超级电容器技术及应用.ppt

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超级电容器技术超级电容器技术及其应用及其应用孟海军孟海军2014年年12月月17日日主要内容主要内容一、超级电容器产业发展背景一、超级电容器产业发展背景二、超级电容器特性简介二、超级电容器特性简介三、新能源交通应用三、新能源交通应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用五、军事应用五、军事应用六、未来展望六、未来展望一、超级电容器产业发展背景一、超级电容器产业发展背景q20132013年全球电动汽车销量共计年全球电动汽车销量共计年全球电动汽车销量共计年全球电动汽车销量共计22.5522.55万辆（纯电动占万辆（纯电动占万辆（纯电动占万辆（纯电动占57.34%57.34%），较），较），较），较20122012年增长年增长年增长年增长73.95%73.95%，其中中国占，其中中国占，其中中国占，其中中国占6.03%6.03%。

q20142014年随国家整治污染和产业政策年随国家整治污染和产业政策年随国家整治污染和产业政策年随国家整治污染和产业政策牵引，电动汽车应用推广获得进一牵引，电动汽车应用推广获得进一牵引，电动汽车应用推广获得进一牵引，电动汽车应用推广获得进一步提速；步提速；步提速；步提速；q这带动了锂离子电池和超级电容器这带动了锂离子电池和超级电容器这带动了锂离子电池和超级电容器这带动了锂离子电池和超级电容器等动力电源的高速发展。

等动力电源的高速发展。

等动力电源的高速发展。

等动力电源的高速发展。

一、超级电容器产业发展背景一、超级电容器产业发展背景MaxwellMaxwell公司公司公司公司LSLS公司公司公司公司NessCapNessCap公司公司公司公司奥威科技奥威科技奥威科技奥威科技NipponNippon公司公司公司公司SaftSaft公司公司公司公司一、超级电容器产业发展背景一、超级电容器产业发展背景q国内超级电容器市场蓬勃发展，保持了高速增长势态；国内超级电容器市场蓬勃发展，保持了高速增长势态；国内超级电容器市场蓬勃发展，保持了高速增长势态；国内超级电容器市场蓬勃发展，保持了高速增长势态；q国外知名企业大力拓展国内市场，并占据了重要市场份额；国外知名企业大力拓展国内市场，并占据了重要市场份额；国外知名企业大力拓展国内市场，并占据了重要市场份额；国外知名企业大力拓展国内市场，并占据了重要市场份额；q国内企业从技术、产业和应用方面均取得重要成就，特别是国内企业从技术、产业和应用方面均取得重要成就，特别是国内企业从技术、产业和应用方面均取得重要成就，特别是国内企业从技术、产业和应用方面均取得重要成就，特别是锂离子电容器等为代表的能量型超级电容器方面，具有一定锂离子电容器等为代表的能量型超级电容器方面，具有一定锂离子电容器等为代表的能量型超级电容器方面，具有一定锂离子电容器等为代表的能量型超级电容器方面，具有一定的领先优势；的领先优势；的领先优势；的领先优势；q国内超级电容器产业已具备了爆发性增长的条件。

国内超级电容器产业已具备了爆发性增长的条件。

国内超级电容器产业已具备了爆发性增长的条件。

国内超级电容器产业已具备了爆发性增长的条件。

天津力神天津力神天津力神天津力神南通江海南通江海南通江海南通江海南南南南车车新能源新能源新能源新能源北京集星北京集星北京集星北京集星二、二、超级电容器特性简介超级电容器特性简介二、二、超级电容器特性简介超级电容器特性简介EDLCLICLIB正正极极材料材料活性炭活性炭活性炭活性炭LiCoO2/LiMnO4负极负极材料材料活性炭活性炭石墨石墨/硬炭硬炭石墨石墨电解液电解液有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂储电原理储电原理离子吸附脱附离子吸附脱附正正极：

