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深圳今朝时代新能源有限公司项目名称：城市立体快巴技术解决方案项目类别：超级电容储能系统版本：1.0日期：2010-9-1更新日期：2010-9-7地址：深圳南山区高新南一道中科研发园3号楼裙楼306室电话:0755-33996129传真:0755-33996100网址：@todayig.com目录1.0序言.................................................................32.0超级电容特性说明......................................................42.1超级电容工作原理..................................................42.2简述超级电容的选择标准............................................73.0城市立体快巴动力源设计量化分析.......................................83.1城市立体快巴功能参数..............................................83.2超级电容模组选择计算..............................................84.0超级电容模组规格......................................................95.0标准模组连接示意图...................................................116.0立体快巴超级电容应用管理系统.........................................126.1城市立体快巴超级电容应用系统图....................................136.2系统主要功能规格.................................................146.2.1城市立体快巴超级电容模组管理系统的主要功能......................146.2.2采集模块基本参数...............................................146.2.3主要技术指标...................................................156.2.4城市立体快巴超级电容模组管理系统软件功能........................167.0项目成本分析........................................................178.0项目实施进程........................................................181.0序言进入21世纪，可持续发展和节能环保的理念深入人心。可持续发展，是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展；而节能环保是全社会共同努力的结果，需要生产厂家、材料供应商、消费者、运输企业等方方面面的联动，这就需要一个成熟的社会机制做支撑，保证产业链上的各个企业在节能环保问题上目标一致，达成共识。如今，油价飙升，城市污染日益严重，而新能源汽车环保节能，随着电动车产业规模的快速扩张，其绿色环保作用已经成为广泛的共识，其对中国经济发展以及“绿色中国”的促进作用也越来越引起社会的广泛关注。新能源汽车产业是“绿色”环保产业，对降低石油消耗、减少环境污染、提高交通效率、提高人民生活水平、促进社会经济发展都起到了举足轻重的作用。随着石油资源的日益紧张，国家石油战略的安全已经引起了社会的广泛关注，为此电动车做出了重大贡献，而随着长个产业规模的进一步扩大其必将做出更大贡献。立体快巴，一道开往春天的时光隧道，它运行安全，绿色环保；高效运行，载客量大；低碳公交，低廉投入；施工期短，影响较小；建设要求低，实用性强；低碳交通，社会效益显著。它的行驶阻力小，运营成本与其各种燃油公交大巴相比，可降低成本30%左右。这时，超级电容这个绿色启动能源便起到了不可忽视的作用。超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。超级电容器是一种电化学元件，在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，所以超级电容器可以反复充放电数十万次。它主要有五个特点：1、低内阻；2、长寿命，超过一百万个工作周期；3、快速高倍率充放电，能量转换效率高；4、良好的低温性能；5、高可靠性、绿色，环保。更高电压和容量的模块可以通过对标准模块的连接而实现。可单独使用，或与高能电池混联，应用于动力电源系统，提高动力性能，提高电池循环寿命。提高燃油经济性的同时提高了车辆行驶平顺性和舒适性，降低了车辆传动系的离合器和制动器的故障率，减少了公交车中最常见的离合器和制动器的维修更换，节约了维修维护时间。应用在立体快巴中是一大亮点。创新改变城市，创新感动生活。从城市历史的迄始，人类从未放慢创新的步伐，创新改变城市，同时缔造伟大的城市。今天，今朝时代超级电容模组的来临，同样拥有这种信心和激情，为未来的低碳、环保城市献策，未来，终因我们而改变！2.0超级电容特性说明超级电容通过分离正负电荷来储存能量，是物理方法储能，而电池是用化学反应的方法来储能，所以电池的反应时间会很长，超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作功率电源，提供瞬时峰值功率，是高效率能量回收与反馈系统首选的储能器件。2.1超级电容工作原理超级电容可以用做后备电源，类似于UPS，在系统突然断电后，负责在极短时间内为系统提供能量。