动力型超级电容的研发

1、南车新能源CTO:阮殿波Page 2目录第一部分超级电容器的原理及特点现有超级电容器技术第二部分第三部分南车超级电容器产品第四部分企业研发平台第五部分产品应用实例Page 31.1 超级电容器工作原理一、超级电容器的原理及特点 电极材料：活性炭粉、活性炭纤维、模板炭、炭气凝胶以及石墨烯等； 电解液：有机系(如TEA,TEMA等)，水系（KOH，H2SO4以及Na2SO4等）; 电荷存储方式：正负电解质离子分别以静电吸附方式吸附在高孔隙率的炭材料孔道内部，且无化学反应，性能稳定。双电层储能一、超级电容器的原理及特点Page 41.2 电容与电池的能量功率特性对比比功率比能量Page 5高能量特性

2、长寿命宽工作温度范围-4065（主要性能指标几乎无差异）与普通铝电解电容相比，可达104倍寿命10年以上或100万次循环低内阻高功率环境友好免维护全密封结构，无需维护可数千、上万安培输出无污染，可回收一、超级电容器的原理及特点1.3 超级电容器的优点一、超级电容器的原理及特点Page 61.4 全寿命周期能量效率Page 7双电层 电容器混合型电容器法拉第赝电容器超级电容器高比表面积，静电高比表面积，静电双电层存储能量双电层存储能量前两者的混前两者的混合存储合存储可逆的掺杂可逆的掺杂| |去掺杂、欠电去掺杂、欠电位吸附位吸附| |脱附脱附、快速的氧化快速的氧化还原过程还原过程存储能量存储能量2

3、.1 超级电容器分类二、现有超级电容技术Page 8 电压电压范围范围(V)质量质量比能量比能量(Wh/kg)质量质量比功率比功率（kW/kg）体积体积比能量比能量(Wh/L)循环寿命循环寿命(次次)技术技术成熟成熟度度是否是否免维免维护护储能储能类型类型双电层电容器AC/AC0-2.73-710-203-71,000,000成熟是物理赝电容器NiO/AC0.8-1.66-91-29-1410,000不成熟否化学+物理锂离子电容器LiC2.2-3.815-201-313100,000中试阶段是化学+物理2.2 不同超级电容器的参数对比二、现有超级电容技术Page 9在在产一代产一代EDLC电容

4、量电容量(F)型号型号最大等效串联内阻最大等效串联内阻ESR(m)漏电流（漏电流（mA）25C&72h质量质量(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、现有超级电容技术二、现有超级电容技术Page 10公司电容量（F）直流内阻(m）质量比能量(Wh/

5、kg)体积比能量(Wh/L)质量比功率(kW/kg)短路电流（A）美国M公司30000.296.07.69125300韩国N公司62000.335.447.15.945000本公司95000.207.49.885.0160003.2.1 单体技术指标对比三、南车超级电容器产品产品性能及安全性测试Page 113.2.2 高低温特性n -40时，容量衰减0.1%n 65时，容量无变化n -40时，内阻升高37.5%n 65时，内阻升高5.6%电容器高低温容量、直流内阻曲线三、南车超级电容器产品产品性能及安全性测试公司公司C/C-40（%）C/C70（%）R/R-40（%）R/R70（%）C/C5

6、000h（%）R/R5000h（%）C/C100000c（%）R/R100000c（%）韩国N公司-2.70.60120-3090-825本公司-2.20.71130-20100-6303.2.3 稳定性Page 123.2.4 安全性保障1.2.3.4.安装单向截止阀解决寿命与安全 （3kg开启，16kg焊口开裂）安装温度传感器解决过温问题安装限压电路板解决过压问题智能监控、诊断、报警CMS系统单向截止阀限压电路板CMS三、南车超级电容器产品产品性能及安全性测试Page 13挤压试验针刺试验重物冲击试验燃烧试验3.2.5 重要安全性试验三、南车超级电容器产品产品性能及安全性测试Page 14

7、产品通过北方汽车质量监督检验鉴定三、南车超级电容器产品产品性能及安全性测试Page 15三、南车超级电容器产品智能管理系统（CMS）3.3,1 CMS系统及其主要参数技术参数名称技术参数名称单位单位参数值参数值1kV1kV及以下的储能系统及以下的储能系统2kV2kV及以下的储能系统及以下的储能系统型号NCCM-10NCCM-20允许的储能系统最高工作电压范围V/DC20010008002000允许的储能单元最高工作电压范围V/DC12.56012.560允许的超级电容器电容量范围（含并联后）F480090000200050000允许各电容器电容量偏差范围（生命周期内）%-2010-2010允许

8、各电容器内阻偏差范围（生命周期内）%-20150-20150允许电容器升压速度mV/s200200电容器电压的平衡精度范围（电压2.45V）mV15401540工作环境温度范围-2060-2060耐压：泄漏电流小于20A1分钟的承受电压V/DC25005000三、南车超级电容器产品智能管理系统（CMS）3.3.2 CMS系统主要功能平衡单体端电压：限定偏差值在一定范围内。采集数据：对单体、 模组、系统的电容、内阻及漏电流进行运算。温度检测：每个模组配2个监测点。查询预警：查询各项指标，对超范围指标进行预警。过压、过热等故障保护远程监控：通过移动网络、卫星或有线网络数据，实现对储能系统的远程监控

