1、电容型镍氢动力电池纯电动公交车电容型镍氢动力电池纯电动公交车XXXXXXXX稀土新电源科技有限公司稀土新电源科技有限公司 电容型镍氢动力电池是指以稀土新材料的应用为基本特征，采用非对称组合，通过工艺和设备创新，集合了商用动力电池安全、环保、耐低温、大功率、寿命长和价格适中六大要求。本项目主要基于TRIZ理论，在应用中创造出“快充快补”的纯电动公交车运行技术路线，并大幅度提升电池的动态比能量，从而化解了三北地区纯电动公交车运行困难的难题。该技术的应用，将对我国新能源汽车产业及稀土产业的发展产生巨大推动作用。前前 言言目目 录录1.2.3.项目问题描述项目问题描述4.项目项目TRIZ分析过程分析过2、程项目解决方案项目解决方案项目单位简介项目单位简介1.5.项目成果市场分析项目成果市场分析 XXXX稀土新电源科技有限公司成立于2016年11月29日，注册资本1亿元人民币，位于内蒙古自治区XX稀土高新区。公司经营范围为稀土新电源产品的研发、制造与销售。1、项目单位简介、项目单位简介XX公司的控股公司XX电源技术有限公司由“电容型镍氢动力电池研发与应用项目”核心团队共同出资设立，已获授权发明专利有3项，新受理并公开的专利有8项。电容型镍氢动力电池电容型镍氢动力电池2、项目问题描述、项目问题描述电容型镍氢动力电池在常温下的能量密度为60Wh/Kg左右，充电一次所带电量，难以支撑纯电动公交车商业化3、运行300Km，且每次满充会造成动力源寿命衰减过快，而难以满足纯电动公交车用动力源质保五年或更长时间的要求。因此，为了解决上述问题，应该设计一种新的应用模式，其应满足如下一些限制条件1、该应用模式基于电容型镍氢动力电池优势的发挥；2、该应用模式能满足全天候的公交车运行工况；3、该应用模式能适应冬季寒冷的三北地区；4、该应用模式不应太复杂，成本不应超过现有锂离子电池纯电动公交车。试验用乘用车、大巴车试验用乘用车、大巴车3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.1系统完备性法则3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.2功能分析技术系统电容型镍氢动力电池纯电动公交车用途满足运行需要技术功能纯电动公4、交车在全天候、全寿命周期内正常运行主要功能利用电容型镍氢动力电池可以快充快补的技术特点来实现单位时间内动态比能量的大幅度提升，实现纯电动公交车在我国冬季较冷的三北区域（华北、西北、东北）正常运行和大规模推广应用。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.3九屏幕图纯电动公交车在全天候、纯电动公交车在全天候、全寿命周期内正常运行全寿命周期内正常运行动力电池组动力电池组动力电池动力电池电池、电池电池、电池管理系统管理系统整车整车充电桩充电桩纯电动公交车纯电动公交车控制系统控制系统运行工况运行工况电机、电控电机、电控3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.4生命曲线3、项目、项目TRIZ分析过程分5、析过程2.4生命曲线技术系统的进化一般按照如上的生命曲线进行，我国新能源车产业正处于蓬勃发展时期，公交车在各大城市中作为出行的主要公共交通工具，在各大城市的需求量很高。纯电动公交车在我国已经有10多年的发展历史，但是以动力电池作为动力源鲜有较大的改变，专利等级较低，专利数量少，纯电动公交车的单件利润也比较低，同时验证周期长，前期研发成本高，但是由于需求数量大，整个产业的经济效益还是很可观的，故纯电动公交车应处于生命曲线的成长期，尚具有很大的发展空间。电容型镍氢动力电池纯电动公交车的内部资源包括：电容型镍氢动力电池、整车、充电器、电池管理系统、运行工况。其全部为现有资源。选择资源的顺序如下表：36、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.5资源分析资源属性资源属性选择顺序选择顺序价值免费-廉价-昂贵数量 无限-足够-不足质量有害-中性-有益可用性成品-改变后可用-需要建造表1选择资源顺序3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程表2现有资源比较2.5资源分析资源类型资源类型价值价值数量数量 质量质量可用性可用性电容型镍氢动力电池昂贵无限有益成品整车昂贵足够有益成品充电器廉价足够有益成品电池管理系统廉价足够有益成品运行工况免费无限中性成品运行路线免费无限中性成品选择优先使用充电器、电池管理系统、运行工况和运行路线，其中运行路线为引入的理想化的位置资源。