超級電容的話題

2017-04-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

接觸到超級電容,是11年的事情。當時部門考慮增加采購有軌電車,法國的供應商推薦了他們的新型產品,帶有超級電容的有軌電車,軌道交通行業(yè)的人都知道,國內地鐵,有軌電車的取電基本上都靠車輛的受電弓取電,來實現(xiàn)車輛的電力驅動。

而當時法國推薦新款產品的最大亮點就是車輛配置了超級電容,也就是說30米長的有軌電車完全靠超級電容的充放電來驅動,充電依靠路面的取流桿(類似于電線桿的設備)或者敷設在地面的充電設備實現(xiàn),車輛配置的超級電容和充電設備的原廠實際是西門子。

作為技術維護人員,已經吃夠了原車自帶的電池包的苦頭,原帶的電池包是一個大的電池模塊集成組件,由法國SAFT生產,造價240萬RMB,光重量就500kg,模塊為鎳氫電池模塊,共22組,故障極其頻繁(包括電池管理系統(tǒng),電池模塊,電池冷卻液等,后面會詳細分析國內上市公司新能源電池的各個方面的優(yōu)劣)。

考慮到新系統(tǒng)的超級電容完全沒有了解和接觸,防止國外奸商拿中國人做實驗,而且自己使用的牽引電池系統(tǒng)也有國產化的想法,為了便于對比,我們了解并接觸了國內外的大功率動力電池和超級電容的廠家,并進一步了解到了超級電容的知識。超級電容的知識現(xiàn)在網上一大堆,我就不說了,說了有賣弄之嫌。下面說一下超級電容的實際應用情況。

國內超級電容做的比較好的是上海奧威,他們和國內幾個單位聯(lián)合研究的超級電容04年就用在了上海張江的公交車(12m)上,充電時間90s,充電一次可運行4km。11年的時候據(jù)說充電時間可以降低到75s,充電一次可運行8km,而老美當時已經可以對有軌電車(25m)做到25s充電,充電一次可運行25km,對比之下,國內的差距就出來了。

事實上,不只是老美,歐洲和日本的這方面的技術比國內要領先很多很多,現(xiàn)在國外超級電容在公共交通車輛上的應用很普遍,早在2000年,西班牙和德國就使用超級電容對有軌電車和輕軌進行供電,

而那個時候國內的超級電容在車輛制動能量的回收使用上還未起步,直至2013年,沈陽渾南有軌電車才首次將超級電容作為電源驅動引入車輛系統(tǒng),該系統(tǒng)由長客研發(fā),按照長客和國外廠家的合作慣例,該超級電容系統(tǒng)極有可能是日本生產,另一小部分可能是德國西門子生產,沒有具體調研過。

國內與國外大容量超級電容的研發(fā)、使用,客觀說,10年的差距還是有的,差距主要集中在電容本體,冷卻系統(tǒng)和電容管理系統(tǒng)上(后面會詳細總結)。

現(xiàn)在A股中的超級電容概念的股票主要是江海股份,法拉電子,新宙邦,風華高科。都有超級電容概念,但無一例外,都是小容量電容,應用于電子產品上,而應用于新能源汽車、有軌電車等車輛上的大功率電容則極少。

上面四個票,江海股份成長性比較好,最近加上入股VOLTA,加碼超級電容,想象豐富,一路走高,有故事,中長線逢低可入。

法拉電子不溫不火,每年都是現(xiàn)金分紅,分紅還可以,但是感覺開拓能力不怎么強,業(yè)務范圍老是集中在家電領域,需要事件驅動。

新宙邦超級電容方面的產品主要是電解液,該產品在新能源汽車有軌電車上的應用也較少。風華高科,大股東是國企,對這個不感興趣,就不說了。

動力電源超級電容模塊集成系統(tǒng)主要由三個部分構成,電容本體,電池管理系統(tǒng),和電池冷卻系統(tǒng)。

對于電容本體,主要為正負極,電解液和隔膜等其他附屬部件,其中最為核心的,也是要求最嚴格的是正極材料,正極材料一般為碳材料,為了實現(xiàn)電容的“超級”特性,碳材料表面需要形成孔狀,而孔的大小和分布有很嚴格的要求,不能太大也不能太小,2nm左右最佳。這一工藝制約著國內超級電容電極的性能和大規(guī)模產業(yè)化。

世界上超級電容廠家里正極碳材料做的最好的公司是美國的maxwell公司,依靠正極碳材料的很多工藝上的專利,maxwell奠定了超級電容的世界級龍頭位,尤其是在交通領域(軌道交通,飛機,新能源汽車,重卡,起重機等)的市場份額遙遙領先,maxwell的碳電極只出售,不做技術轉讓。因此maxwell公司的超級電容價格昂貴,性能也是非常穩(wěn)定的。