等同于极：

等同于EDLC负极：

负极：

Li离子反应离子反应Li离子反应离子反应温度范围温度范围-4070-2555-2545最大工作电压最大工作电压2.32.7V3.84.2V3.74.2V最大放电倍率最大放电倍率1,000C500C50C大出力特性大出力特性充放电次数充放电次数（50万万次次以上）以上）（3万万次次以上）以上）（10002000次次）自放电自放电安全性安全性能量密度能量密度（57WH/Kg）（1060WH/Kg）（150WH/Kg）二、二、超级电容器特性简介超级电容器特性简介活性炭活性炭活性炭活性炭含锂金属含锂金属氧化物氧化物EDLCLIBe-+e-e-e-充電充電放電放電LIC活性炭活性炭石墨类石墨类石墨类、金石墨类、金属氧化物类属氧化物类二、二、超级电容器特性简介超级电容器特性简介超级电容器技术超级电容器技术超级电容器技术超级电容器技术q关键材料技术关键材料技术关键材料技术关键材料技术石墨烯、碳纳米管等电极材料技术；石墨烯、碳纳米管等电极材料技术；石墨烯、碳纳米管等电极材料技术；石墨烯、碳纳米管等电极材料技术；先进电解液技术先进电解液技术先进电解液技术先进电解液技术q超级电容器器件技术超级电容器器件技术超级电容器器件技术超级电容器器件技术电性能设计技术；电性能设计技术；电性能设计技术；电性能设计技术；电极工艺技术电极工艺技术电极工艺技术电极工艺技术q组件技术组件技术组件技术组件技术热设计技术；热设计技术；热设计技术；热设计技术；电均衡技术电均衡技术电均衡技术电均衡技术q应用技术应用技术应用技术应用技术电动汽车应用设计电动汽车应用设计电动汽车应用设计电动汽车应用设计二、二、超级电容器特性简介超级电容器特性简介超级电容器的适用场合超级电容器的适用场合超级电容器的适用场合超级电容器的适用场合q短时间高功率输出短时间高功率输出短时间高功率输出短时间高功率输出t1mint1min适合使用功率型超级电容器适合使用功率型超级电容器适合使用功率型超级电容器适合使用功率型超级电容器1mint15min1mint30mint30min适合使用锂离子电池适合使用锂离子电池适合使用锂离子电池适合使用锂离子电池q长寿命高可靠需求长寿命高可靠需求长寿命高可靠需求长寿命高可靠需求风电变桨风电变桨风电变桨风电变桨/UPS/UPS后备电源后备电源后备电源后备电源q频繁快速充放电需求频繁快速充放电需求频繁快速充放电需求频繁快速充放电需求能量回收能量回收能量回收能量回收/各类电网调峰各类电网调峰各类电网调峰各类电网调峰q低温工作需求低温工作需求低温工作需求低温工作需求车辆车辆车辆车辆/油机低温启动油机低温启动油机低温启动油机低温启动三、新能源交通应用三、新能源交通应用123起停式起停式起停式起停式深度混合动力大客车深度混合动力大客车深度混合动力大客车深度混合动力大客车纯电动公交车纯电动公交车纯电动公交车纯电动公交车有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器有机对称型超级电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器锂离子电容器三、新能源交通应用三、新能源交通应用起停式电动汽车起停式电动汽车起停式电动汽车起停式电动汽车三、新能源交通应用三、新能源交通应用混合动力大客车混合动力大客车混合动力大客车混合动力大客车混混合合动动力力汽汽车车的的驱驱动动部部分分由由超超级级电电容容电电池池系系统统和和燃燃油油系系统统组组成成。

在在起起步步、加加速速和和低低速速行行驶驶时时由由超超容容系系统统提提供供动动力力。

在在怠怠速速、制制动动、滑滑行行时时可可进进行能量回收。

与传统汽车相比节油率可达到行能量回收。

与传统汽车相比节油率可达到30%左右，减少污染左右，减少污染70。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用纯电动公交车纯电动公交车纯电动公交车纯电动公交车图图示示为为奥奥威威科科技技有有限限公公司司为为上上海海世世博博会会研研制制的的无无“辫辫子子”的的超超级级电电容容器器纯纯电电动动汽汽车车，每每隔隔2-3英英里里就就会会在在指指定定的的充充电电站站-兼兼具具公公交交车车站站的的功功能能-进进行行充充电电，只只需需几几分分钟钟，位位于于公公交交车车座座位位下下的的超超级级电电容容器器就就充充电电完完成成了了。

