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1、電容型鎳氫動力電池純電動公交車電容型鎳氫動力電池純電動公交車XXXXXXXX稀土新電源科技有限公司稀土新電源科技有限公司 電容型鎳氫動力電池是指以稀土新材料的應用為基本特征，采用非對稱組合，通過工藝和設備創新，集合了商用動力電池安全、環保、耐低溫、大功率、壽命長和價格適中六大要求。本項目主要基于TRIZ理論，在應用中創造出“快充快補”的純電動公交車運行技術路線，并大幅度提升電池的動態比能量，從而化解了三北地區純電動公交車運行困難的難題。該技術的應用，將對我國新能源汽車產業及稀土產業的發展產生巨大推動作用。前前 言言目目 錄錄1.2.3.項目問題描述項目問題描述4.項目項目TRIZ分析過程分析過2、程項目解決方案項目解決方案項目單位簡介項目單位簡介1.5.項目成果市場分析項目成果市場分析 XXXX稀土新電源科技有限公司成立于2016年11月29日，注冊資本1億元人民幣，位于內蒙古自治區XX稀土高新區。公司經營范圍為稀土新電源產品的研發、制造與銷售。1、項目單位簡介、項目單位簡介XX公司的控股公司XX電源技術有限公司由“電容型鎳氫動力電池研發與應用項目”核心團隊共同出資設立，已獲授權發明專利有3項，新受理并公開的專利有8項。電容型鎳氫動力電池電容型鎳氫動力電池2、項目問題描述、項目問題描述電容型鎳氫動力電池在常溫下的能量密度為60Wh/Kg左右，充電一次所帶電量，難以支撐純電動公交車商業化3、運行300Km，且每次滿充會造成動力源壽命衰減過快，而難以滿足純電動公交車用動力源質保五年或更長時間的要求。因此，為了解決上述問題，應該設計一種新的應用模式，其應滿足如下一些限制條件1、該應用模式基于電容型鎳氫動力電池優勢的發揮；2、該應用模式能滿足全天候的公交車運行工況；3、該應用模式能適應冬季寒冷的三北地區；4、該應用模式不應太復雜，成本不應超過現有鋰離子電池純電動公交車。試驗用乘用車、大巴車試驗用乘用車、大巴車3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.1系統完備性法則3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.2功能分析技術系統電容型鎳氫動力電池純電動公交車用途滿足運行需要技術功能純電動公4、交車在全天候、全壽命周期內正常運行主要功能利用電容型鎳氫動力電池可以快充快補的技術特點來實現單位時間內動態比能量的大幅度提升，實現純電動公交車在我國冬季較冷的三北區域（華北、西北、東北）正常運行和大規模推廣應用。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.3九屏幕圖純電動公交車在全天候、純電動公交車在全天候、全壽命周期內正常運行全壽命周期內正常運行動力電池組動力電池組動力電池動力電池電池、電池電池、電池管理系統管理系統整車整車充電樁充電樁純電動公交車純電動公交車控制系統控制系統運行工況運行工況電機、電控電機、電控3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.4生命曲線3、項目、項目TRIZ分析過程分5、析過程2.4生命曲線技術系統的進化一般按照如上的生命曲線進行，我國新能源車產業正處于蓬勃發展時期，公交車在各大城市中作為出行的主要公共交通工具，在各大城市的需求量很高。純電動公交車在我國已經有10多年的發展歷史，但是以動力電池作為動力源鮮有較大的改變，專利等級較低，專利數量少，純電動公交車的單件利潤也比較低，同時驗證周期長，前期研發成本高，但是由于需求數量大，整個產業的經濟效益還是很可觀的，故純電動公交車應處于生命曲線的成長期，尚具有很大的發展空間。電容型鎳氫動力電池純電動公交車的內部資源包括：電容型鎳氫動力電池、整車、充電器、電池管理系統、運行工況。其全部為現有資源。選擇資源的順序如下表：36、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.5資源分析資源屬性資源屬性選擇順序選擇順序價值免費-廉價-昂貴數量 無限-足夠-不足質量有害-中性-有益可用性成品-改變后可用-需要建造表1選擇資源順序3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程表2現有資源比較2.5資源分析資源類型資源類型價值價值數量數量 質量質量可用性可用性電容型鎳氫動力電池昂貴無限有益成品整車昂貴足夠有益成品充電器廉價足夠有益成品電池管理系統廉價足夠有益成品運行工況免費無限中性成品運行路線免費無限中性成品選擇優先使用充電器、電池管理系統、運行工況和運行路線，其中運行路線為引入的理想化的位置資源。