9、。Page 17集研发、生产、销售、服务于一体的高新科技企业：l 超级电容器电极；l 超级电容器单体;l 超级电容器模组；l 储能器件及系统；注册资本8800万5年投资18亿打造超级电容产业基地2012年初注册成立4.1 公司简介四、企业研发平台公司介绍Page 18四、企业研发平台公司介绍 规划与目标第三阶段第三阶段第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段顺利实现超级电容器顺利实现超级电容器单体在能量密度的显单体在能量密度的显著提高、制备工艺与著提高、制备工艺与控制系统的显著简化。控制系统的显著简化。实现到实现到2020年产年产销售收入销售收入45亿元、亿元、利润利润6.6亿元、税亿元、税后利润后利

10、润4.98亿亿元元。亚洲第一、亚洲第一、世界前三世界前三Page 19十二五末期建立有效人才引进机制，培养高素质高学历人才，搭建人才管理梯队。建成国家级超级电容器技术研究院建成国家级轨道交通用超级电容检测测试中心。四、企业研发平台研究所4.2 超级电容研究所2013年8月15日，中国首个超级电容研究所在宁波成立。Page 20 研发中心研发中心超级电容器研发中心(试验线)超级电容器研发中心(基础实验室)三三、公司简介与研发平台、公司简介与研发平台Page 21p 已授权专利53项，在申请专利33项p 已成功开发3000F、7500F、9500F系列产品p 9500F超级电容通过浙江省科技成果鉴

11、定p 承担863、宁波市重大专项等科研项目p 在申请3项国家标准已取得的技术成果已取得的技术成果四、四、企业研发平台企业研发平台研究所研究所Page 22新一代超级电容器新一代超级电容器1不同不同储能器件储能器件Ragone示意图示意图 3V/12000F超级超级电容器电容器研制研制预期完成技术指标：预期完成技术指标：p 重量1.3kg；p 直流内阻 0.1m；p 循环寿命达100万次；p 质量比能量达11Wh/kg；p 质量比功率达17kW/kg；p 工作电压达3.0V的12000F有机系超级电容器单体。目标市场：目标市场：p 城市轨道交通行业，包括有轨电车和无轨电车。能量密度能量密度新型电

12、极材料100F圆形电容器电容器充放电曲线二、超级电容器的研究与创新方向二、超级电容器的研究与创新方向Page 23 新型高性能纳米混合电容器新型高性能纳米混合电容器(NHC)单体的研制单体的研制预期完成技术指标：预期完成技术指标：p 工作电压为1.5-2.5V；p 质量比能量大于20Wh/kg;p 质量比功率大于3kW/kg。目标目标市场：市场：p 储能式无轨电车、微网储能。新一代超级电容器新一代超级电容器2NHC电容器储能机理Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9363二、超级电容器的研究与创新方向二、超级电容器的研究与创新方向Page 24 2013年投资2.2亿

13、元建成2条国际先进的年产100万只超级电容大规模产线，年产值达到5亿元四、四、企业研发平台企业研发平台生产线生产线Page 25 电极碾压机 电极分切机 全自动冲切机 全自动电极叠片机四、四、企业研发平台企业研发平台生产线生产线Page 26市场应用汽车低温辅助启动系统汽车低温辅助启动系统储能式轻轨车动力系统储能式轻轨车动力系统军用弹射系统军用弹射系统纯纯EDLC电动汽车电动汽车储能储能式无轨车动力系统式无轨车动力系统风力发电、港口机械风力发电、港口机械五、产品应用 主要市场应用Page 275.1 储能式有轨电车储能式轻轨车五、产品应用实例轨道交通领域p 额定工作电压： DC 900 V p

14、 工作电压范围： DC 500-900 V p 总容量： 143 F p 储电总能量： 18.45 kWh p 工作能量： 12.8 kWh p 快速充电电流：21000A/s(峰值)p 放电电流： 2400A/s(峰值）p 最大快速充电时间：30 s p续航里程：4kmPage 285.2 储能式无轨车五、产品应用实例公共交通领域p 额定工作电压： DC 720 V p 工作电压范围： DC 360-720 V p 储电总能量： 8kWh p 可行驶里程： 5-6Km p最大快速充电时间：30 s 储能式无轨车Page 295.3 西班牙萨拉戈萨有轨电车1号线五、产品应用实例轨道交通领域p2011年4月19日正式投入运营；p整车长33米，宽2.65米，拥有54个座位和146个站位，可载荷200名乘客；p该电车装配了CAF公司的车载超级电容能量储存系统，可摆脱受电弓运行。充电电压750V DC最高时速70km/h额定功率560kW最大加速度1.2m/s