超超级级电电容容器器公公交交车车也也可可以以从从刹刹车车系系统统中中获获取取能能量量，这这类类公公交交车车使使用用的的电电力力比比无轨电车平均少无轨电车平均少40%，能耗仅为燃油车的，能耗仅为燃油车的1/3。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用电动汽车其它应用电动汽车其它应用电动汽车其它应用电动汽车其它应用三、新能源交通应用三、新能源交通应用车辆低温启动车辆低温启动车辆低温启动车辆低温启动利用超级电容器的优秀低温特性，确保车辆在低温条件下一次顺利利用超级电容器的优秀低温特性，确保车辆在低温条件下一次顺利启动成功。

启动成功。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用脱线运行有轨电车脱线运行有轨电车脱线运行有轨电车脱线运行有轨电车图示为南车新能源和奥威科技开发的脱线运行有轨电车，代表了现图示为南车新能源和奥威科技开发的脱线运行有轨电车，代表了现代有轨电车技术发展的方向。

代有轨电车技术发展的方向。

轨道交通轨道交通轨道交通轨道交通应用：

应用：

应用：

应用：

三、新能源交通应用三、新能源交通应用轨道轨道轨道轨道交通应用方面：

能量交通应用方面：

能量交通应用方面：

能量交通应用方面：

能量回收回收回收回收轨道交通站间距短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。

轨道交通站间距短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。

利用超级电容器优秀的大功率充放电特性，回收制动能量，能够节省利用超级电容器优秀的大功率充放电特性，回收制动能量，能够节省了约了约30的能量。

的能量。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用拓展应用拓展应用拓展应用拓展应用混合动力起重机械混合动力起重机械混合动力起重机械混合动力起重机械/港口机械港口机械港口机械港口机械超级电容混合动力起重机械和港口机械，能够大幅度降低能耗，减超级电容混合动力起重机械和港口机械，能够大幅度降低能耗，减少空气和噪音污染。

少空气和噪音污染。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用混合动力工程机械混合动力工程机械混合动力工程机械混合动力工程机械超级电容混合动力工程机械，同样能够大幅度降低能耗，减少空气超级电容混合动力工程机械，同样能够大幅度降低能耗，减少空气和噪音污染。

和噪音污染。

三、新能源交通应用三、新能源交通应用纯电动叉车和高尔夫车纯电动叉车和高尔夫车纯电动叉车和高尔夫车纯电动叉车和高尔夫车超级电容纯电动叉车和高尔夫车经济性好、使用便捷、工作寿命长超级电容纯电动叉车和高尔夫车经济性好、使用便捷、工作寿命长、大幅缩减充电设备建设。

、大幅缩减充电设备建设。

在可并微电网中的应用在可并微电网中的应用在可并微电网中的应用在可并微电网中的应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用提供短时供电提供短时供电有助于从并网模式向孤网模式转换时两种模式的平稳过渡。

用作能量缓冲装置用作能量缓冲装置可在负荷低落时储存电源的多余电能，在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求；改善微电网的电能质量改善微电网的电能质量对于瞬时停电、电压骤升、骤降等暂态问题，利用超级电容器可提供快速功率缓冲，吸收或补充电能，提供有功功率支撑进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压波动。

超超级级电电容容器器储储能能系系统统作作为为主主要要储储能能设设备备之之一一，配配合合锂锂离离子子电电池池或或铅铅酸酸电电池池储储能能系系统统接接入入电电网网380V侧，利用超级电容器的快速响应和功率特性用于微电网的平滑切换和削峰填谷等。

侧，利用超级电容器的快速响应和功率特性用于微电网的平滑切换和削峰填谷等。

四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用利用超级电容器的高可靠性和长寿命，将其作为风电设备的变桨电源。

利用超级电容器的高可靠性和长寿命，将其作为风电设备的变桨电源。

风电变桨电源风电变桨电源风电变桨电源风电变桨电源风电变桨电源风电变桨电源UPSUPS后备电池后备电池后备电池后备电池四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用功功率率型型和和能能量量型型超超级级电电容容器器分分别别可可以以用用于于1min和和15min的的后后备备电电源源上上，满满足足数数据据中中心心、电电网网等等对对UPS性性能能和和成成本本的的要要求求。