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.7、6最終理想解問題問題分析結果分析結果設計最終目標？純電動公交車在全天候、全壽命周期內正常運行。理想化最終結果？實現純電動公交車在我國冬季較冷的三北區域（華北、西北、東北）大規模推廣應用。達到理想解的障礙是什么？電容型鎳氫動力電池在低溫下不能充放電。出現這種障礙的結果是什么？電容型鎳氫動力電池純電動公交車在寒冷的冬季里不能正常運行。不出現這種障礙的條件是什么？電容型鎳氫動力電池采用豐度稀土合金，使之在寒冷的冬季里能充放電。創造這些條件所用的資源是什么？電池材料、電池、整車、充電樁、電池管理系統、運行工況和運行路線。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.7技術矛盾 惡化的參數改善的參數物體運動8、的能量消耗強度10、19、35 1、通常，大型純電動公交車需要帶電量300KWh左右，才能滿足商業化運行，但裝配公交車的電容型鎳氫動力電池組充電一次所帶電量，并不能達到帶電300KWh，這就需要電容型鎳氫動力電池和整車兩個工具，為了能滿足公交車商業化運行，電池帶電量應能達到300KWh，構成物體運動的能量消耗與強度之間的技術矛盾。改善的參數為強度，惡化的參數為物體運動的能量消耗。由矛盾矩陣表查到發明原理為（見表3）：表3矛盾矩陣表3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.7技術矛盾（10）預先作用原理在另一事件發生前執行某種作用；（19）周期性作用原理改變一種作用的執行方式,以獲得某種所需的結9、果；（35）物理或化學參數改變原理改變系統或對象的任意屬性來實現系統的新功能。我們采用發明原理19（周期性作用原理），增加充電次數，在純電動公交車進站停靠間歇進行補電。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程 2、為了滿足公交車實際運行，充電樁應該能根據運行工況和運行路線，自動給電容型鎳氫動力電池充電，且電池管理系統需要能跟充電樁和整車控制系統自動通訊，這樣充放電策略就要對應運行路線的運行工況，但同時也將引起控制系統的復雜性提高，構成操作流程的方便性與可靠性之間的矛盾。改善的參數為操作流程的方便性，惡化的參數為可靠性。由矛盾矩陣表查到發明原理為（見表4）：2.7技術矛盾 惡化的參數改善的參數可靠10、性操作流程的方便性8、17、27、40表4矛盾矩陣表3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.7技術矛盾(8)重量補償原理通過與環境（的相互作用，實現對物體的重量補償；(17)空間維數變化原理將一個線性系統的方位由垂直變為水平、由水平變為傾斜、由水平變為垂直，等等；(27)廉價替代品原理用廉價物品替代昂貴物品，在某些屬性上作出妥協；(40)復合材料原理將均質材料變為復合材料。我們采用發明原理17(空間維數變化原理)，將充電與放電進行物理分離充電的時候，整車不能啟動、運行等，而放電的時候無法充電。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程3、為了提高純電動公交車在寒冷的冬季運行出勤率為100%，由上11、述知，電容型鎳氫動力電池需要在低溫下充電和放電，充電電流要能在不同的低溫下智能調整，放電性能不受影響，同時適用于炎熱的夏季充放電的運行工況，為使充電放電滿足低溫和高溫運行需求要使一個型號電池具有高低溫適應性功能，構成溫度與適應性及通用性之間的矛盾。改善的參數為適應性及通用性，惡化的參數為溫度。由矛盾矩陣表查到發明原理為（見表5）：2.7技術矛盾 惡化的參數改善的參數溫度適應性及通用性1、3、24表5矛盾矩陣表3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.7技術矛盾(2)抽取原理從系統中抽出可產生負面影響的部分或者屬性；或僅從系統中抽出必要的部分和功能；(3)局部質量原理在某一特定區域內(局部的)改12、變某事物(氣體、液體或固體)的特性，以便獲得某種所需的功能特性；(27)廉價替代品原理用廉價物品替代昂貴物品，在某些屬性上作出妥協；（35）物理或化學參數改變原理改變系統或對象的任意屬性來實現系統的新功能。我們采用發明原理35(物理或化學參數改變原理原則)，采用豐度稀土合金作為電容型鎳氫動力電池的電池材料，兼具高溫性能和低溫性能。