動(dòng)力型超級(jí)電容的研發(fā)

1、南車新能源CTO:阮殿波Page 2目錄第一部分超級(jí)電容器的原理及特點(diǎn)現(xiàn)有超級(jí)電容器技術(shù)第二部分第三部分南車超級(jí)電容器產(chǎn)品第四部分企業(yè)研發(fā)平臺(tái)第五部分產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例Page 31.1 超級(jí)電容器工作原理一、超級(jí)電容器的原理及特點(diǎn) 電極材料：活性炭粉、活性炭纖維、模板炭、炭氣凝膠以及石墨烯等； 電解液：有機(jī)系(如TEA,TEMA等)，水系（KOH，H2SO4以及Na2SO4等）; 電荷存儲(chǔ)方式：正負(fù)電解質(zhì)離子分別以靜電吸附方式吸附在高孔隙率的炭材料孔道內(nèi)部，且無化學(xué)反應(yīng)，性能穩(wěn)定。雙電層儲(chǔ)能一、超級(jí)電容器的原理及特點(diǎn)Page 41.2 電容與電池的能量功率特性對(duì)比比功率比能量Page 5高能量特性

2、長壽命寬工作溫度范圍-4065（主要性能指標(biāo)幾乎無差異）與普通鋁電解電容相比，可達(dá)104倍壽命10年以上或100萬次循環(huán)低內(nèi)阻高功率環(huán)境友好免維護(hù)全密封結(jié)構(gòu)，無需維護(hù)可數(shù)千、上萬安培輸出無污染，可回收一、超級(jí)電容器的原理及特點(diǎn)1.3 超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)一、超級(jí)電容器的原理及特點(diǎn)Page 61.4 全壽命周期能量效率Page 7雙電層 電容器混合型電容器法拉第贗電容器超級(jí)電容器高比表面積，靜電高比表面積，靜電雙電層存儲(chǔ)能量雙電層存儲(chǔ)能量前兩者的混前兩者的混合存儲(chǔ)合存儲(chǔ)可逆的摻雜可逆的摻雜| |去摻雜、欠電去摻雜、欠電位吸附位吸附| |脫附脫附、快速的氧化快速的氧化還原過程還原過程存儲(chǔ)能量存儲(chǔ)能量2

3、.1 超級(jí)電容器分類二、現(xiàn)有超級(jí)電容技術(shù)Page 8 電壓電壓范圍范圍(V)質(zhì)量質(zhì)量比能量比能量(Wh/kg)質(zhì)量質(zhì)量比功率比功率（kW/kg）體積體積比能量比能量(Wh/L)循環(huán)壽命循環(huán)壽命(次次)技術(shù)技術(shù)成熟成熟度度是否是否免維免維護(hù)護(hù)儲(chǔ)能儲(chǔ)能類型類型雙電層電容器AC/AC0-2.73-710-203-71,000,000成熟是物理贗電容器NiO/AC0.8-1.66-91-29-1410,000不成熟否化學(xué)+物理鋰離子電容器LiC2.2-3.815-201-313100,000中試階段是化學(xué)+物理2.2 不同超級(jí)電容器的參數(shù)對(duì)比二、現(xiàn)有超級(jí)電容技術(shù)Page 9在在產(chǎn)一代產(chǎn)一代EDLC電容

4、量電容量(F)型號(hào)型號(hào)最大等效串聯(lián)內(nèi)阻最大等效串聯(lián)內(nèi)阻ESR(m)漏電流（漏電流（mA）25C&72h質(zhì)量質(zhì)量(g)能量密度能量密度（Wh/kg）功率密度功率密度（kW/kg）AC1kHzDC9500NBCSR-9500C-002R70.130.2015.013207.296.907500NBCSR-7500C-002R70.130.1913.012905.897.443000NBCSR-3000C-002R70.170.235.05505.5214.419500F7500F3000F二、現(xiàn)有超級(jí)電容技術(shù)二、現(xiàn)有超級(jí)電容技術(shù)Page 10公司電容量（F）直流內(nèi)阻(m）質(zhì)量比能量(Wh/

5、kg)體積比能量(Wh/L)質(zhì)量比功率(kW/kg)短路電流（A）美國M公司30000.296.07.69125300韓國N公司62000.335.447.15.945000本公司95000.207.49.885.0160003.2.1 單體技術(shù)指標(biāo)對(duì)比三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品產(chǎn)品性能及安全性測試Page 113.2.2 高低溫特性n -40時(shí)，容量衰減0.1%n 65時(shí)，容量無變化n -40時(shí)，內(nèi)阻升高37.5%n 65時(shí)，內(nèi)阻升高5.6%電容器高低溫容量、直流內(nèi)阻曲線三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品產(chǎn)品性能及安全性測試公司公司C/C-40（%）C/C70（%）R/R-40（%）R/R70（%）C/C5

