南车超级电容

0.22-100000F
20000-100000F 0.1-100F 3000F 0.1-100F
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9
1. 超级电容器的技术与应用情况
1.8 超级电容器主要市场应用
领域 电动/混合动力汽车 电动车辆和工程机械 轨道交通 再生能源 （风力和光伏发电） 智能电网 重型机械 军事装备
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C/F
6980 6960 6940 6920
1
0.16
R / m0hm
0.15
6900 6880 6860 6840 -40 -30 -20 -10 0 10
2
0.14 20 30 40 50 60 70 80
c 1-容量 2-直流内阻

o
电容器高低温容量、直流内阻曲线
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3. 动力型超级电容器的自主研发
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16
3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.1 电容量、直流内阻、比能量、比功率、瞬时功率
公司 美国 M公司 韩国 N公司 本公司 电容量 （F） 直流内阻 质量比能量 (mΩ） (Wh/kg) 体积比能量 (Wh/L) 质量比功率 (kW/kg) 短路电流 （A）
3000
6200 7000
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2. 城轨交通用超级电容器的技术特点
2.2 公司规划
完成技术引进 厂房租赁及厂房 改造 实现产业规模10亿 元 启动新增4条产线 整体项目完成，实 现产业规模30亿元
建成2条生产线，产量 100 万只,产值5亿 正式启动规划二期2条 生产线 开始基建,进入 南车产业园
实现产业规模20亿 元 新增4条产线
Cycle Number
1-容量 2-直流内阻
电容器试样以150A的电流循环 100 000次的电容和内阻变化
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.6 不同厂家电容器高低温、加速寿命、循环寿命稳定性对比
公司
ΔC/C -40℃ （%） -2.7
ΔC/C 70℃ （%） 0.60
ΔR/R -40℃ （%） 12
10-20
3-7
1,000,000
成熟
是
物理
1.2-2.3
7-9
1-3
10-13
100,000
成熟
是
化学+ 物理
赝电容 NiO/AC 锂离子 LiC
0.8-1.6
6-9
1-2
9-14
50,000
不成熟
否
化学+ 物理 化学+ 物理
2.2-3.8
15-20
1-3
13
100,000
中试 阶段
是
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7
1. 超级电容器的技术与应用情况
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2 2.7V, 7000F动力型超级电容器单体研发
电极材料：颗粒活性炭 电解液：溶质（TEA-BF4),溶剂（AN) 工作电压：2.7V 温度范围： -40~65℃ 单体容量：7000F 使用寿命：10年、100万次
7000F单体电容器
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1. 超级电容器的技术与应用情况
1.5 不同种类超级电容器参数对比
电压范围 (V) 双电层 （AC/AC) 赝电容 LiMnO/AC 质量比能量 (Wh/kg) 质量比功率 （kW/kg） 体积比能量 (Wh/L) 循环寿命 (次) 技术 成熟度 是否 免维护 储能 类型
0-2.7
3-7
额定工作电压： 工作电压范围： 总容量：
DC 750 V DC 900-500 V 164 F
储电总能量：
工作能量：
18.45 kWh
12.8 kWh
车站快速充电电流：2×900 A(恒流)
最大充电电压：
DC 900 V
储能式轻轨车
最大快速充电时间：30 s
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储能机箱
单套储能电源柜重量：1 600Kg
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4. 储能式轻轨储能电源系统技术研发
4.3 限压技术
单体工作限压：DC 2.7 V
过流范围：0-80 A 原理：电压比较器，MOS管+电阻泄放
限压板
限压板电路图
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4. 储能式轻轨储能电源系统技术研发

经过100 000次循环后， 电容量降低了6%，直流 内阻升高了30% 其值对应加速寿命曲线 上500h的电容和直流内 阻数值，推理其循环次 数可以达到100万次
6900 6850 6800 6750 6700
0.19
2
0.18
R / mohm
C/F
0.17
1
6650 6600 0
0.16
0.15 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
3.2.3 寿命公式
T(θ,V) = 5 000 × 2（70-θ）/10 ×（1.5）（2.7-V）×10
θ-使用温度 V-使用电压
温度每升高10℃，寿命衰减一半 电压每降低0.1V， 寿命提高1.5倍 20℃、2.63V时的寿命，计算得知为174 850 h，约19.96年 30℃、2.63V时的寿命，计算得知为 87 440 h，约 9.98年
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2. 城轨交通用超级电容器的技术特点
2.5 超级电容器长寿命与免维护性


