寧波南車-動力型超級電容研發(fā)與其在公共交通中應(yīng)用

寧波南車_動力型超級電容研發(fā)與其在公共交通中應(yīng)用第一頁，共33頁。目錄第一部分超級電容器的原理及特點(diǎn)現(xiàn)有超級電容器技術(shù)第二部分第三部分南車超級電容器產(chǎn)品第四部分企業(yè)研發(fā)平臺第五部分產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例2第二頁，共33頁。1.1

超級電容器工作原理一、超級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。雙電層儲能3第三頁，共33頁。一、超級電容器的原理及特點(diǎn)1.2

電容與電池的能量功率特性對比比功率比能量4第四頁，共33頁。高能量特性長壽命寬工作溫度范圍-40℃—65℃（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、超級電容器的原理及特點(diǎn)1.3

超級電容器的優(yōu)點(diǎn)5第五頁，共33頁。Page

6雙電層電容器混合型電容器法拉第贗電容器超級電容器高比表面積，靜電雙電層存儲能量前兩者的混合存儲可逆的摻雜|去摻雜、欠電位吸附|脫附、快速的氧化還原過程存儲能量2.1超級電容器分類二、現(xiàn)有超級電容技術(shù)第六頁，共33頁。

電壓范圍(V)質(zhì)量比能量(Wh/kg)質(zhì)量比功率（kW/kg）體積比能量(Wh/L)循環(huán)壽命(次)技術(shù)

成熟度是否

免維護(hù)儲能

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/AC0.8-1.66-91-29-1450,000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

不同超級電容器的參數(shù)對比二、現(xiàn)有超級電容技術(shù)7第七頁，共33頁。三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品種類、規(guī)格及應(yīng)用3.1.1

公司主要產(chǎn)品-9500F超級電容單體電容量(F)型號最大等效串聯(lián)內(nèi)阻ESR(mΩ)漏電流（mA）@25oC&72h質(zhì)量(g)能量密度（Wh/kg）功率密度（kW/kg）AC@1kHzDC9500NBCSR-9500C-002R70.130.2815.013007.45.01應(yīng)用：儲能式軌道車輛軌道交通制動能量回收系統(tǒng)重型機(jī)械內(nèi)燃機(jī)車啟動系統(tǒng)尺寸(mm)LWTHBA231±0.879+156+1220±0.536168第八頁，共33頁。三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品種類、規(guī)格及應(yīng)用3.1.2

公司主要產(chǎn)品-3000F超級電容單體應(yīng)用：風(fēng)力發(fā)電變槳系統(tǒng)電動混合動力汽車儲能式軌道車輛軌道交通制動能量回收系統(tǒng)UPS電源/動態(tài)電壓補(bǔ)償系統(tǒng)電容量(F)型號最大等效串聯(lián)內(nèi)阻ESR(mΩ)漏電流（mA）@25oC&72h質(zhì)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+0.52.816.59第九頁，共33頁。三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品種類、規(guī)格及應(yīng)用指標(biāo)16V模組30V模組48V模組60V模組電容量（25℃）500F(0%~20%)250F(0~20%)166F(0~20%)125F(0~20%)額定電壓（DC）16V30V48V60V內(nèi)阻（DC）<1.7mΩ<3.5mΩ<5mΩ<7.2mΩ內(nèi)阻（AC）＜1.5mΩ＜3mΩ＜4.5mΩ＜6.4mΩ漏電流＜5mA＜5mA＜5mA＜5mA重量5.4kg10.2kg14.8kg19.2kg儲存能量17.7Wh31.25Wh54.5Wh62.5Wh循環(huán)壽命100萬次100萬次100萬次100萬次工作溫度范圍-40~+65℃-40~+65℃-40~+65℃-40~+65℃存儲溫度范圍-40~+70℃-40~+70℃-40~+70℃-40~+70℃尺寸長（L）416416416416寬（W）70130190254高（H）1761761761763.1.3公司模組系列產(chǎn)品性能指標(biāo)10第十頁，共33頁。市場應(yīng)用汽車低溫輔助啟動系統(tǒng)儲能式輕軌車動力系統(tǒng)軍用彈射系統(tǒng)純EDLC電動汽車儲能式無軌車動力系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電、港口機(jī)械三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品種類、規(guī)格及應(yīng)用3.1.4主要市場應(yīng)用11第十一頁，共33頁。3.2.1高低溫特性

