深圳市今朝时代新能源技术有限公司李卫东
尊敬的各位专家和超级电容的同行,大家下午好!
到北京出差的机会不是很多,不来的时候都是听别人说北京有很多的雾霾,十米之内看不到对方,在一米之内牵不到对方的手。但是今天外面的天气很好,感谢各位做绿色能源的,我们应该为自己感觉到一点自豪。
从整个产业历史的发展来看,我加入这个行业最短了,只有一年半。以前也是学材料的,后来在国营企业做薄膜电容,做了五年。20年前,在成都的一个国际交流会上,看到超级电容,容量是两个法拉,我当时做的薄膜只有零点几个微法拉相比,我觉得那是一个很神奇的东西。
做了几年的电容之后,发现薄膜电容技术在国内已经是处于大众化了,很多民营企业也开始做了。后来我有幸加入华为做通信电源,通信电源做了六年之后,见证了我们整个国家通信电源从小到大,从空白到逐渐成熟的一个过程。最后,华为卖给了一家公司我又工作了六年。通讯市场很多技术已经成熟了,后面的发展空间不是很大。所以我就寻找了一个机会,一年半之前我碰到今朝时代的人,他们跟我说了市场的情况,我调研了一下,在经过20年之后,发现拇指大的超级电容,可以做到三千法拉。并且在中国新能源汽车、风力设备发电上面发挥着应有的贡献。
今天有幸代表公司在年会上发言,第一次把我们公司这几年做的东西给大家做一下沟通。也跟企业的前辈们沟通过,没有协会之前都在埋头做自己的东西。每个人做事的方法不一样,但是怎么样把企业做好,做规范,做大,让超级电容这个产业未来成为中国人走出国门的一个品牌,这个思想是一致的。
我们董事长去了日本,不能参加这次会议。他希望我把他的意见带给各位超级电容的同行们,加入这个行业最早也是看重它的未来和发展。我们是做应用的,在应用的过程中发现了一个问题。比如说有做微电网的,有做电力行业的,还有做轨道交通和汽车的。他们跟我们谈的第一个感受是说你这个超级电容做到一百万次,是一个好东西,但是如果我把这个车充一次电跑一天,能量密度很低的时候,大家觉得怎么玩呢?我曾经碰到一个客户,他告诉我说,不要你做到一百万次,也不要二十年,我是希望你把能量提高一点,卖的便宜一点。受到这样的启发,我们提出用超级电容和
电池复合的方法形成一个超级电容系统,让每个超级电容用户用得来。虽然前面我们有很多行业的,包括曹博士他们提到很多新的技术材料和工艺,但是我们做实验的都知道,这样一个新东西没有三到五年或者五到十年,产品化是很难的。网上忽悠我们的东西也很多,手机十秒钟充完电,大家觉得了不起。仔细一看就是超级电容,但是充电很快,储备不了多少电。
所以说有些大的科研院所在材料方面比较多一些,然而从应用角度来说,我们是想让每一个能够用超级电容的或者想用超级电容的人能够把用得起。
我讲的内容大概是两部分,第一部分是超级电容在储能中的应用。第二部分是超级电容与电池复合能量系统。
先说一下超级电容在储能系统中的应用,从轨道交通、公交车到自驾车,很多都是用电设备。那么,用电设备产生一个很大问题就是功率的波动。从我们实际测试的情况来看,对一些带电极的设备功率波动,最大有几十倍的峰值,最小的,大概有三到五倍的峰值功率。这是什么意思呢,比如,当你把笔记本电源往插座上一插的时候,会听见一个打火声音,就是因为功率做的比较大。如果这样的峰值功率波动在电网里面,实际上对我们的电网是一种破坏和干扰。怎么解决这个问题呢?如果中间能够用超级电容做成一个储能系统,利用填补的功能做一个平波,就可以了。
第二个是从单体到模组,然后再到大的系统,功率和质量都会变。第二个是它的功率密度,每公斤可以6到15瓦时。这是它的优点,同时缺点也很明显,就是它的能量密度。从功率密度看,锂离子电池大概是30倍,这就是一个30的概念。
我们实际使用的时候发现这样一个现象,这个项目的峰值功率要达到1100瓦,正常规律只有一百多千瓦,能量需要14度电,重量控制在两吨范围之内。如果做到14度电的能量包,双电层大概要4.6吨,但是用锂离子电池只需要280公斤就够了。如果达到1.1兆瓦的功率包,只需要380公斤,如果用锂离子电池需要4吨的重量。在这种情况下,这两个方案如果是单独用超级电容或者单独用电池,客户都没有办法用。这里面明显看出来在功率密度或者能量密度产生的差距,问题是用了一个指标以后,另外一个指标会出现很大的冗余度的超能配置。
今朝时代将自己定义为储能技术方案的解决,公司从活性炭材料到电极、单体、模组再到系统,整个链条是一个全流程的,在单体方面从材料的配方和制备,一直到工艺和单体生产,我们都是在自己做没有外包厂。
在座的都希望有一些核心的技术竞争力把我们材料做到国际领先,这样我们的单体才能达到真正的国际领先。然而,我国超级电容器的一些关键材料还在进口,进口会导致我们的成本比较高,这也是普遍推广的一个阻力。
第二个是模组的设计关注应用可靠性,我接触到很多客户,随便加电就可以用。但是应用条件里面规定的电池管理、过温保护、过压保护都没有提。有的是直接将接口拔掉,最后产品就会出问题。因此,我们要把产品怎么用好要告诉客户。客户使用的时候,我们发现水是一个比较大的问题。一种是淋雨,一种是进水,高低温循环的时候都会出现这种问题。所以说这个标准针对客户做一些加强的设计。
第二个是电,也是客户们经常忽略的问题。
第三个是振动,不管用在风电还是汽车里面,很多企业都吃过亏,今朝时代最早解决了在汽车里面振动的问题。
还有一个是热,不管是大巴车还是轨道交通里面,在循环充电时,一个好的电阻产生的功耗是一千瓦,如果热解决不好的话,对产品的整个寿命也会有很大的影响。
针对这一部分,我是希望我们在座的各位和我们一起把超级电容的应用条件规范起来,让大家把超级电容真正用好,不要让大家认为超级电容会坏、爆炸、燃烧。在工作中,我发现每一个客户都得跟他定制,因为不同的环境条件,不同的机械条件,就会出现不同的问题。
大功率电容这部分通过外面的系统来进行控制,整个系统做下来超级电容用了912V、43F,加上锂电池480V、78AH,总能量达到42KWH,总功率做到1550KW,最后总的质量是1950KG,也是在两吨以内。这两个参数是超配额的,电容功率超配额,前面只需要一百千瓦,我们配了1300千瓦时,目的是希望电容多工作一会,电池少工作一会,让电池寿命长一些。电池这一方面主要是考虑客户在正常使用的时候,小电流时候功率要保证,这个地方做了一个超配,其实只需要10度就够了。
我希望,我们的系统不管是在交通、装甲车、公共交通,或者是我们的电动汽车上面,可以解决功率的波峰问题。
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