在这种应用中，需要后备电源有快速的启动时间。由于超级电容是物理反应的方式储存电能，充放电速度快，相对电池有着更为快速的响应时间。图1：超级电容用作备用电源示意图电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电在0.03秒，超级电容充放电在1秒左右，基本上是从0.1秒到10秒，这个时间正好是汽车、吊车刹车或启动的时间，其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。在风力发电风轮机变桨时、机车、电动机、汽车、吊车启动时需要的能量远大于其正常工作时需要的能量，超级电容可以辅助电池、发动机等动力系统提供峰值功率，从而减轻电池或发动机的负担。没有超级电容时，在负载启动、维持运行和终止的过程中，能量全部由电池或发动机供给。如果加入了超级电容，负载启动时需要的峰值功率可以由超级电容承担。图2：超级电容提供峰值功率示意图在机车、电动机、汽车、吊车刹车时，超级电容可以重新捕获能量。这样，加入了超级电容做辅助电源，可以提高能量利用效率，延长电池或发动机寿命。同时相对于没有超级电容的动力系统，电池或发动机不需要提供峰值功率，因而尺寸可以更小。下图是超级电容辅助电池、发动机的工作模式示意图。图3：没有超级电容的动力系统工作模式图4：超级电容用作辅助电源的动力系统工作模式2.2简述超级电容的选择标准超级电容的选型和数量配置需要根据不同的应用来判断，选择要素包括最大和最小工作电压、平均电流、平均功率、峰值电流、峰值功率、工作环境温度、运行时间、寿命。超级电容的额定电压用VR表示，通过最大工作电压（Vmax）可以算出需要串联的超级电容的数量。计算公式为：接下来，根据平均电流（I，单位为安培）、运行时间（dt，单位为秒）、最小工作电压（Vmin），通过下面公式，就能计算出系统所需要的电容容值的近似值。系统电容值与串联的每个电容之间的关系用下面的公式表示：如果使用相同容值的电容，那么公式可以简化为：。根据这个计算值，对照产品规格表，可以找出合适的产品。如果各个电容之间是并联关系，系统电容值与单个电容之间的容值关系式为：除此之外，其他需要考虑的因素有，电容的内阻与瞬时电压降有关，工作环境温度会影响电容内阻和寿命。3.0城市立体快巴动力源设计量化分析3.1城市立体快巴功能参数电机电压：1500V电机功率：820KW三相异步电机立体快巴匀速功率：42KW立体快巴爬坡功率：170KW立体快巴加速启动功率：840KW立体快巴加速度：1.1m/s2159m立体快巴减速度：1.0m/s2140m平均站距：1.2KM立体快巴速度：0——6KM/h最高时速：60KM/h平均时速：42KM/h3.2超级电容模组选择计算根据立体快巴的上述已知参数可得出下列电气性能：（初步计算）立体快巴加速启动电流：546.6A立体快巴匀速运行电流：28A立体快巴爬坡运行电流：113.3A立体快巴加速时间(S):159m所用时间17s立体快巴减速时间(S):140m所用时间16.7s立体快巴均速行驶：11.67M/S行驶901M所用时间：77.02STIG标准设计模组：166F/50.4V启动段的容值：I1*t1=C*△U=12.39F(546.6A*17S=750V*C)匀速段的容值：I2*t2=C*△U=2.88F（28A*77.02S=750V*C）减速段的容值：I3*t3=C*△U=6.68F（-300A*16.7S=750V*C）UC△U值：1/2U=750V额定计算容量:(12.39+2.88-6.68)/1500V=8.59F/1500V冗余设计容量：8.59F*200%=17.18F/1500V总体电压设计：1500V/50.4V=30PCS标准模组串联=1512V30PCS标准模组串联的容量：166F/30=5.53F模组并联方式容量计算：17.18F/5.53≌4(3.106)所以立体快巴所用超组电容级模组为:166F/50.4V模组30串4并使用。4.0超级电容模组规格■特征Features■产品Product-超低内阻、超高功率-超高1,000，000个工作周期-集成超级电容器管理系统（UMS）-单体间平衡-过电压和温度监控信号输出-I/O或CAN输出接口-坚固、紧密、全封闭、防溅型号：TIGML050R4C1666■典型应用Applications-轨道交通、电动汽车-工业、UPS和电信■尺寸Dimensions型号重量（kg）尺寸（mm）L(±0.5)W(±0.5)H(±0.5)TIGML050R4C166617.2416190184■规格Specifications项目参数容量额定容量（F）166F容量公差+5%/－5%电压额定电压50.4VDC浮充电压52.2VDC内阻ESR，1KHz5.3mΩESR，DC6.5mΩ温度工作温度范围－40～+65℃存储温度范围－40～+70℃电流最大漏电流5.1mA25℃，72h最大持续电流150A能量最大能量密度3.27Wh/Kg温度特性容量变化-40℃︱△C/CR︱≤5%内阻变化-40℃︱△ESR/ESRR︱≤50%耐久性65℃，额定电压下，工作1500h后容量变化︱△C/CR︱≤20%内阻变化︱△ESR/ESRR︱≤60%存放期65℃，无负载情况下，经过1500h后容量变化︱△C/CR︱≤20%内阻变化︱△ESR/ESRR︱≤60%寿命测试25℃，额定电压下，工作超过10年容量变化︱△C/CR︱≤30%内阻变化︱△ESR/ESRR︱≤50%循环测试25℃，恒定电流下，在额定电压至1/2额定电压之间循环一百万次容量变化︱△C/CR︱≤30%内阻变化△ESR/ESRR︱≤50%监控平衡VMS监控电阻NTC热敏电阻■标示Marking额定容量、额定电压、产品编号、制造者名称、正负极、序列号5.0标准模组连接示意图标准超级电容模组166.6F/50.4V30串行4并连结图信号传输BUS+1500VdcNegativeN30N30N30N30数据采集管理系统（电压/电流/温度/连接器内阻）6.0立体快巴超级电容应用管理系统在节能减排、发展绿色能源