超级电容-新能源汽车的良好辅助动力

行业研究中国A股市场超级电容器又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容一般使用活性碳电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。目前超级电容被广泛应用到新能源汽车中，用做启动，制动，爬坡时的辅助动力。汽车频繁的起步、爬坡和制动造成其功率需求曲线的变化很大，在城市路况下更是如此。这就需要频繁在峰值功率和工作功率之间切换，无疑会大大损害电池或其它APU的寿命。如果使用比功率较大的超级电容，当瞬时功率需求较大时，由超级电容提供尖峰功率，并且在制动回馈时吸收尖峰功率，那么就可以减轻对电池或其它APU的压力。从而可以大大增加起步、加速时系统的功率输出，而且可以高效地回收大功率的制动能量。这样做还可以提高电池的使用寿命，改善其放电性能。电池+超级电容在本田FCX，日产混合动力卡车以及公交车中已经付诸使用。超级电容的快充快放特点使其十分适合为公交车提供主动力。由于超级电容具有很高功率密度，放电电流可以达到数百安培，在大电流应用场合，特别是高能脉冲环境，可更好地满足功率要求。同时超级电容充放电时间短、效率高，可在很短的时间内完成一个充放电循环，远远低于可充电电池，特别适合短距离行驶车辆。国内超级电容产业规模不断壮大。近年来，由于看好超级电容广阔的应用前景，国内一些公司开始进入这一领域。2004年国内产业规模为2.48亿元，到2008年国内产业规模为13.3亿元，年复合增长率超过50%。其中，纽扣型超级电容器从4千万元，增长到2.1亿元，增长超过5倍；卷绕型和大型超级电容器从3.5亿元，上升到11.2亿元，增长超过3倍，伴随超级电容的成本逐渐下降和下游应用范围不断拓展，未来增速还有望进一步提升。上市公司中尚没有主营超级电容的公司，只有法拉电子，深圳惠程等有所涉及或产品作用类似，投资者可关注相关上市公司的超级电容项目进展情况，并选择上游活性炭电极，电解液等相关原材料供应公司和下游相关配套公司进行投资。市场数据20010年5月19日相关报告邱虹天钱文礼（协助）[e-mail]执业证书编号S0530209090077电子元器件2010年5月20日超级电容--良好的新能源汽车辅助动力评级：增持2010年05月GoldStateSecuritiesInc.请参阅文后免责条款曙光在前金元在先-1-目录一、超级电容结构简介---------------------------------------------------------------------------------------------2什么是超级电容------------------------------------------------------------------------------------------------------2传统电容储能方法--------------------------------------------------------------------------------------------------2超级电容工作原理----------------------------------------------------------------------------------------------------2二、国内外超级电容研发进展-------------------------------------------------------------------------------------3三、超级电容是新能源汽车良好的辅助动力-------------------------------------------------------------------5超级电容适合用作新能源汽车辅助动力-------------------------------------------------------------------------5目前超级电容作为新能源汽车辅助动力的应用情况----------------------------------------------------------6超级电容用做汽车部件的辅助能源-------------------------------------------------------------------------------8四、用超级电容作为公交车的主动力正逐步兴起-------------------------------------------------------------8五、超级电容市场状况---------------------------------------------------------------------------------------------10国际市场---------------------------------------------------------------------------------------------------------------10国内市场---------------------------------------------------------------------------------------------------------------10六、前景展望与投资思路------------------------------------------------------------------------------------------12图表图表1MAXWELL公司超级电容----------------------------------------------------2图表2双电层超级电容器结构图-----------------------------------------------3图表3PNGV超级电容发展目标---------------------------------------------------4图表4超级电容在混合动力汽车中的应用----------------------------------------6图表5本田FCX及其超级电容安装结构------------------------------------------7图表6日产混合动力卡车-----------------------------------------------------7图表7“CNG＋C”15吨串联式混合动力大客车------------------------------------8图表8超级电容与电池相关指标比较（不包括实验数据）-------------------------9图表9超级电容公交车与电池公交车动力成本对比--------------------------------9图表10超级电容公交车以及充电站----------------------------------------------10图表11国内超级电容市场规模和增速-------------------------------------------11图表12绕线型超级电容的市场规模和增速----------------------------------------11图表13纽扣型超级电容的规模和增速--------------------------------------------11图表14国内外主要厂商产品性能对比--------------------------------------------11图表15相关上市公司评级------------------------------------------------------13.2010年05月GoldStateSecuritiesInc.请参阅文后免责条款曙光在前金元在先-2-什么是超级电容超级电容器(Supercapacitor，Ultracapacitor),又叫黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。图表1MAXWELL公司超级电容来源：金元证券研究所MAXWELL传统电容储能方法传统电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空（相对介电常数为1）或一层介电物质（相对介电常数为ε）所隔离,电容值为:C=ε·A/3.6πd·10-6（μF）其中A为极板面积,d为介质厚度。所储存的能量为:E=C（ΔV）2/2，其中C为电容值，ΔV为极板间的电压降。可见，若想获得较大的电容量，储存更多的能量，必须增大面积A或减少介质厚度d，但这个伸缩空间有限，导致它的储电量和储能量较小。因此传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等尽可能的薄的材料。超级电容工作原理目前主要的双层结构超级电容主要有碳电极双电层电容器，金属氧化物电极双层电容器和有机聚合物电极双层电容器，但是由于金属氧化物（氧化钌）电极电容价格高昂，有二次污染等因素，目前主要用于军超级电容结构简介2010年05月GoldStateSecuritiesInc.请参阅文后免责条款曙光在前金元在先-3-事领域。有机聚合物技术尚未成熟，因此在电动汽车上广泛使用的主要是碳电极超级电容。碳电极超级电容器的面积是基于多孔碳材料，该材料的多孔结构允许其面积达到2000平方米/克，通过一些措施还可以实现更大的表面积。碳电极超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的，该距离(10Å)比传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有巨大的静电容量。超级电容器中，多孔化电极采用的是活性碳粉或活性碳或活性碳纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂或高氯酸四乙氨等。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集电容量，其多孔化电极在电解液中吸附电荷，因而可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一储电特性介于传统的电容器与电池之间。尽管这能量密度比电池低，但是这能量的储存方式，有快充快放的特点，可以应用在传统电池难以解决的短时高峰值电流应用之中。图表2双电层超级电容器来源：金元证券研究所电子元器件网双电层电容本质上是一种静电型能量储存方式，目前已经研制出活性碳材料表面积可以达到2000平方米/克，单位重量的电容量可达100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平；而且碳材料还具有成本低，技术成熟等优点，使得该类超级电容在汽车上应用最为广泛。目前，美国、欧洲和日本都在积极开展电动汽车用超级电容的研究开发工作。美国能源部和USABC(USAdvancedBatterConsortium)从1992年组织国家实验室(LawrenceLivcrmore，LosAlamos，Sandia)、国内外超级电容研发进展2010年05月GoldStateSecuritiesInc.请参阅文后免责条款曙光在前金元在先-4-大学(Auburn)和工业界(Maxwell，FederalFibersFabr