超級電容器技術(shù)及應(yīng)用

1、超級電容器技術(shù)及其應(yīng)用孟海軍2014年12月17日,主要內(nèi)容,,,,一、超級電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景,二、超級電容器特性簡介,三、新能源交通應(yīng)用,四、新能源及其它應(yīng)用,五、軍事應(yīng)用,六、未來展望,,一、超級電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景,2013年全球電動汽車銷量共計22.55萬輛（純電動占57.34%），較2012年增長73.95%，其中中國占6.03%。2014年隨國家整治污染和產(chǎn)業(yè)政策牽引，電動汽車應(yīng)用推廣獲得進一步提速；這帶動了

2、鋰離子電池和超級電容器等動力電源的高速發(fā)展。,一、超級電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景,Maxwell公司,LS公司,NessCap公司,奧威科技,Nippon 公司…,Saft公司,一、超級電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景,國內(nèi)超級電容器市場蓬勃發(fā)展，保持了高速增長勢態(tài)；國外知名企業(yè)大力拓展國內(nèi)市場，并占據(jù)了重要市場份額；國內(nèi)企業(yè)從技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用方面均取得重要成就，特別是鋰離子電容器等為代表的能量型超級電容器方面，具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢；國內(nèi)超級電容器產(chǎn)業(yè)已

3、具備了爆發(fā)性增長的條件。,天津力神,南通江海,南車新能源,北京集星…,二、超級電容器特性簡介,二、超級電容器特性簡介,二、超級電容器特性簡介,二、超級電容器特性簡介,,超級電容器技術(shù)關(guān)鍵材料技術(shù) 石墨烯、碳納米管等電極材料技術(shù)； 先進電解液技術(shù)… 超級電容器器件技術(shù) 電性能設(shè)計技術(shù)； 電極工藝技術(shù)…組件技術(shù) 熱設(shè)計技術(shù)； 電均衡技術(shù)… 應(yīng)用技術(shù)

4、 電動汽車應(yīng)用設(shè)計…,二、超級電容器特性簡介,,超級電容器的適用場合短時間高功率輸出 t 30min 適合使用鋰離子電池長壽命高可靠需求 風(fēng)電變槳/UPS后備電源…頻繁快速充放電需求 能量回收/各類電網(wǎng)調(diào)峰… 低溫工作需求 車輛/油機低溫啟動…,三、新能源交通應(yīng)用,,,,1,2,3,起停式,深度混合動力大客車,純電動公交車,,有機對稱型超級電容器,,有機對稱型超級電容器鋰離子電

5、容器,,鋰離子電容器,三、新能源交通應(yīng)用,起停式電動汽車,三、新能源交通應(yīng)用,混合動力大客車,混合動力汽車的驅(qū)動部分由超級電容電池系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)組成。在起步、加速和低速行駛時由超容系統(tǒng)提供動力。在怠速、制動、滑行時可進行能量回收。與傳統(tǒng)汽車相比節(jié)油率可達到30%左右，減少污染70％ 。,三、新能源交通應(yīng)用,純電動公交車,圖示為奧威科技有限公司為上海世博會研制的無“辮子”的超級電容器純電動汽車，每隔2-3英里就會在指定的充電站---兼具公

6、交車站的功能---進行充電，只需幾分鐘，位于公交車座位下的超級電容器就充電完成了。超級電容器公交車也可以從剎車系統(tǒng)中獲取能量，這類公交車使用的電力比無軌電車平均少40%，能耗僅為燃油車的1/3。,三、新能源交通應(yīng)用,電動汽車其它應(yīng)用,三、新能源交通應(yīng)用,車輛低溫啟動,利用超級電容器的優(yōu)秀低溫特性，確保車輛在低溫條件下一次順利啟動成功。,三、新能源交通應(yīng)用,脫線運行有軌電車,圖示為南車新能源和奧威科技開發(fā)的脫線運行有軌電車，代表了現(xiàn)代有軌

7、電車技術(shù)發(fā)展的方向。,軌道交通應(yīng)用：,三、新能源交通應(yīng)用,軌道交通應(yīng)用方面：能量回收,軌道交通站間距短，列車啟動、制動頻繁，制動能量相當(dāng)可觀。利用超級電容器優(yōu)秀的大功率充放電特性，回收制動能量，能夠節(jié)省了約30％的能量。,三、新能源交通應(yīng)用,拓展應(yīng)用,混合動力起重機械/港口機械,超級電容混合動力起重機械和港口機械，能夠大幅度降低能耗，減少空氣和噪音污染。,三、新能源交通應(yīng)用,混合動力工程機械,超級電容混合動力工程機械，同樣能夠大幅度降

8、低能耗，減少空氣和噪音污染。,三、新能源交通應(yīng)用,純電動叉車和高爾夫車,超級電容純電動叉車和高爾夫車經(jīng)濟性好、使用便捷、工作壽命長、大幅縮減充電設(shè)備建設(shè)。,在可并微電網(wǎng)中的應(yīng)用,四、新能源及其它應(yīng)用,,超級電容器儲能系統(tǒng)作為主要儲能設(shè)備之一，配合鋰離子電池或鉛酸電池儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)380V側(cè)，利用超級電容器的快速響應(yīng)和功率特性用于微電網(wǎng)的平滑切換和削峰填谷等。,四、新能源及其它應(yīng)用,,,利用超級電容器的高可靠性和長壽命，將其作為風(fēng)電設(shè)備