-40℃時(shí)，容量衰減0.1%65℃時(shí)，容量無變化-40℃時(shí)，內(nèi)阻升高37.5%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、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品性能及安全性測試公司ΔC/C-40℃（%）ΔC/C70℃（%）ΔR/R-40℃（%）ΔR/R70℃（%）ΔC/C5000h（%）ΔR/R5000h（%）ΔC/C100000c（%）ΔR/R100000c（%）國外公司-2.70.60120-3090-825本公司-2.20.71130-20100-6303.2.2穩(wěn)定性12第十二頁，共33頁。3.2.3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、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品性能及安全性測試13第十三頁，共33頁。擠壓試驗(yàn)針刺試驗(yàn)重物沖擊試驗(yàn)燃燒試驗(yàn)3.2.4重要安全性試驗(yàn)三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品性能及安全性測試產(chǎn)品破壞無爆炸，無燃燒14第十四頁，共33頁。產(chǎn)品通過北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定三、南車超級電容器產(chǎn)品—產(chǎn)品性能及安全性測試15第十五頁，共33頁。三、南車超級電容器產(chǎn)品—智能管理系統(tǒng)（CMS）3.3,1CMS系統(tǒng)及其主要參數(shù)技術(shù)參數(shù)名稱單位參數(shù)值1kV及以下的儲能系統(tǒng)2kV及以下的儲能系統(tǒng)型號NCCM-10NCCM-20允許的儲能系統(tǒng)最高工作電壓范圍V/DC200~1000800~2000允許的儲能單元最高工作電壓范圍V/DC12.5~6012.5~60允許的超級電容器電容量范圍（含并聯(lián)后）F4800~900002000~50000允許各電容器電容量偏差范圍（生命周期內(nèi)）%-20~10-20~10允許各電容器內(nèi)阻偏差范圍（生命周期內(nèi)）%-20~150-20~150允許電容器升壓速度mV/s≤200≤200電容器電壓的平衡精度范圍（電壓＞2.45V）mV15~4015~40工作環(huán)境溫度范圍℃-20~60-20~60耐壓：泄漏電流小于20μA1分鐘的承受電壓V/DC2500500016第十六頁，共33頁。三、南車超級電容器產(chǎn)品—智能管理系統(tǒng)（CMS）3.3.2CMS系統(tǒng)主要功能1、平衡單體端電壓：限定偏差值在一定范圍內(nèi)。2、采集數(shù)據(jù)：對單體、模組、系統(tǒng)的電容、內(nèi)阻及漏電流進(jìn)行運(yùn)算。3、溫度檢測：每個(gè)模組配2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。4、查詢預(yù)警：查詢各項(xiàng)指標(biāo)，對超范圍指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警。5、過壓、過熱等故障保護(hù)6、遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過移動網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星或有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。第十七頁，共33頁。集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的高新科技企業(yè)：超級電容器電極；超級電容器單體;超級電容器模組；儲能器件及系統(tǒng)；科技有限公司的寧波南車新能源注冊資本8800萬5年投資18億打造超級電容產(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—公司介紹18第十八頁，共33頁。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)。建成國家級超級電容器技術(shù)研究院建成國家級軌道交通用超級電容檢測測試中心。四、企業(yè)研發(fā)平臺—研究所4.2超級電容研究所2013年8月15日，中國首個(gè)超級電容研究所在寧波成立。19第十九頁，共33頁。

王成揚(yáng)58歲材料化學(xué)博士教授材料研發(fā)首席專家傅冠生47歲材料成型碩士國際焊接工程師

(韓國)金益準(zhǔn)