UPS起起作作用用往往往往是是在在掉掉电电或或电电网网电电压压瞬瞬时时塌塌波波的的最最初初几几秒秒到到几几分分钟钟内内起起决决定定作作用用。

在在数数据据保保护护的的备备份份系系统统中中，需需UPS提提供供的的时时间间相相对对很很短短。

超超级级电电容容其其输输出出电电流流几几乎乎没没有有延延迟迟地地上上升升到到高高达达数数百百安安培培甚甚至至上上千千安安培培，在在很很短短的的时时间间内内就可以实现能量存储，就可以实现能量存储，10年以上不需维护，使年以上不需维护，使UPS真正实现免维护。

真正实现免维护。

产品优势产品优势1.使用寿命长，反复充电使用寿命长，反复充电50万次万次;2.工作温度范围宽工作温度范围宽-40+65;3.放电速度快，瞬间放电电流可达几放电速度快，瞬间放电电流可达几百至上千安培百至上千安培;4.在线并联热备，响应时间在线并联热备，响应时间10ms，电压自适应调节电压自适应调节5.免维护，绿色环保；免维护，绿色环保；UPSUPS直流屏直流屏直流屏直流屏四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用在在电电力力系系统统中中，直直流流电电源源屏屏为为变变配配电电设设备备提提供供直直流流电电源源，主主要要用用在在高高压压开开关关的的分分合合闸闸等等方方面面，其其性性能能直直接接影影响响整整个个供供电电系系统统的的安安全全运运行行。

超超级级电电容容器器利利用用自自身身优优势势，与与蓄蓄电电池池组组组组成成复复合合电电源源，超超容容承承担担冲冲击击负负荷荷，蓄蓄电池承担经常性负荷，从而延长蓄电池使用寿命，降低故障，减少成本。

电池承担经常性负荷，从而延长蓄电池使用寿命，降低故障，减少成本。

电信应用电信应用电信应用电信应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用电信工业结合超级电容器电子电路开发的电能超高速缓冲存储器电信工业结合超级电容器电子电路开发的电能超高速缓冲存储器（Powercache）储能模式，提供几秒钟的备用电源，同时还桥接长期电储能模式，提供几秒钟的备用电源，同时还桥接长期电源。

这种电信产品具有十分卓越的优点源。

这种电信产品具有十分卓越的优点不须维修地工作不须维修地工作10年，能年，能快速再充电和抗干扰能力强。

快速再充电和抗干扰能力强。

节能电梯节能电梯节能电梯节能电梯四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用超级电容节能电梯节能显著、具备后备电源功能，成本可通过节超级电容节能电梯节能显著、具备后备电源功能，成本可通过节约电费回收，应用空间极为广阔。

约电费回收，应用空间极为广阔。

电源控制器电源控制器智能控制器智能控制器超级电容组超级电容组电机电机外电源外电源双向双向DC/DC航空应用航空应用航空应用航空应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用超超级级电电容容器器被被用用作作民民航航飞飞机机舱舱门门提提供供爆爆发发动动力力电电源源，使使用用寿寿命命可可达达25年年，140000飞飞行行小小时时。

在在地地面面上上，正正常常操操作作和和紧紧急急操操作作时时，门门必必须须被被打打开开，在在飞飞行行时时，门门必必须须被被关关上上并并锁锁紧紧，滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀。

，滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀。

医疗设备脉冲电源医疗设备脉冲电源医疗设备脉冲电源医疗设备脉冲电源四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用利利用用超超级级电电容容器器高高比比功功率率特特性性，在在医医疗疗设设备备中中用用作作脉脉冲冲电电源源，如如激激光光医医疗疗设设备备曝曝光光瞬瞬间间功功率率高高达达20kW，对对电电源源功功率率特特性性要要求求极极高高。

相相比比电电解解电电容容，超超级级电电容容容容量量大大、功功率率密密度度高高，极极大提高了医疗设备的稳压效果及放射次数。

大提高了医疗设备的稳压效果及放射次数。

其它其它其它其它应用应用应用应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用用于电动工具：

功率大、充电快、寿命长。

电动玩具：

用于电动工具：

功率大、充电快、寿命长。

电动玩具：

用于电动玩具：

提供瞬时大电流；用于电动玩具：

提供瞬时大电流；用在智能三表：

应用非常成熟、市场规模非常可观。

用在智能三表：

应用非常成熟、市场规模非常可观。

军用车辆及发电机组温启动军用车辆及发电机组温启动军用车辆及发电机组温启动军用车辆及发电机组温启动/起动领域起动领域起动领域起动领域五、军事应用五、军事应用超级电容器卓越的低温倍率和放电深度特性，可广泛和深度应用于超级电容器卓越的低温倍率和放电深度特性，可广泛和深度应用于各类军用车辆低温启动，以及中大功率汽各类军用车辆低温启动，以及中大功率汽/柴油发电机组低温起动应用领柴油发电机组低温起动应用领域。

