宁波南车_动力型超级电容的研发及其在公共交通中的应用

南车新能源科技有限公司2014-7-4CTO:阮殿波Page2目录第一部分超级电容器的原理及特点现有超级电容器技术第二部分第三部分南车超级电容器产品第四部分企业研发平台第五部分产品应用实例Page31.1超级电容器工作原理一、超级电容器的原理及特点电极材料：活性炭粉、活性炭纤维、模板炭、炭气凝胶以及石墨烯等；电解液：有机系(如TEA,TEMA等)，水系（KOH，H2SO4以及Na2SO4等）;电荷存储方式：正负电解质离子分别以静电吸附方式吸附在高孔隙率的炭材料孔道内部，且无化学反应，性能稳定。双电层储能一、超级电容器的原理及特点Page41.2电容与电池的能量功率特性对比比功率比能量Page5高能量特性长寿命宽工作温度范围-40℃—65℃（主要性能指标几乎无差异）与普通铝电解电容相比，可达104倍寿命10年以上或100万次循环低内阻高功率环境友好免维护全密封结构，无需维护可数千、上万安培输出无污染，可回收一、超级电容器的原理及特点1.3超级电容器的优点Page6双电层电容器混合型电容器法拉第赝电容器超级电容器高比表面积，静电双电层存储能量前两者的混合存储可逆的掺杂|去掺杂、欠电位吸附|脱附、快速的氧化还原过程存储能量2.1超级电容器分类二、现有超级电容技术Page7电压范围(V)质量比能量(Wh/kg)质量比功率（kW/kg）体积比能量(Wh/L)循环寿命(次)技术成熟度是否免维护储能类型双电层电容器AC/AC0-2.73-710-203-71,000,000成熟是物理赝电容器NiO/AC0.8-1.66-91-29-1450,000否化学+物理锂离子电容器LiC2.2-3.815-201-313100,000中试阶段是化学+物理2.2不同超级电容器的参数对比二、现有超级电容技术Page8三、南车超级电容器产品—产品种类、规格及应用3.1.1公司主要产品-9500F超级电容单体电容量(F)型号最大等效串联内阻ESR(mΩ)漏电流（mA）@25ºC&72h质量(g)能量密度（Wh/kg）功率密度（kW/kg）AC@1kHzDC9500NBCSR-9500C-002R70.130.2815.013007.45.01应用：储能式轨道车辆轨道交通制动能量回收系统重型机械内燃机车启动系统尺寸(mm)LWTHBA231±0.879+156+1220±0.53616Page9三、南车超级电容器产品—产品种类、规格及应用3.1.2公司主要产品-3000F超级电容单体应用：风力发电变桨系统电动混合动力汽车储能式轨道车辆轨道交通制动能量回收系统UPS电源/动态电压补偿系统电容量(F)型号最大等效串联内阻ESR(mΩ)漏电流（mA）@25ºC&72h质量(g)能量密度（Wh/kg）功率密度（kW/kg）AC@1kHzDC3000NBCSR-3000C-002R70.170.235.05505.5214.41尺寸(mm)LD1D2D3H1T138±0.314±0.0351.560+0.52.816.5Page10三、南车超级电容器产品—产品种类、规格及应用指标16V模组30V模组48V模组60V模组电容量（25℃）500F(0%~20%)250F(0~20%)166F(0~20%)125F(0~20%)额定电压（DC）16V30V48V60V内阻（DC）1.7mΩ3.5mΩ5mΩ7.2mΩ内阻（AC）＜1.5mΩ＜3mΩ＜4.5mΩ＜6.4mΩ漏电流＜5mA＜5mA＜5mA＜5mA重量5.4kg10.2kg14.8kg19.2kg储存能量17.7Wh31.25Wh54.5Wh62.5Wh循环寿命100万次100万次100万次100万次工作温度范围-40~+65℃-40~+65℃-40~+65℃-40~+65℃存储温度范围-40~+70℃-40~+70℃-40~+70℃-40~+70℃尺寸长（L）416416416416宽（W）70130190254高（H）1761761761763.1.3公司模组系列产品性能指标Page11市场应用汽车低温辅助启动系统储能式轻轨车动力系统军用弹射系统纯EDLC电动汽车储能式无轨车动力系统风力发电、港口机械三、南车超级电容器产品—产品种类、规格及应用3.1.4主要市场应用Page123.2.1高低温特性-40℃时，容量衰减0.1%65℃时，容量无变化-40℃时，内阻升高37.5%65℃时，内阻升高5.6%电容器高低温容量、直流内阻曲线三、南车超级电容器产品—产品性能及安全性测试公司ΔC/C-40℃（%）ΔC/C70℃（%）ΔR/R-40℃（%）ΔR/R70℃（%）ΔC/C5000h（%）ΔR/R5000h（%）ΔC/C100000c（%）ΔR/R100000c（%）国外公司-2.70.60120-3090-825本公司-2.20.71130-20100-6303.2.2稳定性Page133.2.3安全性保障1.2.3.4.安装单向截止阀解决寿命与安全（3kg开启，16kg焊口开裂）安装温度传感器解决过温问题安装限压电路板解决过压问题智能监控、诊断、报警CMS系统单向截止阀限压电路板CMS三、南车超级电容器产品—产品性能及安全性测试Page14挤压试验针刺试验重物冲击试验燃烧试验3.2.4重要安全性试验三、南车超级电容器产品—产品性能及安全性测试Page15产品通过北方汽车质量监督检验鉴定三、南车超级电容器产品—产品性能及安全性测试Page16三、南车超级电容器产品—智能管理系统（CMS）3.3,1CMS系统及其主要参数技术参数名称单位参数值1kV及以下的储能系统2kV及以下的储能系统型号NCCM-10NCCM-20允许的储能系统最高工作电压范围V/DC200~1000800~2000允许的储能单元最高工作电压范围V/DC12.5~6012.5~60允许的超级电容器电容量范围（含并联后）F4800~900002000~50000允许各电容器电容量偏差范围（生命周期内）%-20~10-20~10允许各电容器内阻偏差范围（生命周期内）%-20~150-20~150允许电容器升压速度mV/s≤200≤200电容器电压的平衡精度范围（电压＞2.45V）mV15~4015~40工作环境温度范围℃-20~60-20~60耐压：泄漏电流小于20μA1分钟的承受电压V/DC25005000三、南车超级电容器产品—智能管理系统（CMS）3.3.2CMS系统主要功能1、平衡单体端电压：限定偏差值在一定范围内。