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.7、6最终理想解问题问题分析结果分析结果设计最终目标？纯电动公交车在全天候、全寿命周期内正常运行。理想化最终结果？实现纯电动公交车在我国冬季较冷的三北区域（华北、西北、东北）大规模推广应用。达到理想解的障碍是什么？电容型镍氢动力电池在低温下不能充放电。出现这种障碍的结果是什么？电容型镍氢动力电池纯电动公交车在寒冷的冬季里不能正常运行。不出现这种障碍的条件是什么？电容型镍氢动力电池采用丰度稀土合金，使之在寒冷的冬季里能充放电。创造这些条件所用的资源是什么？电池材料、电池、整车、充电桩、电池管理系统、运行工况和运行路线。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.7技术矛盾 恶化的参数改善的参数物体运动8、的能量消耗强度10、19、35 1、通常，大型纯电动公交车需要带电量300KWh左右，才能满足商业化运行，但装配公交车的电容型镍氢动力电池组充电一次所带电量，并不能达到带电300KWh，这就需要电容型镍氢动力电池和整车两个工具，为了能满足公交车商业化运行，电池带电量应能达到300KWh，构成物体运动的能量消耗与强度之间的技术矛盾。改善的参数为强度，恶化的参数为物体运动的能量消耗。由矛盾矩阵表查到发明原理为（见表3）：表3矛盾矩阵表3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.7技术矛盾（10）预先作用原理在另一事件发生前执行某种作用；（19）周期性作用原理改变一种作用的执行方式,以获得某种所需的结9、果；（35）物理或化学参数改变原理改变系统或对象的任意属性来实现系统的新功能。我们采用发明原理19（周期性作用原理），增加充电次数，在纯电动公交车进站停靠间歇进行补电。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程 2、为了满足公交车实际运行，充电桩应该能根据运行工况和运行路线，自动给电容型镍氢动力电池充电，且电池管理系统需要能跟充电桩和整车控制系统自动通讯，这样充放电策略就要对应运行路线的运行工况，但同时也将引起控制系统的复杂性提高，构成操作流程的方便性与可靠性之间的矛盾。改善的参数为操作流程的方便性，恶化的参数为可靠性。由矛盾矩阵表查到发明原理为（见表4）：2.7技术矛盾 恶化的参数改善的参数可靠10、性操作流程的方便性8、17、27、40表4矛盾矩阵表3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.7技术矛盾(8)重量补偿原理通过与环境（的相互作用，实现对物体的重量补偿；(17)空间维数变化原理将一个线性系统的方位由垂直变为水平、由水平变为倾斜、由水平变为垂直，等等；(27)廉价替代品原理用廉价物品替代昂贵物品，在某些属性上作出妥协；(40)复合材料原理将均质材料变为复合材料。我们采用发明原理17(空间维数变化原理)，将充电与放电进行物理分离充电的时候，整车不能启动、运行等，而放电的时候无法充电。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程3、为了提高纯电动公交车在寒冷的冬季运行出勤率为100%，由上11、述知，电容型镍氢动力电池需要在低温下充电和放电，充电电流要能在不同的低温下智能调整，放电性能不受影响，同时适用于炎热的夏季充放电的运行工况，为使充电放电满足低温和高温运行需求要使一个型号电池具有高低温适应性功能，构成温度与适应性及通用性之间的矛盾。改善的参数为适应性及通用性，恶化的参数为温度。由矛盾矩阵表查到发明原理为（见表5）：2.7技术矛盾 恶化的参数改善的参数温度适应性及通用性1、3、24表5矛盾矩阵表3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.7技术矛盾(2)抽取原理从系统中抽出可产生负面影响的部分或者属性；或仅从系统中抽出必要的部分和功能；(3)局部质量原理在某一特定区域内(局部的)改12、变某事物(气体、液体或固体)的特性，以便获得某种所需的功能特性；(27)廉价替代品原理用廉价物品替代昂贵物品，在某些属性上作出妥协；（35）物理或化学参数改变原理改变系统或对象的任意属性来实现系统的新功能。我们采用发明原理35(物理或化学参数改变原理原则)，采用丰度稀土合金作为电容型镍氢动力电池的电池材料，兼具高温性能和低温性能。