6、000h（%）R/R5000h（%）C/C100000c（%）R/R100000c（%）韓國N公司-2.70.60120-3090-825本公司-2.20.71130-20100-6303.2.3 穩(wěn)定性Page 123.2.4 安全性保障1.2.3.4.安裝單向截止閥解決壽命與安全 （3kg開啟，16kg焊口開裂）安裝溫度傳感器解決過溫問題安裝限壓電路板解決過壓問題智能監(jiān)控、診斷、報(bào)警CMS系統(tǒng)單向截止閥限壓電路板CMS三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品產(chǎn)品性能及安全性測試Page 13擠壓試驗(yàn)針刺試驗(yàn)重物沖擊試驗(yàn)燃燒試驗(yàn)3.2.5 重要安全性試驗(yàn)三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品產(chǎn)品性能及安全性測試Page 14

7、產(chǎn)品通過北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品產(chǎn)品性能及安全性測試Page 15三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品智能管理系統(tǒng)（CMS）3.3,1 CMS系統(tǒng)及其主要參數(shù)技術(shù)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)名稱單位單位參數(shù)值參數(shù)值1kV1kV及以下的儲(chǔ)能系統(tǒng)及以下的儲(chǔ)能系統(tǒng)2kV2kV及以下的儲(chǔ)能系統(tǒng)及以下的儲(chǔ)能系統(tǒng)型號(hào)NCCM-10NCCM-20允許的儲(chǔ)能系統(tǒng)最高工作電壓范圍V/DC20010008002000允許的儲(chǔ)能單元最高工作電壓范圍V/DC12.56012.560允許的超級(jí)電容器電容量范圍（含并聯(lián)后）F480090000200050000允許各電容器電容量偏差范圍（生命周期內(nèi)）%-2010-2010允許

8、各電容器內(nèi)阻偏差范圍（生命周期內(nèi)）%-20150-20150允許電容器升壓速度mV/s200200電容器電壓的平衡精度范圍（電壓2.45V）mV15401540工作環(huán)境溫度范圍-2060-2060耐壓：泄漏電流小于20A1分鐘的承受電壓V/DC25005000三、南車超級(jí)電容器產(chǎn)品智能管理系統(tǒng)（CMS）3.3.2 CMS系統(tǒng)主要功能平衡單體端電壓：限定偏差值在一定范圍內(nèi)。采集數(shù)據(jù)：對(duì)單體、 模組、系統(tǒng)的電容、內(nèi)阻及漏電流進(jìn)行運(yùn)算。溫度檢測：每個(gè)模組配2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。查詢預(yù)警：查詢各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)超范圍指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警。過壓、過熱等故障保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星或有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控

9、。Page 17集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的高新科技企業(yè)：l 超級(jí)電容器電極；l 超級(jí)電容器單體;l 超級(jí)電容器模組；l 儲(chǔ)能器件及系統(tǒng)；注冊資本8800萬5年投資18億打造超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)基地2012年初注冊成立4.1 公司簡介四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)公司介紹Page 18四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)公司介紹 規(guī)劃與目標(biāo)第三階段第三階段第二階段第二階段第一階段第一階段順利實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器順利實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器單體在能量密度的顯單體在能量密度的顯著提高、制備工藝與著提高、制備工藝與控制系統(tǒng)的顯著簡化?？刂葡到y(tǒng)的顯著簡化。實(shí)現(xiàn)到實(shí)現(xiàn)到2020年產(chǎn)年產(chǎn)銷售收入銷售收入45億元、億元、利潤利潤6.6億元、稅億元、稅后利潤后利

10、潤4.98億億元元。亞洲第一、亞洲第一、世界前三世界前三Page 19十二五末期建立有效人才引進(jìn)機(jī)制，培養(yǎng)高素質(zhì)高學(xué)歷人才，搭建人才管理梯隊(duì)。建成國家級(jí)超級(jí)電容器技術(shù)研究院建成國家級(jí)軌道交通用超級(jí)電容檢測測試中心。四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)研究所4.2 超級(jí)電容研究所2013年8月15日，中國首個(gè)超級(jí)電容研究所在寧波成立。Page 20 研發(fā)中心研發(fā)中心超級(jí)電容器研發(fā)中心(試驗(yàn)線)超級(jí)電容器研發(fā)中心(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室)三三、公司簡介與研發(fā)平臺(tái)、公司簡介與研發(fā)平臺(tái)Page 21p 已授權(quán)專利53項(xiàng)，在申請專利33項(xiàng)p 已成功開發(fā)3000F、7500F、9500F系列產(chǎn)品p 9500F超級(jí)電容通過浙江省科技成果鑒

