超级电容在新能源汽车中的应用

同济大学汽车学院楼狄明博士教授2015.11.13江苏南通超级电容器在新能源汽车中的应用南通江海公司超级电容器发展战略专家研讨会内容一、新能源汽车（电动汽车）--中国发展之路二、节能与新能源汽车大家庭三、超级电容器在新能源汽车中的应用诞生光荣坠落东山再起昙花一现积基树本美国人ThomasDavenport制造出第一辆直流电机驱动电动车。1896年，HartfordElectricLight公司推出换电式电动货车，消费者购裸车，根据使用里程交充电费及保养费。BecauseofperformancecomparedwithICECar。ICEdominated。能源危机EnergyCrisisLimitedperformance。1.EnergyCrisis&EnergyDiversification2.EnergySafety3.GHG4.EnvironmentalfriendlyImportantEvents:1993GM:EVFuneral一、新能源汽车（电动汽车）-曲折历史华山论剑形成以蒸汽、电动和内燃机三分天下汽车市场。183419201930197019801990一、新能源汽车（电动汽车）-中国发展之路“十五”电汽车重大科技专项布局“十五”期间是我国新能源汽车打基础的阶段。国家863计划“电动汽车”重大科技专项确立了以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机和动力电池为“三横”的电动汽车“三纵三横”研发布局，全面组织启动大规模电动汽车技术研发，为我国电动汽车发展奠定了技术基础。“十一五”节能与新能源汽车重大项目布局（三纵三横，三大平台规划布局）一、新能源汽车（电动汽车）-中国发展之路“十一五”期间是我国新能源汽车从打基础到示范考核阶段，组织实施了节能与新能源汽车重大项目，继续坚持“三纵三横”的总体布局；三大核心目标：“建立技术平台，突破关键技术，实现技术跨越”、“建立研发平台，形成标准规范，营造创新环境”和“建立产品平台，培育产业生态，促进产业发展；示范推广工程：“北京奥运”、“上海世博”、“深圳大运会”和“十城千辆”。“十二五”电动汽车科技发展重点专项布局一、新能源汽车（电动汽车）-中国发展之路“十二五”期间是我国新能源汽车从示范考核到产业化启动阶段，组织实施了电动汽车科技发展重点专项，紧紧围绕电动汽车科技创新与产业发展的三大需求，继续坚持“三纵三横”研发布局，更加突出“三横”共性关键技术，着力推进关键零部件技术、整车集成技术和公共平台技术的攻关与完善、深化与升级，形成“三横三纵三大平台”战略重点与任务布局。“十三五”新能源汽车重点专项布局一、新能源汽车（电动汽车）-中国发展之路总体上按照三个层次布局，按照“三纵三横”的总体思路，并构建了4个层次，3条技术主线，6条技术创新链，形成了12大模块。“十五”（2001~2005）“十一五”（2006~2010）“十二五”（2011~2015）电动汽车重大科技专项（科技部8.8亿）节能与新能源汽车重大项目（科技部11亿)电动汽车重大科技产业化工程(科技部30亿）“十城千辆”节能与新能源汽车示范工程（财政部、科技部、工信部、发改委40亿）新能源汽车产业技术创新工程（财政部、工信部、科技部100亿)8.8亿51亿130亿科技攻关阶段战略性新兴产业培育•2010年9月，新能源汽车列入国家七大战略性新兴产业。•2012年4月，《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》发布，重点发展纯电驱动汽车（纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车）,计划2020年累计产销量超过500万辆。•2014年，国务院及有关部门先后发布多项加快新能源汽车发展的政策措施。