為了擴大業(yè)務,maxwell在全球有很多代工工廠,在生產超級電容時,maxwell將自己做好的電極運至代工工廠內,然后在代工工廠內進行超級電容的組裝。目前國內和maxwell合作的有遼寧百納電氣,香港的百利通和天津力神,香港和天津均為maxwell代工。國內A股上市公司里做超級電容碳電極的沒有(下屬控股,參股子公司除外),原因很簡單,國內工藝水平很低。

A股里上市公司真正做事業(yè)的公司其實不多,之前看到過 GT周分享的上市潛力公司100強,如果說真正做事業(yè)的上市公司,估計最多也就100多個吧。上市公司之外的做的好的也只限于個別大學的實驗室研究,離產業(yè)化很遠,其他如北京集星,錦州凱美,上海奧威,雖然能夠做出超級電容總成,但只是小功率和小容量的電容。

作為動力電源的超級電容中的電極,國內現(xiàn)有應用很少,有應用的也是基本靠引進。雖然國內上市公司里沒什么好貨,有看頭的公司還是能找兩三個出來的。

先說江海股份吧,電容器的底子很強,公司的財務指標和業(yè)務就不說了,有心的朋友自己查吧。從我們接觸的國內生產新能源電池的廠家(電池和超級電容廠家)來看,不知是巧合還是其他原因,保守估計有50%都來自江蘇,江海股份也不例外,周圍的廠家多,說明行業(yè)分布比較集中,容易形成良好的產業(yè)氛圍,對行業(yè)的最新動態(tài)也能隨時把握。

從2013年的從日本ACT公司購買的鋰電超級電容技術,到2014年的入股VOLTA公司,江海的管理層對行業(yè)的把握還是很準確的,畢竟國內很多產業(yè),尤其是制造業(yè)的細分行業(yè),與國外相比,差距很大,超級電容只是其中一個。提前布局,能讓江海從未來的國內甚至全球市場脫穎而出,從2013年的交易來看,江海的代價是150萬RMB,得到的是53項專利,根據(jù)披露的信息,53項專利中有很多“重要”技術。

但是從我們和日本人打交道的經驗來看,53項專利中應該不會含有核心的技術,所謂專利,大多是外觀,生產過程中的操作文件等,完全是給級別比較低的作業(yè)人員看的,充其量會提供早期的的工藝技術。以我們公司使用的牽引電機為例,當時完全從東芝進口,高層喊的口號是我們完全進口,日本提供了全部的技術資料,現(xiàn)在的結果是,牽引電機的大修還得日本工程師來指導,或者直接返回日本在中國的工廠大連東芝進行維修。

所以說,指望從外國人手里獲取核心技術,基本上是天方夜談。雖然日本人不咋地,但是日本的產品還是很不錯的,我們2000年進口的是日本70年代的產品,現(xiàn)在還在用,性能相當穩(wěn)定。所以,盡管江海獲得的日本專利不會有太多核心技術,但是起碼有完整的鋰電超級電容生產流程,畢竟錢花的比較少,能夠獲得很多“重要”技術還是為未來的鋰電超級電容的投產打下了基礎,有了模子,模型就快了。

相比之下,2014年入股VOLTA,就是很劃算的買賣了。200萬美元,占8%的股份,關鍵是VOLTA的管理層,實際控制人盧峰,年輕有為,加州大學洛杉磯分校教授,美國能源局超級電容電極材料頂級專家,個人能力十分強,有興趣的球友可以查一下。上文提過,電極是超級電容的核心,江海股份的管理層眼光獨到。以目前江海的情況,60億左右的盤子有點稍大,如果市值在40-50億左右,那將是絕佳的入場機會。要是能抓住這幾年與國外公司的合作機會,提升自身的技術水平,相信不久的未來,江海會大放異彩。

超級電容的另外一個關鍵材料就是電解液,目前國內無論是鋰電池的電解液,還是超級電容的電解液,都做的不錯,網上的資料很多,這里不多敘述。

鋰電池電解液做的比較好的幾家公司,江蘇國泰,新宙邦,天賜高新等。超級電容電解液做的好的還數(shù)新宙邦,目前有機電解液為國際主流電解液,新宙邦的超級電容電解液直接為MAXWELL供貨。但相比其他業(yè)務,規(guī)模還不大,作為化工行業(yè)的一員,如果未來能夠在超級電容電解液繼續(xù)擴大自己的優(yōu)勢,加強與世界級的超級電容生產商的合作,新宙邦則會成為超級電容家族細分行業(yè)的龍頭。

下面是電池管理系統(tǒng),這里的電池管理系統(tǒng)在電池行業(yè)通用(包括超級電容電池),提到電池管理系統(tǒng),大多數(shù)人會想到A股中的均勝電子,都會說它是A股上市公司中稍有的能做電池管理系統(tǒng)的,而且為寶馬I系車提供電池管理系統(tǒng),這更加惹人注目。拋開對均勝電子公司質地的好壞的評判,這里只介紹國內和國外電池管理系統(tǒng)行業(yè)的大概情況。

