムが連系される石津川変電所にギガセル を設置し、将来の太陽光発電システム大 本土に比べて系統規模の小さい離島において出力の不安定な再生可能エネルギーを大量に導入すると系統周 量導入時の需給制御用蓄電池に関する共同開発を関西電力株式会社殿と平成22年より4年間行いました。 波数の変動が大きくなります。この変動を打ち消すようにギガセル システムを高速充放電することで、既設の 発電機の調整能力を補完し、安定的な電力供給を可能とします。 提供：関西電力株式会社殿 蓄電池を用いた需給制御システムのイメージ システム構成図 電池アレイ 6.6kV, 60Hz TD 堺太陽光発電所 WT PLC 電池情報 出力指令 現在出力 石津川変電所 構 成 関西電力株式会社殿 石津川変電所 ギガセル（12V-177Ah） ×48直列 定格電圧 定格容量 576V 177Ah 電池容量 出 力 102kWh 250kW 変圧器盤 DE 245kW 3640kW ×2 場 所 変圧器 周波数等 ロガー システム内部 蓄電池 変動抑制 指令 インバータ盤 300kVA 系統等 情報 20ftコンテナ 充放電 コントローラ盤 （BMS） 親機 電池情報 ※ ※インバーターを連系したシステムとしての出力 電池アレイ 122kWh NEDO事業範囲 蓄電池の運用例 風力発電機 （沖縄電力殿） 20ftコンテナ 場 所 沖縄県島尻郡南大東島 沖縄電力株式会社殿 南大東電業所 構 成 30-K5型ギガセル ×12直列×2並列 基準周波数60Hzを超えた場合は蓄電池へ充電し、下回る場合は放電します。また、低・高SOC域では蓄電池の過放電・過充電を 電池容量 122kWh 防止します。 運用開始 2013年3月 収納コンテナ外観（手前コンテナに蓄電池収納） 実証試験結果と導入メリット 600 風力発電出力 500 400 ディーゼル発電機 （DE1、DE2） ガバナ調整機能の一部代替 300 200 DE2出力 DE1出力 風車出力急減時に高応答の 出力バックアップにより 周波数低下の抑制 出力 （kW） 100 0 -100 -200 -300 蓄電池出力 風車 2台中1台停止 平滑化運転中 平滑化運転停止 周波数偏差 （Hz） -400 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 14：30 風車出力変動による 周波数変動を抑制 14：40 14：50 15：00 ※独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 09 10 風力発電 風力発電に併設されたギガセル は、大容量、高効率・高速充放電、高サイクル耐久性の特長を活かし、風力発 電出力の急峻な変動に合わせて最適な充放電を行なうことで、風力発電出力の変動を抑えます。それにより、系 太陽光発電 用途・実績 太陽電池は、出力が天候（日射量）に左右されます。太陽電池に併設したギガセル に発電電力を蓄電し、受 電電力の多い時間帯にギガセル から出力アシストすることで、確実に契約電力を削減することができます。 さらに、ギガセル は災害等による停電時での重要負荷への電力供給を可能にします。 統に悪影響を与えることなく、より多くの風力発電の導入が可能になります。 ○ 風力発電出力平滑化 場 所 共同開発 ○ 太陽電池 ＋ ギガセル ピークカットシステム 富士電機株式会社殿 秋田県由利本荘市 富士グリーンパワー株式会社殿 西目風力発電所 用 途 風力発電出力平滑化 構 成 ギガセル（12V-177Ah） ×48直列 電池容量 102kWh 運用開始 2007年8月 ※上記仕様は2010年4月より 太陽電池モジュール 100kW 場 所 学校法人八千代松陰学園殿 用 途 ピークカット、災害時自立運転 構 成 ギガセル（12V-182Ah） ×24直列×3並列 電池容量 157kWh 運用開始 2006年8月 ※上記仕様は2011年11月より 直交変換器 電力変換器 充放電コントローラ、電池盤 ギガセル 重要 負荷 ギガセル 負荷 風力発電出力平滑化の一例 ギガセル システム出力×8 （モデル比） 運転データ ギガセル は、充放電時の電池電圧が 安定しているため、太陽電 池と直交変 換器を共有し、さらにDC部で直結する ことにより、システムの導入費用を抑え ます。 SOC 500 400 電力（kW） 平滑化後出力 電池入出力 （kW） 発電出力 （kW） 風力発電出力 直交変換器（共有） ギガセル 放電出力（kW） SOC （％） 12：00 2011年1月10日 11 0 ギガセル 6：00 18：00 0：00 時刻 6：00 12：00 2011年1月11日 18：00 0：00 200 100 太陽電池 DC-DC コンバータ不要 0：00 300 負荷 負荷 負荷 負荷 50 0 -50 4 6 8 10 12 14 16 18 20 時刻（時） 12
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