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.8物理矛盾12m纯电动公交车一天满负载运行需要有效电量300Kwh，而电容型镍氢动力电池装配在12m纯电动公交车作为动力源，所装理论电量至多为220Kwh。现在希望所装理论电量进一步降低，又能实现12m纯电动公交车所带电量足够13、来实现全天候、全寿命周期商业化运行的目的。故决定所设计的电容型镍氢动力电池纯电动公交车采用物理矛盾中的时间分离原理，将纯电动公交车在白天的运行分成一个个往返，公交车进站停歇间歇进行充电；并且每条线路存在多辆公交车，可以实现发车顺序的有序变换。3、项目、项目TRIZ分析过程分析过程2.8物场分析能量场能量场充电充电电池组电池组S1充电桩S2公交车F1是能量场 这是普通的物场分析后的结果，如此是不可能实现纯电动公交车商业化运行的功能。我们需要加一个能量场和一个充电来实现充电时间的分离，进而可以获得足够的能量，满足运行需求。创新结果创新结果能量场能量场充电充电电池组电池组能量场能量场充电充电4、项目14、解决方案、项目解决方案3.1方案1 充电桩与电池管理系统实时通讯，电机、电控与电池组匹配，在夜间利用低谷电进行小电流、长时间充满电，白天纯电动公交车不间断运营，如下图所示：使用这种方法，电池组带电量不够，公交车不能运营一整天，且满充电池组发热量大，充放电效率降低，电池组的寿命也匹配纯电动公交车全寿命周期。4、项目解决方案、项目解决方案3.2方案2 使用这种方法，在环境温度变化比较大或冬季气温比较低时，存在充电效率下降，公交车补充一次电量难以支撑一个往返。充电桩与电池管理系统实时通讯，电机、电控与电池组匹配，在白天公交车进站停靠间歇，利用大电流补充电量，白天纯电动公交车不间断运营，如下图所示：415、项目解决方案、项目解决方案3.3方案3 使用这种方法，运行三年后，电池组在夏季运行存在充电效率下降，公交车补充一次电量难以支撑一个往返，又重复出现方案2的弊端。充电桩与电池管理系统实时通讯，电机、电控与电池组匹配，降低整车重量，采用丰度稀土合金，提高电容型镍氢动力电池耐高、低温性能；夜间利用低谷电进行小电流充电，白天公交车进站停靠间歇，利用大电流补充电量，白天纯电动公交车不间断运营，如下图所示：4、项目解决方案、项目解决方案3.4方案4 使用这种方法，快充快补的技术特点来实现单位时间内动态比能量的大幅度提升，纯电动公交车在我国冬季较冷的三北区域（华北、西北、东北）实现全天候、全寿命周期内正常16、运行。充电桩与电池管理系统实时通讯，电机、电控与电池组匹配，降低整车重量，采用丰度稀土合金，提高电容型镍氢动力电池耐高、低温性能，白天公交车进站停靠间歇，利用大电流补充电量，充电电量根据温度进行自动调整，并在不同季节，调整公交车停靠间歇和发车顺序，白天纯电动公交车不间断运营，如下图所示：丰度稀土合金丰度稀土合金XX64路公交路公交4、项目解决方案、项目解决方案3.5确定最终方案 经过综合比较考虑，我们决定采用方案4。利用TRIZ原理设计一种快充快补的技术路线，使电容型镍氢动力电池实现单位时间内动态比能量的大幅度提升，纯电动公交车在我国冬季较冷的三北区域（华北、西北、东北）实现全天候、全寿命周期17、内正常运行。具体解决方案如下：充电桩与电池管理系统实时通讯，电机、电控与电池组匹配，降低整车重量，采用丰度稀土合金，提高电容型镍氢动力电池耐高、低温性能，白天公交车进站停靠间歇，利用大电流补充电量，充电电量根据温度进行自动调整，并在不同季节，调整公交车停靠间歇和发车顺序，白天纯电动公交车不间断运营。5、项目成果市场分析、项目成果市场分析 围绕此项目，XX公司已经申报11项专利并被受理。由该技术提供支持的12 m电容型镍氢动力电池纯电动公交车商业化安全运行于XX64路公交线路。在世界上，第一次把镍氢动力电池成功应用于纯电动公交车领域，第一次把轻稀土（鑭铈）大规模的高端产业应用与我国新能源汽车发展18、战略结合起来，从而为XX稀土产业转型升级提供了坚实的技术支撑。电容型镍氢动力电池纯电动公交车电容型镍氢动力电池纯电动公交车出站视频出站视频5、项目成果市场分析、项目成果市场分析5、项目成果市场分析、项目成果市场分析v当前全国有各类公交车约70万辆，假设其中有10%替换为12m纯电动公交车（一辆12m纯电动公交车按人民币150万元计），其市场价值高达1050亿元，考虑到新能源汽车约为1:3的拉动效果，仅纯电动公交车一项，其整体产业就可超过3150亿元。此外，一辆12米公交车需要丰度稀土镧铈金属300公斤左右，7万辆电容型镍氢动力电池纯电动公交车用镧铈金属总需求为2.1万吨，大约消耗贮氢合金7万吨。v