车辆的使用寿命要求为30年 要求超级电容器的使用寿命10年以上 要求超级电容器的充放电次数大于100万次
2.6 超级电容器高安全性

产品设计以人为本 超级电容器的的安全性第一 可短路充放电，无爆炸
2.7 超级电容器绿色环境友好
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2. 城轨交通用超级电容器的技术特点
2.3 超级电容器高功率性
城轨车辆的主动力源 承受车辆启动的高功率冲击 承受制动尖峰能量全回馈的高功率冲击 承受大电流在站快速充电的高功率冲击
2.4 超级电容器高能量性
具备足够能量完成车辆在站间距运行的能量时效要求 具有高的质量比能量，减小储能系统的重量，车辆轻量化 具有高的体积比能量，减小储能系统的体积，车辆小型化
超温使用产生鼓壳、爆裂现象 超电压使用产生鼓壳、爆裂现象
短路，严重发热后会产生鼓壳、爆裂现象 开路，系统损坏，对安全无影响
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.8 动态压力调节控制结构（安全性）

安装单向截止阀解决鼓壳、爆裂现象 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 安装模块电压测量与显示解决短路 与开路问题
安全阀
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.9 不同公司的超级电容器安全管理结构与特点
公司 美国M公司 韩国N公司 本公司
安全管理结构 外壳防爆槽 上盖防爆薄片 单向截止阀
特点 过压破裂失效 过压破裂失效 动态压力调节，无失效
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4. 储能式轻轨储能电源系统技术研发
4.1 整车储能电源系统参数
ΔR/R 70℃ （%） 0
ΔC/C 5000h （%） -30
ΔR/R ΔC/C ΔR/R 5000h 100000c 100000c （%） （%） （%） 90 -8 25
韩国 N公司
本公司
-2.2
0.71
13
0
-20
100
பைடு நூலகம்-6
30
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.7 产品失效模式（无主动防暴模式）
0.28
0.17 0.15
5.63
5.1 7.1
7.59
5.28 6.42
12.05
11.78 12.15
4000
5200 6000
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.2 高低温特性
0.17 7040 7020 7000
-40℃时，容量衰减2.2% 70℃时，容量提高0.71% -40℃时，内阻升高13.33% 70℃时，内阻无变化
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.4 加速寿命特性测试
7000 6800 0.30
5 000 h后，电容降低了20% 直流内阻升高了100% 利用高温70 ℃、2.7 V 、 5 000 h加速寿命曲线对应 寿命公式对电容器的寿命 进行评价
6600 6400
2
0.25
普通电容器
比 功 率
超级电容器 电池 燃料电池
比能量
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1. 超级电容器的技术与应用情况
1.2 储能器件具体参数比较
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4
1. 超级电容器的技术与应用情况
1.3 超级电容器特点
低内阻、高功率特性：可数千、上万安培输出 高能量特性：与普通铝电解电容相比，可达104倍 长寿命：寿命10年以上

