超級電容器在牽引動力領域的應用阮殿波

各位業界同仁以及專家們，大家下午好。
大家知道南車主要是做軌道車輛，這兩年也做了一些軌道之外的車輛，比如說電動汽車等等，但主要是公交車。
    我講的牽引動力應用是我去歐洲的時候給我一個感受，大家說的是超級電容器比能量太低，不能單獨作為主動力牽引應用，實際上我們很早就做了。比能量雖然比較低，為什么可以應用呢？我們引用的牽引動力是城市的共同交通車輛，它是一個有規律運行的，不是說充一次電一百公里。一般站間距不超過一百公里，可能有的地鐵跑兩公里，但是有軌電池設計標準不能超過一公里，還有是無軌電車，和奧威做的有點像。這種純電的車輛，一般的距離不會很遠，也就是一公里左右。短途情況下，超級電容器比能量達到一定程度，完全可以做到主動力源。
   壽命、大功率、高低溫性能、全壽命周期可運行，這些超級電容器的優點遠遠優于電池。車輛應用的話，實際上是對儲能的要求。第一個是要有足夠的能量密度，我們說應急的時候，它可以跑兩三站，這是一個能量密度的要求。
    為什么寫一個6WH/KG，這是我們有實驗得出的，三千法拉現在大家做出來5WH/KG，真正做到器件不到4，第一個我們車輛有軸重設置和體量設置，我們第一臺做的輕軌車用3WH/KG，放在車里難看，影響載重量，還能也比較大。后來我們比能量達到6WH/KG，包括我們帶的一些負載的可以很好的運營。
第二個是功率密度，主要車輛在牽引加速的時候很重要，必須大規模放電，加速很快。我們知道超級電容器可以短路放電，我們設計的車輛加速都非常好。 還有一個功率密度要求是對我們的能量節約，就是說我們怎么高效的利用能量。
    第三個是全生命周期，比如說有條件的一百萬次可以。還有更重要的是高安全性、高可靠性。載人工具安全性放在第一，車輛在極端情況下，包括撞擊、翻車的情況下，器件會不會爆炸等等，安全性要求非常高。
    基于它的特點，利用超級電容器作為城市公共交通車輛的主動能源，南車做了一些工作，我匯報一下。
    這個電容器因為跟一般的廠家做的不太一樣，目前我們做的是2.7V，7500和9500法拉，7500直流內阻是0.19，實際上我們出廠的是0.14。在能量密度上7500達到6.0，9500達到7.4，這是同一個體積和條件下，能量密度提高了30%多，功率密度是7KW/KG以上。
    實際上高低溫大家都知道，超級電容器的高低溫性能非常好，低溫情況下只有13%左右，對它的牽引動力影響非常小，容量基本沒有變化。一些特殊的情況下我們做到負70%也沒有問題，大家講循環壽命的問題我們絕對是有條件的，不能說無條件做到一百萬次。我們發現電容器在高壓高溫的情況下，可以保持五千個小時，容量衰減大概是20%左右。它的壽命明顯延長了，我們可以用這個公式修正，把參數設置到五千。
我們經過了大量的實驗，壽命和電壓有關系，所以我們是不是按2.5V設計的，和2.7V有很大差別。當然，單體是很好做的，系統很難。有一個失效的話，整個系統就失效了，在系統上一定要考慮這兩個參數。在系統上安全性要考慮幾個，做CMS比DMS簡單。我們現在做的一般是有遠程監控的，車輛用的所有東西在后臺都可以監控，而且是有報警的。因為電容器可以通過它的電壓情況來判斷電容器是不是生病，是不是有問題。實際上我們的電容器情況都看的到，高鐵為什么晚上經常不跑？很多人在這里做檢修，可靠性要求非常高，我們所有車輛都是這樣的。公共交通車輛每天晚上都會看電容器情況和所有電壓情況，整個平衡系統和管理系統有沒有問題，每天都要做檢修。還有一些是很簡單的，有線壓電路板、瀉放，這是被動的形式。主動的形式也有，還有是要控制溫度和電壓參數。最關鍵的是動態壓力結構，大于3公斤上面會自動開啟釋放一些氣體。為什么方形的壽命長呢？里面有很多氧化性技術在里面，充放電情況下有氧化碳的氣產生。腐蝕性氣體我們希望把它排出去，這樣它的壽命就很長。
    我們也做過實驗，大概做了四個，包括積壓、針刺、重物沖擊、燃燒實驗。燃燒實驗可能沒有人做，我們在上面燒了20分鐘，它是沒有什么變化的，包括體積、變形都沒有。20分鐘以后量了一下它的電壓還有兩伏，車輛要求很嚴格，我們第二個圖是整個電容器的壓配馬上釋放，能量很小，和電池不一樣。
    南車是做車輛的，有軌電車在歐洲非常多，當然上面都是有網的。歐洲有軌電車70%，30%是地鐵。因為地鐵造價很貴，我們國家也一樣，一公里地鐵投資五到八個億，有軌電車1到1.2億。有軌電車是很好的補充，我們國家是地鐵占了70%多，有軌電車10%都不到。從這一點上，目前據我所知規劃的有軌電車路線比較長，大家逐步發現了這個問題，建地鐵不是每個城市都能建的，GDP超過多少，城市人口、建的線路密度是多少。但是有軌電車要求比較簡單，投資本身就少，它有很好的優勢。
實際上現在我們有一個提議叫現代有軌電車，和過去不一樣。還叫儲能式，一個是車輛一般來講不像原來老式的有軌電車，地板很高，車都有網，運行速度很慢，外形不好看。現代有軌電車把這些事情都克服了，低地板、利用儲能方式沒有網，運行的時候幾秒到十幾秒充電速度。
   有軌電車的運能大概每小時運1.2萬人，對一些中小城市非常好。大城市有地鐵連接線，建有軌電車比很好，因為它投資相對少。基于同樣的道理，南車又做了一個無軌電車，利用9500法拉電容器。電壓工作范圍是360V到720V，有效能量4度電，但是實際上是5度電。它也是全鋁合金的車身，本身比較輕。這個車實驗了一下，每公里只有0.7度電，非常節能。一次充滿電可以跑6公里，實際上一條公交線大概是十幾公里，中間會設置一到兩公里，我們用的也是儲能設備。地上我們用了一個超級電容器組，車上有一個。而且我不用拉專線，三五分鐘就可以把地面的充滿，然后再充到我車上，幾十秒鐘就可以。
     為了車輛的生產，南車在寧波成立了一家公司叫浙江南車電車有限公司，投了四個億。實際上我們非常看好超級電容器的應用，寧波市定了五百輛車，因為它是一個高端車，主要是BRT上，價格可能高一點。前一段時間都在講電池車用了六七年，實際上用了三四年都不行了，超級電容器在城市交通車輛上是沒有問題的。
目前有一些項目給大家匯報一下，第一個項目是廣州海珠項目，7.7公里，設了11個站，充電速度很快。最長一個站11秒，最短充4秒，上下客的時候就完成了。第二個項目是淮安項目，是一個中小城市。21公里長，裝了23個站，26列車。2015年4月份開始開通。寧波市有軌電車2015年12月份開通，距離是8公里，10列車。
總的范圍來看，無軌電車還是有軌電車，尤其在軌道交通市場，遠遠不止上午看到的幾個億，市場是非常巨大的，也不是說我們一個企業能做的。
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