9、的變槳電源。,,風(fēng)電變槳電源,風(fēng)電變槳電源,UPS后備電池,四、新能源及其它應(yīng)用,功率型和能量型超級電容器分別可以用于1min和15min的后備電源上，滿足數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)等對UPS性能和成本的要求。UPS起作用往往是在掉電或電網(wǎng)電壓瞬時塌波的最初幾秒到幾分鐘內(nèi)起決定作用。在數(shù)據(jù)保護的備份系統(tǒng)中，需UPS提供的時間相對很短。超級電容其輸出電流幾乎沒有延遲地上升到高達數(shù)百安培甚至上千安培，在很短的時間內(nèi)就可以實現(xiàn)能量存儲，10年以上不需維護

10、，使UPS真正實現(xiàn)免維護。,,產(chǎn)品優(yōu)勢,1.使用壽命長，反復(fù)充電50萬次;2.工作溫度范圍寬-40～+65 ℃;3.放電速度快，瞬間放電電流可達幾百至上千安培;4.在線并聯(lián)熱備，響應(yīng)時間<10ms，電壓自適應(yīng)調(diào)節(jié)5.免維護，綠色環(huán)保；,UPS直流屏,四、新能源及其它應(yīng)用,在電力系統(tǒng)中，直流電源屏為變配電設(shè)備提供直流電源，主要用在高壓開關(guān)的分合閘等方面，其性能直接影響整個供電系統(tǒng)的安全運行。超級電容器利用自身優(yōu)勢，與蓄電池組

11、組成復(fù)合電源，超容承擔(dān)沖擊負(fù)荷，蓄電池承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷，從而延長蓄電池使用壽命，降低故障，減少成本。,電信應(yīng)用,四、新能源及其它應(yīng)用,電信工業(yè)結(jié)合超級電容器電子電路開發(fā)的電能超高速緩沖存儲器(Powercache)儲能模式，提供幾秒鐘的備用電源，同時還橋接長期電源。這種電信產(chǎn)品具有十分卓越的優(yōu)點——不須維修地工作10年，能快速再充電和抗干擾能力強。,節(jié)能電梯,四、新能源及其它應(yīng)用,超級電容節(jié)能電梯節(jié)能顯著、具備后備電源功能，成本可通過節(jié)約

12、電費回收，應(yīng)用空間極為廣闊。,,,電源控制器,智能控制器,超級電容組,電機,外電源,雙向DC/DC,,,,,,,,,,,,,,,航空應(yīng)用,四、新能源及其它應(yīng)用,超級電容器被用作民航飛機艙門提供爆發(fā)動力電源，使用壽命可達25年，140000飛行小時 。在地面上，正常操作和緊急操作時，門必須被打開，在飛行時，門必須被關(guān)上并鎖緊 ，滑道必須在緊急情況被需要的時候膨脹。,醫(yī)療設(shè)備脈沖電源,四、新能源及其它應(yīng)用,利用超級電容器高比功率特性，在醫(yī)療

13、設(shè)備中用作脈沖電源，如激光醫(yī)療設(shè)備曝光瞬間功率高達20kW，對電源功率特性要求極高。相比電解電容，超級電容容量大、功率密度高，極大提高了醫(yī)療設(shè)備的穩(wěn)壓效果及放射次數(shù)。,其它應(yīng)用,四、新能源及其它應(yīng)用,用于電動工具：功率大、充電快、壽命長。電動玩具：用于電動玩具：提供瞬時大電流；用在智能三表：應(yīng)用非常成熟、市場規(guī)模非?？捎^。,軍用車輛及發(fā)電機組溫啟動/起動領(lǐng)域,五、軍事應(yīng)用,超級電容器卓越的低溫倍率和放電深度特性，可廣泛和深度應(yīng)用于各類

14、軍用車輛低溫啟動，以及中大功率汽/柴油發(fā)電機組低溫起動應(yīng)用領(lǐng)域。,五、軍事應(yīng)用,軍用飛機起動,軍用飛機（包含直升飛機）起動用電源車存在的主要問題是在某些沖擊或浪涌狀態(tài)下發(fā)電機輸出功率無法滿足要求，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速和輸出功率急速下降甚至熄火。對于超電+蓄電池起動車，可直接和蓄電池并聯(lián)超級電容器模組，以提供飛機發(fā)動機起動瞬間所需的大電流，提高起動性能和戰(zhàn)時便攜機動性能，縮短啟動時間，降低瞬間大電流對蓄電池造成的損害。,五、軍事應(yīng)用,大功率伺服

15、電源,近防武器的快速響應(yīng)能力需要超級電容器為其伺服機構(gòu)提供超大功率、長壽命供電。,五、軍事應(yīng)用,電子/信息裝備電源,超級電容器應(yīng)用于電子/信息裝備，可以達到如下效果：穩(wěn)壓，提高供電質(zhì)量；作后備電源，防掉電；用作脈沖電源，減小電源系統(tǒng)的體積和重量。,五、軍事應(yīng)用,戰(zhàn)車混合電傳動系統(tǒng),采用超級電容混合電傳動技術(shù)的重型戰(zhàn)術(shù)卡車，燃油消耗率降低了20%，并且可以提供100千瓦的可輸出功率。停車時發(fā)電機能夠為一個指揮控制中心或一個野戰(zhàn)醫(yī)院提