超级电容器在混合动力汽车上的应用

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超级电容与电池并联将延长电池寿命
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在混合动力汽车中的应用
超级电容器具有功率密度高、低温特性好、充电时间短、使用寿命 长等特点，因此可将超级电容器应用在混合动力车上和电池配合，在起 动、加速、爬坡时提供瞬时峰值功率，延长电池的寿命；
超级电容器在混合动力 汽车上的应用
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• 超级电容器特点 • 超级电容器与电池方案比较 • 小型乘用车应用 • 大巴/重型运输应用 • 燃料电池叉车应用 • 前景展望
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125伏模块在酒精混合动力车上的应用
斯堪尼亚集团是世界领先的重型卡车和大型巴士以及工业发动机制造商之一,总部在瑞典 • 9 升的柴油，汽油或酒精发动机 198 kW (270 hp)@1800 r/min • 一个150 千瓦的牵引电机,车辆最高时速：78KM/hr • 4 个125V 的MAXWELL超级电容储能>400Wh • 开发模式：政府资助2辆原型车加10辆测试车
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其他应用案例
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混联式案例
图片来源：Tata
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大巴用125V 63F模块参数
由48个3000法拉单体串联，配以平衡监控电路及风冷却单元构成，
12V/24V可选风扇，最大电流750A，持续电流200A，762*425*265mm
同时还可利用超级电容器的大电流充电特性，在汽车刹车时进行能 量回收，提高能量利用率；
利用超级电容器温度范围宽的优势，改善汽车低温起动性能。
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Capacitance:
63F
Mass:
58公斤
Voltage:
125伏
ESR:
18 milliohm
Solving for Stored Energy: E = ½ C*V 2
J = .5 X 63 X 15625= 492188wsec (136.7 Whr)
Power density = V 2 /4xESR/weight = 3742 w/kg
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混合度模型
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J/cc = 190080/12600 = 15.1
Power density = V 2 /4xESR/weight = 5713 w/kg Power density (IEC) = 5713X.48 = 2742w/kg Energy density = 3.72 Whr/kg
内部单体选用美国MAXWELL科技 BOOSTCAP品牌超级电容器
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叉车工作原理
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峰值功率
超级电容器输出
燃料电池输出
能量回收
超级电容器输入
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通用未来混合动力车中超级电容应用计划
据美国通用汽车（GM）在2007年国际高级汽车 电池与超级电容讨论会（AABC 2007）上透露: “在近5年内,将每3个月推出1次混合动力车插电 混合动力车(约64kmEV行驶)要求电池具有高功 率密度和高能量密度这一相反的特性 , 而锂离子 充电电池很难兼具这些特性，因此很有可能采取 与超级电容相结合使用的方法 双模系统，是指通 过组合两个马达和行星齿轮机构来切换低速模式 和高速模式的混合动力车.
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1、低内阻、具备卓越的处理大电流及峰值功率的能力
2、超过1百万次的充放电次数、使用寿命长 3、在-40度到65度范围内可正常工作，温度范围宽 4、可快速充放电 5、容易根据电压监控状态，可靠性高 6、体积小、重量轻 7、绿色产品，易于环境保护
2.7伏
ESR: Solving for Stored Energy:
0.29 milliohm E = ½ C*V 2
J = .5 X 3000 X 7.29 = 10935wsec (3.04 Whr)
J/cc = 10935/475 = 23.0
Power density = V 2 /4xESR/weight = 11426 w/kg
超级电容器模块与电池参数比较
参数
可用能量 功率
能量密度 功率密度
寿命 系统成本 寿命周期成本
超级电容模块
0.3 kWh Over 150 kW
4 Wh/kg 1.5kW/kg 10-12 years $100 /kW $100/Kw
电池
18kWh 32kW 87 Wh/kg 0.16kW/kg 2.5-5 year $375/kW $1125/kW
超级电容器与电池方案比较
优势：
工作（回收、释放）效率高，可高达95% • 寿命长 • 重量轻 • 易于管理 • 低温、高温特性好
缺点：
• 能量密度低，但对混合动力应用影响不大
• 初始投资高，但整个寿命期间的成本要比电池低
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锦州百纳电气有限公司具有多年模块制作及应用经验，可共 同为混合动力汽车生产商提供完善的产品和满意的服务；
在国外已有超过五百辆HEV车使用超级电容并有上百万公里 的历程。
百纳在国内与一汽、华普正进行合作，相信会有广阔的应用 前景。
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1000余万个超级电容
•2.1V 68F单体:7个串联,3个并联组成系统:电压14.7V，容量29.1F。
电子控制装置（ECU）相连，起到补充电力的作用
•使用原因：
小型轻量 长寿命 可确保高可靠性
高安全性
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超级电容器包组成
组装套件 -144个2.7V 2 600F单体 -综合冷却系统 -综合电压,绝缘,温度监控 -每个巴士2个电容器组装包 -182公斤和0 .65千瓦时储存能量
Power density (IEC) = 11,426X.48 = 5485 w/kg
Energy density = 5.53 Whr/kg
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轻度混合案例
基于车辆电压参数和能量回收的模型 整体优化 • 燃料经济性/节约 • 驾驶员/乘客便利舒适性 • 系统成本 应用于各种系统 • 快速加热 • 能量回收 • 被动推进 • 起/停 • 消费电子
Power density (IEC) = 6650X.48 = 1796 w/kg
Energy density = 2.36 Whr/kg
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巴士应用案例
巴士结构: 福特ULEV引擎 标准汽油 西门子ELFA电气驱动系统 电驱动配件 超级电容器包
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前景展望
超级电容经过十几年的应用已经证明在混合动力车中会发挥 极大的作用，大幅提高整车的性能;
MAXWELL拥有业界最好性能的产品，最低的单位价格，已 经具备大规模商用化的条件;
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小型乘用车应用
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2.7V 3000F单体参数
Capacitance:
3000F
Mass:
0.55公斤
Volume:
475毫升
Voltage:
模块内单体电压的平衡，还可以满足模块之间的自动平衡:
Capacitance:
Mass: Volume: Voltage:
165F
14.2公斤 12.6升 48.6伏
ESR: Solving for Stored Energy:
7.1 milliohm E = ½ C*V 2
J = .5 X 165 X2304 = 190080wsec (52.8Whr)
其它应用
大众的燃料电池动力车Bora , 本田的IMA , 丰田的ES系列车
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其它厂家的超级电容应用情况
•截至2006年5月,丰田汽车在旗下的8款40多万辆混合动力车上应用了
燃料电池叉车应用
铅酸电池的替代品 Ú 燃料电池和超级电容配合工作 Ú 超级电容负责抬升 Ú 为客户减少开支 Ú 补充燃料电池的初始功率特性
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混合动力系统架构
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应用案例
效能提升应用（混合动力X系列概念车）
制动时能量获取, 加速时释放 起动/停止功能
在发动机和变速箱间加装电动马达:660Nm, 70 kW 节省多达 15% 的汽油 超级电容模块 高达 300V , 167.4Whr 能量 单体额定参数 1500F, 2.7V 内置于踏步门槛 设计精巧 , 低ESR , 满足大电流的要求
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大巴/重型运输应用
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大巴用48V 165F模块参数
由18个3000法拉单体串联，配以平衡监控电路构成，不仅保证