域。

五、军事应用五、军事应用军用飞机起动军用飞机起动军用飞机起动军用飞机起动军用飞机（包含直升飞机）起动用电源车存在的主要问题是在某些军用飞机（包含直升飞机）起动用电源车存在的主要问题是在某些冲击或浪涌状态下发电机输出功率无法满足要求，造成发动机转速和输冲击或浪涌状态下发电机输出功率无法满足要求，造成发动机转速和输出功率急速下降甚至熄火。

对于超电出功率急速下降甚至熄火。

对于超电+蓄电池起动车，可直接和蓄电池蓄电池起动车，可直接和蓄电池并联超级电容器模组，以提供飞机发动机起动瞬间所需的大电流，提高并联超级电容器模组，以提供飞机发动机起动瞬间所需的大电流，提高起动性能和战时便携机动性能，缩短启动时间，降低瞬间大电流对蓄电起动性能和战时便携机动性能，缩短启动时间，降低瞬间大电流对蓄电池造成的损害。

池造成的损害。

五、军事应用五、军事应用大功率伺服电源大功率伺服电源大功率伺服电源大功率伺服电源近防武器的快速响应能力需要超级电容器为其伺服机构提供超大近防武器的快速响应能力需要超级电容器为其伺服机构提供超大功率、长寿命供电。

功率、长寿命供电。

五、军事应用五、军事应用电子电子电子电子/信息装备电源信息装备电源信息装备电源信息装备电源超级电容器应用于电子超级电容器应用于电子/信息装备，可以达到如下效果：

信息装备，可以达到如下效果：

稳压，提高供电质量；稳压，提高供电质量；作后备电源，防掉电；作后备电源，防掉电；用作脉冲电源，减小电源系统的体积和重量。

用作脉冲电源，减小电源系统的体积和重量。

五、军事应用五、军事应用战车战车战车战车混合电传动系统混合电传动系统混合电传动系统混合电传动系统采用超级电容混合电传动技术的重型战术卡车，燃油消耗率降低了采用超级电容混合电传动技术的重型战术卡车，燃油消耗率降低了20%，并且可以提供，并且可以提供100千瓦的可输出功率。

停车时发电机能够为一个千瓦的可输出功率。

停车时发电机能够为一个指挥控制中心或一个野战医院提供所需的电力保障。

指挥控制中心或一个野战医院提供所需的电力保障。

六、未来展望六、未来展望在国家产业政策的引导下，经过在国家产业政策的引导下，经过在国家产业政策的引导下，经过在国家产业政策的引导下，经过“产学研用产学研用产学研用产学研用”合作创新模式合作创新模式合作创新模式合作创新模式发展，我国超级电容器技术和产业必将进入一个高速发展阶段，发展，我国超级电容器技术和产业必将进入一个高速发展阶段，发展，我国超级电容器技术和产业必将进入一个高速发展阶段，发展，我国超级电容器技术和产业必将进入一个高速发展阶段，促进超级电容器市场的规模和应用领域不断拓展，共同推动我促进超级电容器市场的规模和应用领域不断拓展，共同推动我促进超级电容器市场的规模和应用领域不断拓展，共同推动我促进超级电容器市场的规模和应用领域不断拓展，共同推动我国超级电容器整个产业链的迅速增长。

国超级电容器整个产业链的迅速增长。

国超级电容器整个产业链的迅速增长。

国超级电容器整个产业链的迅速增长。

结束语结束语一、超级电容器产业发展背景一、超级电容器产业发展背景二、超级电容器特性简介二、超级电容器特性简介三、新能源交通应用三、新能源交通应用四、新能源及其它应用四、新能源及其它应用五、军事应用五、军事应用六、未来展望六、未来展望请批评指正，谢谢！