11、定p 承擔(dān)863、寧波市重大專項(xiàng)等科研項(xiàng)目p 在申請3項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)已取得的技術(shù)成果已取得的技術(shù)成果四、四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)企業(yè)研發(fā)平臺(tái)研究所研究所Page 22新一代超級(jí)電容器新一代超級(jí)電容器1不同不同儲(chǔ)能器件儲(chǔ)能器件Ragone示意圖示意圖 3V/12000F超級(jí)超級(jí)電容器電容器研制研制預(yù)期完成技術(shù)指標(biāo)：預(yù)期完成技術(shù)指標(biāo)：p 重量1.3kg；p 直流內(nèi)阻 0.1m；p 循環(huán)壽命達(dá)100萬次；p 質(zhì)量比能量達(dá)11Wh/kg；p 質(zhì)量比功率達(dá)17kW/kg；p 工作電壓達(dá)3.0V的12000F有機(jī)系超級(jí)電容器單體。目標(biāo)市場：目標(biāo)市場：p 城市軌道交通行業(yè)，包括有軌電車和無軌電車。能量密度能量密度新型電

12、極材料100F圓形電容器電容器充放電曲線二、超級(jí)電容器的研究與創(chuàng)新方向二、超級(jí)電容器的研究與創(chuàng)新方向Page 23 新型高性能納米混合電容器新型高性能納米混合電容器(NHC)單體的研制單體的研制預(yù)期完成技術(shù)指標(biāo)：預(yù)期完成技術(shù)指標(biāo)：p 工作電壓為1.5-2.5V；p 質(zhì)量比能量大于20Wh/kg;p 質(zhì)量比功率大于3kW/kg。目標(biāo)目標(biāo)市場：市場：p 儲(chǔ)能式無軌電車、微網(wǎng)儲(chǔ)能。新一代超級(jí)電容器新一代超級(jí)電容器2NHC電容器儲(chǔ)能機(jī)理Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9363二、超級(jí)電容器的研究與創(chuàng)新方向二、超級(jí)電容器的研究與創(chuàng)新方向Page 24 2013年投資2.2億

13、元建成2條國際先進(jìn)的年產(chǎn)100萬只超級(jí)電容大規(guī)模產(chǎn)線，年產(chǎn)值達(dá)到5億元四、四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)企業(yè)研發(fā)平臺(tái)生產(chǎn)線生產(chǎn)線Page 25 電極碾壓機(jī) 電極分切機(jī) 全自動(dòng)沖切機(jī) 全自動(dòng)電極疊片機(jī)四、四、企業(yè)研發(fā)平臺(tái)企業(yè)研發(fā)平臺(tái)生產(chǎn)線生產(chǎn)線Page 26市場應(yīng)用汽車低溫輔助啟動(dòng)系統(tǒng)汽車低溫輔助啟動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)能式輕軌車動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能式輕軌車動(dòng)力系統(tǒng)軍用彈射系統(tǒng)軍用彈射系統(tǒng)純純EDLC電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車儲(chǔ)能儲(chǔ)能式無軌車動(dòng)力系統(tǒng)式無軌車動(dòng)力系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電、港口機(jī)械風(fēng)力發(fā)電、港口機(jī)械五、產(chǎn)品應(yīng)用 主要市場應(yīng)用Page 275.1 儲(chǔ)能式有軌電車儲(chǔ)能式輕軌車五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例軌道交通領(lǐng)域p 額定工作電壓： DC 900 V p

14、 工作電壓范圍： DC 500-900 V p 總?cè)萘浚?143 F p 儲(chǔ)電總能量： 18.45 kWh p 工作能量： 12.8 kWh p 快速充電電流：21000A/s(峰值)p 放電電流： 2400A/s(峰值）p 最大快速充電時(shí)間：30 s p續(xù)航里程：4kmPage 285.2 儲(chǔ)能式無軌車五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例公共交通領(lǐng)域p 額定工作電壓： DC 720 V p 工作電壓范圍： DC 360-720 V p 儲(chǔ)電總能量： 8kWh p 可行駛里程： 5-6Km p最大快速充電時(shí)間：30 s 儲(chǔ)能式無軌車Page 295.3 西班牙薩拉戈薩有軌電車1號(hào)線五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例軌道交通領(lǐng)域p2011年4月19日正式投入運(yùn)營；p整車長33米，寬2.65米，擁有54個(gè)座位和146個(gè)站位，可載荷200名乘客；p該電車裝配了CAF公司的車載超級(jí)電容能量儲(chǔ)存系統(tǒng)，可擺脫受電弓運(yùn)行。充電電壓750V DC最高時(shí)速70km/h額定功率560kW最大加速度1.2m/s