50歲材料物性專業(yè)博士研究員儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家楊穎48歲材料學(xué)碩士應(yīng)用研發(fā)技術(shù)總監(jiān)劉友梅75歲中國工程院院士應(yīng)用研發(fā)首席專家(日本)西野敦77歲材料學(xué)博士教授器件設(shè)計(jì)首席專家阮殿波 44歲教授級高工總工程師(韓國)李尚泫45歲化學(xué)科碩士研究員

材料研發(fā)技術(shù)總監(jiān)四、企業(yè)研發(fā)平臺—專家委員會張世超51歲材料學(xué)博士教授器件設(shè)計(jì)技術(shù)總監(jiān)20第二十頁，共33頁。

2013年投資2.2億元建成2條國際先進(jìn)的年產(chǎn)100萬只超級電容大規(guī)模產(chǎn)線，年產(chǎn)值達(dá)到5億元四、企業(yè)研發(fā)平臺—生產(chǎn)線21第二十一頁，共33頁。

電極碾壓機(jī)

電極分切機(jī)

全自動沖切機(jī)

全自動電極疊片機(jī)四、企業(yè)研發(fā)平臺—生產(chǎn)線22第二十二頁，共33頁。四、企業(yè)研發(fā)平臺—試驗(yàn)線23第二十三頁，共33頁。5.1儲能式現(xiàn)代有軌電車儲能式現(xiàn)代有軌電車五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例——軌道交通領(lǐng)域項(xiàng)目儲能式100%低地板現(xiàn)代有軌電車車輛編組形式4模塊3動1拖（最多可擴(kuò)展至8模塊）供電制式站臺區(qū)快速充電（充電時(shí)間≤30s）供電電壓DC900V儲能器件超級電容7500F單體地板高度350mm最高速度70km/h最大坡道80%。最大載客量380人線路距離7.7km站點(diǎn)數(shù)量10站運(yùn)行線路廣州海珠線儲電總能量：20kWh工作能量：16kWh滿載運(yùn)行：3km快速充電電流：2800A(峰值)制動效率：85%制動能量回收率：30%最長快速充電時(shí)間：20s儲能系統(tǒng)參數(shù)24第二十四頁，共33頁。5.2儲能式無軌車五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例——公共交通領(lǐng)域

額定工作電壓：DC720V

工作電壓范圍：DC360-720V

儲電總能量：4kWh

可行駛里程：5-6Km最大快速充電時(shí)間：30s

儲能式無軌車25第二十五頁，共33頁。5.3儲能式車輛的分布式充電站五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例——公共交通領(lǐng)域技術(shù)參數(shù)名稱單位參數(shù)值輸入電源AC380V±10%(雙回路供電)輸出形式DC770V充電回路輸出路數(shù)路2超級電容組13000F單體，438串，4并超級電容組充電截止電壓V1100超級電容組放電截止電壓V77026第二十六頁，共33頁。五、產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例——軌道交通領(lǐng)域5.4南車線路儲能系統(tǒng)（ESS）主要優(yōu)點(diǎn)：能量利用率高；綠色環(huán)保、免維護(hù)；可以避免再生能量對電網(wǎng)的沖擊；保證機(jī)車運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)省能量，減少系統(tǒng)的整體運(yùn)行成本電壓(V)額定接觸網(wǎng)電壓(V)接觸網(wǎng)電壓范圍(V)額定工作電流(A)系統(tǒng)最大工作電流(A)系統(tǒng)最大工作電壓(V)能量回收狀態(tài)的網(wǎng)壓(V)單次循環(huán)回收能量(kWh)儲能系統(tǒng)最高電壓(V)儲能系統(tǒng)總電容量(F)儲能系統(tǒng)直流內(nèi)阻(mΩ)系統(tǒng)使用壽命(Year)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境溫度(℃)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境濕度(R.H.)750750500-90016004400(10s)100010008.2780125＜1210-20~35≤90180016002250(10s)200018507.7097574.7＜2010-20~40≤90%750V、1500V線路儲能主要參數(shù)27第二十七頁，共33頁。5.5西班牙薩拉戈薩有