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.8物理矛盾12m純電動公交車一天滿負載運行需要有效電量300Kwh，而電容型鎳氫動力電池裝配在12m純電動公交車作為動力源，所裝理論電量至多為220Kwh。現在希望所裝理論電量進一步降低，又能實現12m純電動公交車所帶電量足夠13、來實現全天候、全壽命周期商業化運行的目的。故決定所設計的電容型鎳氫動力電池純電動公交車采用物理矛盾中的時間分離原理，將純電動公交車在白天的運行分成一個個往返，公交車進站停歇間歇進行充電；并且每條線路存在多輛公交車，可以實現發車順序的有序變換。3、項目、項目TRIZ分析過程分析過程2.8物場分析能量場能量場充電充電電池組電池組S1充電樁S2公交車F1是能量場 這是普通的物場分析后的結果，如此是不可能實現純電動公交車商業化運行的功能。我們需要加一個能量場和一個充電來實現充電時間的分離，進而可以獲得足夠的能量，滿足運行需求。創新結果創新結果能量場能量場充電充電電池組電池組能量場能量場充電充電4、項目14、解決方案、項目解決方案3.1方案1 充電樁與電池管理系統實時通訊，電機、電控與電池組匹配，在夜間利用低谷電進行小電流、長時間充滿電，白天純電動公交車不間斷運營，如下圖所示：使用這種方法，電池組帶電量不夠，公交車不能運營一整天，且滿充電池組發熱量大，充放電效率降低，電池組的壽命也匹配純電動公交車全壽命周期。4、項目解決方案、項目解決方案3.2方案2 使用這種方法，在環境溫度變化比較大或冬季氣溫比較低時，存在充電效率下降，公交車補充一次電量難以支撐一個往返。充電樁與電池管理系統實時通訊，電機、電控與電池組匹配，在白天公交車進站停靠間歇，利用大電流補充電量，白天純電動公交車不間斷運營，如下圖所示：415、項目解決方案、項目解決方案3.3方案3 使用這種方法，運行三年后，電池組在夏季運行存在充電效率下降，公交車補充一次電量難以支撐一個往返，又重復出現方案2的弊端。充電樁與電池管理系統實時通訊，電機、電控與電池組匹配，降低整車重量，采用豐度稀土合金，提高電容型鎳氫動力電池耐高、低溫性能；夜間利用低谷電進行小電流充電，白天公交車進站停靠間歇，利用大電流補充電量，白天純電動公交車不間斷運營，如下圖所示：4、項目解決方案、項目解決方案3.4方案4 使用這種方法，快充快補的技術特點來實現單位時間內動態比能量的大幅度提升，純電動公交車在我國冬季較冷的三北區域（華北、西北、東北）實現全天候、全壽命周期內正常16、運行。充電樁與電池管理系統實時通訊，電機、電控與電池組匹配，降低整車重量，采用豐度稀土合金，提高電容型鎳氫動力電池耐高、低溫性能，白天公交車進站停靠間歇，利用大電流補充電量，充電電量根據溫度進行自動調整，并在不同季節，調整公交車停靠間歇和發車順序，白天純電動公交車不間斷運營，如下圖所示：豐度稀土合金豐度稀土合金XX64路公交路公交4、項目解決方案、項目解決方案3.5確定最終方案 經過綜合比較考慮，我們決定采用方案4。利用TRIZ原理設計一種快充快補的技術路線，使電容型鎳氫動力電池實現單位時間內動態比能量的大幅度提升，純電動公交車在我國冬季較冷的三北區域（華北、西北、東北）實現全天候、全壽命周期17、內正常運行。具體解決方案如下：充電樁與電池管理系統實時通訊，電機、電控與電池組匹配，降低整車重量，采用豐度稀土合金，提高電容型鎳氫動力電池耐高、低溫性能，白天公交車進站停靠間歇，利用大電流補充電量，充電電量根據溫度進行自動調整，并在不同季節，調整公交車停靠間歇和發車順序，白天純電動公交車不間斷運營。5、項目成果市場分析、項目成果市場分析 圍繞此項目，XX公司已經申報11項專利并被受理。由該技術提供支持的12 m電容型鎳氫動力電池純電動公交車商業化安全運行于XX64路公交線路。在世界上，第一次把鎳氫動力電池成功應用于純電動公交車領域，第一次把輕稀土（鑭鈰）大規模的高端產業應用與我國新能源汽車發展18、戰略結合起來，從而為XX稀土產業轉型升級提供了堅實的技術支撐。電容型鎳氫動力電池純電動公交車電容型鎳氫動力電池純電動公交車出站視頻出站視頻5、項目成果市場分析、項目成果市場分析5、項目成果市場分析、項目成果市場分析v當前全國有各類公交車約70萬輛，假設其中有10%替換為12m純電動公交車（一輛12m純電動公交車按人民幣150萬元計），其市場價值高達1050億元，考慮到新能源汽車約為1:3的拉動效果，僅純電動公交車一項，其整體產業就可超過3150億元。此外，一輛12米公交車需要豐度稀土鑭鈰金屬300公斤左右，7萬輛電容型鎳氫動力電池純電動公交車用鑭鈰金屬總需求為2.1萬噸，大約消耗貯氫合金7萬噸。v