一、新能源汽车（电动汽车）-中国发展之路内容一、新能源汽车（电动汽车）--中国发展之路二、节能与新能源汽车大家庭三、超级电容器在新能源汽车中的应用新能源汽车战略性新兴产业产品节能汽车（大力推进）常规混合动力汽车传统内燃机汽车纯电动汽车（推广应用与产业化）插电式混合动力汽车（推广应用与产业化）插电式混合动力汽车增程式混合动力汽车燃料电池汽车（技术研发）二、节能与新能源汽车大家庭新能源汽车：采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。纯电驱动汽车-全部或大部分工况下主要由电机提供驱动功率的电动汽车，纯电动汽车、插电式电动汽车、增程式电动汽车以及燃料电池电动汽车-《电动汽车科技发展十二五专项规划》二、新能源客车（“纯电驱动”客车）-主要类型“纯电驱动”客车、新能源客车纯电动客车（广义）电池型纯电动客车（狭义）代表企业：浙江万向超级电容型超级电容客车代表企业：上海奥威等电电混合型电电混合纯电动客车代表企业：上海瑞华在线充电型无轨电车（双源）插电式混合动力客车插电式混合动力客车国内主流增程式混合动力客车（双源）燃料电池客车电池型纯电动客车：可细分为采用能量型动力电池的纯电动客车和采用快充电池的纯电动客车。电池型纯电动客车：根据能源补给方式采用换电：可分为换电式、充电式双源动力无轨电车在我国现有无轨电车架线网络基础上，随着钛酸锂电池、超级电容电池、负极石墨硬碳的规模应用，将推动无轨电车的规模应用。具备了良好基础：现有架空线路快充电池技术进步二、新能源客车-纯电动客车-双源动力客车二、新能源客车-纯电动公交车应用综合对比合肥18路纯电动公交车（国内普遍示范推广）安凯、宇通等众多企业服务上海世博超级电容公交车（奥威产品为代表）服务上海、成都和海口等城市电+电混合公交车（瑞华产品为代表）纯电动公交车超级电容公交车电电混合公交车造成技术路线多样化的最根本原因：动力电池综合性能与车辆总体性能矛盾（不匹配）纯电动客车（广义）随着能量型超级电容、钛酸锂电池等快充电池产品出现，未来城市公交发展方向：纯电动公交车将总体向快速充电型公交车转型，辅以双源无轨电车。二、新能源客车-新能源公交车应用车型综合对比项目插电式公交车（松正）纯电动公交车（合肥、青岛）双源无轨公交车（全国8城市）超级电容公交车（奥威等）电电混合公交车（瑞华）混合动力公交车（松正）LNG公交车电池/电容配置双电源：16kWh+72F300kWh（充）165F16kWh/纯电动里程30km（国家要求）80-120km全程3-5km（30-50km）70-110km//充电桩/站7万（50kW)65万（450kW）投入大投入较大65万（450kW）//充电时间0.5h5-8h在线充电在线充电3-6h//国家补贴25万（≥10m）50万（≥10m）50万（≥10m）（参考纯电动）15万50万（≥10米）//配套补贴25万（≥10m）35万（≥10m）55万15万35万（≥10m）50万30万整车价格（扣除补贴）30-40万100-120万10-20万120-160万100-120万25-30万30-40万环境温度-40℃—55℃-10℃—55℃-10℃—55℃-40℃—55℃-40℃—55℃//推广范围全市推广（国家）小范围示范（快充型除外）现有线路推广（小众）特定区域推广特定区域推广全市推广（市场）全市推广（市场）注意：传统公交车购置价格按照55万计算；内容一、新能源汽车（电动汽车）--中国发展之路二、节能与新能源汽车大家庭三、超级电容器在新能源汽车中的应用三、超级电容器在新能源汽车中的应用--超级电容供应商分析1、整体情况——从储能系统（动力电池、超级电容）来看，在示范推广的产品中，44%混合动力大客车直接采用超级电容，58%纯电驱动大客车直接采用磷酸铁锂动力电池。2、超级电容——从年度增长趋势来看，超级电容配套数量逐年增长，已成为混合动力大客车主流储能方案。59.8%2012年超级电容混动车型占比2009-2012年超级电容配套增长趋势三、超级电容器在新能源汽车中的应用--超级电容供应商分析2、超级电容——从整车配套情况来看，美国maxwell的BMOD0165P048超级电容应用最广，应用最多的企业依次为郑州宇通、南车时代和厦门金旅，价格上宇通稍高于其他企业。