2、采集数据：对单体、模组、系统的电容、内阻及漏电流进行运算。3、温度检测：每个模组配2个监测点。4、查询预警：查询各项指标，对超范围指标进行预警。5、过压、过热等故障保护6、远程监控：通过移动网络、卫星或有线网络数据，实现对储能系统的远程监控。Page18集研发、生产、销售、服务于一体的高新科技企业：超级电容器电极；超级电容器单体;超级电容器模组；储能器件及系统；注册资本8800万5年投资18亿打造超级电容产业基地2012年初注册成立4.1公司简介四、企业研发平台—公司介绍Page19十二五末期建立有效人才引进机制，培养高素质高学历人才，搭建人才管理梯队。建成国家级超级电容器技术研究院建成国家级轨道交通用超级电容检测测试中心。四、企业研发平台—研究所4.2超级电容研究所2013年8月15日，中国首个超级电容研究所在宁波成立。Page20王成扬58岁材料化学博士教授材料研发首席专家傅冠生47岁材料成型硕士国际焊接工程师(韩国)金益准50岁材料物性专业博士研究员储能系统设计专家杨颖48岁材料学硕士应用研发技术总监刘友梅75岁中国工程院院士应用研发首席专家(日本)西野敦77岁材料学博士教授器件设计首席专家阮殿波44岁教授级高工总工程师(韩国)李尚泫45岁化学科硕士研究员材料研发技术总监四、企业研发平台—专家委员会张世超51岁材料学博士教授器件设计技术总监Page212013年投资2.2亿元建成2条国际先进的年产100万只超级电容大规模产线，年产值达到5亿元四、企业研发平台—生产线Page22电极碾压机电极分切机全自动冲切机全自动电极叠片机四、企业研发平台—生产线Page23四、企业研发平台—试验线Page245.1储能式现代有轨电车储能式现代有轨电车五、产品应用实例——轨道交通领域项目储能式100%低地板现代有轨电车车辆编组形式4模块3动1拖（最多可扩展至8模块）供电制式站台区快速充电（充电时间≤30s）供电电压DC900V储能器件超级电容7500F单体地板高度350mm最高速度70km/h最大坡道80%。最大载客量380人线路距离7.7km站点数量10站运行线路广州海珠线储电总能量：20kWh工作能量：16kWh满载运行：3km快速充电电流：2800A(峰值)制动效率：85%制动能量回收率：30%最长快速充电时间：20s储能系统参数Page255.2储能式无轨车五、产品应用实例——公共交通领域额定工作电压：DC720V工作电压范围：DC360-720V储电总能量：4kWh可行驶里程：5-6Km最大快速充电时间：30s储能式无轨车Page265.3储能式车辆的分布式充电站五、产品应用实例——公共交通领域技术参数名称单位参数值输入电源AC380V±10%(双回路供电)输出形式DC770V充电回路输出路数路2超级电容组13000F单体，438串，4并超级电容组充电截止电压V1100超级电容组放电截止电压V770Page27五、产品应用实例——轨道交通领域5.4南车线路储能系统（ESS）主要优点：能量利用率高；绿色环保、免维护；可以避免再生能量对电网的冲击；保证机车运行的同时，节省能量，减少系统的整体运行成本电压(V)额定接触网电压(V)接触网电压范围(V)额定工作电流(A)系统最大工作电流(A)系统最大工作电压(V)能量回收状态的网压(V)单次循环回收能量(kWh)储能系统最高电压(V)储能系统总电容量(F)储能系统直流内阻(mΩ)系统使用寿命(Year)系统运行环境温度(℃)系统运行环境湿度(R.H.)750750500-90016004400(10s)100010008.2780125＜1210-20~35≤90%15001500100-180016002250(10s)200018507.7097574.7＜2010-20~40≤90%750V、1500V线路储能主要参数Page285.5西班牙萨拉戈萨有轨电车1号线五、产品应用实例——轨道交通领域2011年4月19日正式投入运营；整车长33米，宽2.65米，拥有54个座位和146个站位，可载荷200名乘客；该电车装配了CAF公司的车载超级电容能量储存系统，可摆脱受电弓运行。充电电压750VDC最高时速70km/h额定功率560kW最大加速度1.2m/s2Page29五、产品应用实例——轨道交通领域5.6韩国首尔地铁轨道车辆储能系统（ESS）该公司对2010年7月至2011年4月这段时间内车辆运行能耗的统计分析:车辆总耗电量为4313.85kWh;ESS节约的总电量达到1319.72kWh;节能率为23.4%。Page30五、产品应用实例——轨道交通领域5.7庞巴迪制动能量回馈吸收装置Mitrac节能器ES510型节能器重量：约438kg；体积：1700×670×610mm储存能量：2×0.5kWhPage31五、产品应用实例——轨道交通领域5.8Mitrac节能器节能效果空车试运行测试结果线路峰值功率需求降低了40%；能量节约率为30%。Page32