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产品设计时优先考虑是产品的环境友好性 产品基材为铝和碳材料，具有可回收性与可降解性 产品可通过ROSH认证
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.1 动力型超级电容器的定义
满足城轨交通主动力源技术要求的超级电容器
具有大容量、大功率等动力型特性的超级电容器
长寿命、高安全性和环境友好的超级电容器
城轨交通用超级电容器的技术特点25超级电容器长寿命与免维护性?车辆的使用寿命要求为30年?要求超级电容器的使用寿命10年以上?要求超级电容器的充放电次数大于100万次26超级电容器高安全性?产品设计以人为本?超级电容器的的安全性第一?可短路充放电无爆炸27超级电容器绿色环境友好?产品设计时优先考虑是产品的环境友好性?产品基材为铝和碳材料具有可回收性与可降解性?产品可通过rosh认证page143
应用方式及优势
应用于动力电源系统，与电池混联： 1.提高动力性能； 2.提高电池循环寿命 应用于动力电源系统，与电池混联： 1.提高动力性能； 2.提高电池循环寿命 制动能量回收存储电源，满足长寿命、高功率输出 替代电池，用于WTG变桨控制系统备用电源或光伏主电 源，满足长寿命、免维护使用要求
高功率在线式备用电源，用于电能质量调节，有功补 偿，满足高功率、长寿命和免维护使用
动力和制动能量回收电源，满足长寿命、高功率输出
高功率输出电源，满足高可靠、长寿命、宽温、免维 护等特殊要求
2. 城轨交通用超级电容器的技术特点
2.1 公司简介
宁波南车新能源科技公司由中国南车集团 （CSR)与集星科技公司(SPSCAP)合资组建 专业从事超级电容电极、单体及模组的研发、 制造和销售 一期投资3.6亿,总投资20亿 一期年产100万只大型超级电容器
宽工作温区： -40~65℃（主要性能指标几乎无差异）
免维护：全密封结构，无需维护 环境友好型产品：无污染，可回收
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1. 超级电容器的技术与应用情况
1.4 超级电容器主要技术分类
双电层技术（EDLC) 特点：技术成熟、功率高、寿命长 赝电容技术（PC） 特点：容量高、功率低 锂离子电容技术（LIC) 特点：容量高、电容管理系统复杂
R / mohm
C/F
6200 0.20 6000 5800 5600 0 1000 2000 3000 4000
1
0.15 5000
t/h
1-容量 2-直流内阻
电容器2.7V，70℃，5000h加速寿命曲线
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3. 动力型超级电容器的自主研发
3.2.5 充放电循环寿命特性测试
7000 6950 0.20
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1. 超级电容器的技术与应用情况
1.7 国内主要超级电容器制造商
主要制造商 北京集星 产品类型 有机/AC 产品规格 圆柱Φ8-Φ60；方形 容量范围 1-7000F
上海奥威
哈尔滨巨容 锦州凯美 洛阳凯迈 山东海特
水性/NiO
水性/NiO 有机/AC 有机/AC 有机/AC
扣式；方形
方形 扣式；圆柱Φ8-Φ22 圆柱Φ60 扣式；圆柱Φ8-Φ22
宁波南车新能源科技有限公司 2012年8月
目录
第一部分 第二部分
第三部分 第四部分
超级电容器的技术与应用情况 城轨交通用超级电容器的技术特点 动力型超级电容器的自主研发
储能式轻轨储能电源系统技术研发
动力型超级电容器技术进化方向
第五部分
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1. 超级电容器的技术与应用情况
1.1 储能器件比较
4. 储能式轻轨储能电源系统技术研发
4.2 整车储能电源系统设计
两个独立动力单元，每动力单元各设一套储能
电源系统
每套电源中有1 368只2.7 V,7 000 F电容器单体 4只单体并联集成为模块；
18个模块串联组成一个机箱；
19个机箱串联组成一套储能电源系统
每套储能电源系统的直流内阻12.8 mΩ 单套储能电源柜体积：3 700×2 400×350 mm
1.6 国际主要超级电容器制造商
主要制造商 MAXWELL NESS LS Mtron IOXUS ACT JM ENERGY FDK ELLIT ESMA 产品类型 有机/AC 有机/AC 有机/AC 有机/AC 有机/LIC 有机/LIC 有机/LIC 无机/ NiO 无机/ NiO 产品规格 圆柱Φ60 圆柱Φ8-Φ60；方形 圆柱Φ8-Φ60；方形 圆柱Φ60 方形软包装 方形软包装 方形软包装 方形 方形 容量范围 5-3000F 1-6200F 1-3500F 3000F 2400-5000F 2400-5000F 2400-5000F 20000-100000F 20000-100000F