BMOD0165P048模块48.6V，165F主流总成电压/容量384V，41.25F2198套12.5-13.1万元宇通1482套12万元南车1237套11-13万元金旅三、超级电容器在新能源汽车中的应用--超级电容供应商分析2、超级电容——从国际企业情况来看，美国、德国、日本、韩国和俄罗斯等国家的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前处于领先地位。小容量市场上Panasonic一家独大，大容量市场上美国Maxwell、韩国Nesscap以及LS市场占有率高。公司国家技术基础电解质结构规格Skelton美国纳米碳有机预烧结碳-金属复合物3~5V，250FMaxwell美国复合碳纤维有机铝箔、碳布3V，1000~2700FPinnacle美国混合金属氧化物硫酸双极式、多单元、氧化钌+锂箔15V，125FEpcos德国复合碳纤维有机活性炭涂布电极2.5V，5~5000FNesscap韩国复合碳纤维有机活性炭涂布电极2.7V，3~5000FLSCable韩国复合碳纤维有机多孔碳电极2.8V，3~3000FCap-xx澳大利亚复合碳颗粒有机卷绕式、碳颗粒+粘合剂3V，120FELIT俄罗斯复合碳颗粒硫酸双极式、多单元450V，0.5FESMA俄罗斯混合材料KOH多单元、碳+氧化镍1.7V，5000FNEC日本复合碳颗粒水系碳布+粘合剂、多单元5~11V，1~2FPanasonic日本复合碳颗粒有机卷绕式、碳颗粒+粘合剂3V，800-2000FSAFT法国复合碳颗粒有机卷绕式、碳颗粒+粘合剂3V，130F三、超级电容器在新能源汽车中的应用--超级电容供应商分析2、超级电容——国内从事大功率超级电容业务的企业较少，规模和市场份额均不高，尚无法与国外企业全面抗衡。上海奥威、哈尔滨巨容、北京集星、锦州凯美和江苏双登等是推动中国超级电容发展的主力军，在卷绕型和大型超级电容器方面，产品技术水平与国际接近。Maxwell集星Maxwell工作电压（V）2.72.7电容量（F）15001500等效内阻DC（mΩ）0.350.47漏电流（mA）3.03.0能量密度（Wh/kg）4.344.75重量（g）350320电容误差-10%/+20%-5%/+20%使用寿命（万次）100100集星vsMaxwell双登vs双登Maxwell工作电压（V）4848.6电容量（F）165165等效内阻DC（mΩ）6.36.3漏电流（mA）5.45.2峰值电流（A）19001970能量密度（Wh/kg）3.144.01重量（kg）17.213.5使用寿命（万次）100100三、超级电容器在新能源汽车中的应用--超级电容供应商分析三、超级电容器在新能源汽车中的应用公交车集中运营管理、能耗排放严重，是发展电动汽车整治污染的理想切入点；对于公交车来说，最关注的是安全性、成本、社会效益和使用的方便性等因素；近期雾霾严重，各地方政府均将公交车电动化作为治霾重点方向。纯电动公交车需求三、超级电容器在新能源汽车中的应用混动客车电容组件箱：满足：风冷隔热、防雷防腐、绝缘安全、电磁兼容、检修快换三、超级电容器在新能源汽车中的应用ABB展示电动公交车15秒闪充技术无需高架电线，在公交车站即可完成瞬间充电创造无噪音、更灵活、零排放的新一代城市公共交通方式快充式公交车概念英国--MiltonKeynes快充电动公交车三、超级电容器在新能源汽车中的应用把一天的能量背上把一趟的能量背上纯电动客车（3.4吨锂电池）16吨-19吨，12M，座位29个，限客49人。一次充电4-6小时km超电客车（0.9吨超级电容）12吨-18吨12M，座位33个，限客80人，一次充电6-8分20kmPK单车能耗？整车成本？维护费用？充电效率？三、超级电容器在新能源汽车中的应用以10~15km公交线路，配置20辆公交车，单车每天运营200km为例，规划