目前國內的電池管理系統(tǒng)在小容量和小功率電池(筆記本,智能手機)中做的比較成熟,因為小容量和小功率的電池模塊較少,充放電較為簡單。但在大容量和大功率電池中,電池模塊較多,單體充放電平衡,需要電池管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。

國內目前能做的主要是電壓,電流,溫度,電量等的顯示,有技術含量的公司可能能夠做到對簡單故障的判斷。而國外比較成熟的電池管理系統(tǒng)除了以上功能外,能夠實現(xiàn)對電池的充放電管理,單體電池間均衡,單個電池模塊故障判斷,整體電池模塊系統(tǒng)故障判斷,和電池的保護。

故障診斷系統(tǒng)能夠診斷出微小的傳感器或者是具體某一層某一個電池模塊的故障,而國內的電池管理系統(tǒng)在充放電管理,電池均衡和深度故障診斷,電池保護方面的技術相差甚遠。而均勝電子的電池管理系統(tǒng)技術,還是依賴于德國的子公司瑞普,如果靠自己研發(fā),至少還需要十年時間。

繼續(xù)說電池管理系統(tǒng)和電池冷卻系統(tǒng)。

以法國SAFT公司的電池管理系統(tǒng)為例,最強大的功能在于它的診斷功能和管理功能。如果是普通的電池模塊系統(tǒng)還好,動力電池模塊一般為30-50個模塊,而對于超級電容的動力電池模塊系統(tǒng),內部超級電容有500個以上。

電池管理系統(tǒng)對這幾百個電容通過幾百個集成傳感器進行管理和診斷,其中的任何一個電池模塊或者電容出現(xiàn)故障,電池管理系統(tǒng)中的BMC集成電路(相當于電腦中的CPU),對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理后,反饋到診斷軟件的界面上,供技術人員進行分析。國內現(xiàn)有技術針對單個或者少數(shù)電池模塊組的電池管理系統(tǒng)不成問題,在處理大規(guī)模電池模塊組的電池管理系統(tǒng)上,還是差的很遠。

當然,并不是國外的什么都好,他們的月亮也不是天天都又圓又亮。

10年的時候,意大利的某動力電池驅動的有軌電車發(fā)生了一次動力電池著火事故,把整個有軌電車都燒焦了。我們當時得到消息后,對自己所有的動力牽引電池進行了專項檢查,法國人連夜研究新方案,在所有動力電池的內部設置了報警系統(tǒng),只要內部溫度超過某一設定值,就立刻會對司機進行報警提示。

意大利的有軌電車事故其實遠比上一次的特斯拉電動車著火事故和以前發(fā)生的比亞迪電動汽車的著火事故嚴重,只是特斯拉和比亞迪太有名氣,而這個有軌電車起火只是發(fā)生在意大利一個不知名的小鎮(zhèn)而已,國內外媒體并沒有關注而已。無論是有軌電車著火,還是大名鼎鼎的特斯拉著火事故,都凸顯了動力電池模塊系統(tǒng)中涉及安全的另一個極其重要的系統(tǒng),電池冷卻系統(tǒng)。

大家都知道,電池使用久了都會發(fā)熱,只要看看現(xiàn)在大家手上的智能手機就知道,一個小小的手機玩一會兒都燙手,更何況幾十組,幾百組單體電池作為動力電池使用呢,散發(fā)出來的熱量如果無法迅速擴散和冷卻,在封閉環(huán)境中逐漸積累,電池著火甚至爆炸完全有可能發(fā)生。

所以,在動力電池組中的冷卻系統(tǒng)成了影響設備安全的最重要的系統(tǒng)。一般的電池冷卻系統(tǒng)都是安裝在電池組模塊附近,原理和空調的制冷原理相似,冷卻系統(tǒng)通過管路和單個電池模塊相連,管路里循環(huán)流動冷卻液(一般是乙二醇),將單個電池模塊的熱量帶走,冷卻系統(tǒng)將乙二醇制冷,多余熱量通過風扇排到外界,而乙二醇再次循環(huán)進入電池模塊,繼續(xù)吸收電池散發(fā)的熱量。

冷卻系統(tǒng)看似簡單,但對于動力電池來說,電池所占空間是有限的,甚至是非常緊湊的,如果電池占用空間太大,對車輛來說負擔太大,估計新能源汽車也就沒有優(yōu)勢了。所以,冷卻系統(tǒng)和電池模塊,傳感器,各類接觸器和線路的布局,無一不考驗著設計人員。特斯拉之所以火爆,還是它凝聚著無數(shù)優(yōu)秀設計師和工程師的智慧。對于國內現(xiàn)有的設計水準和研發(fā)水準,個人只能表示遺憾,泱泱大國,十幾億人啊,桑心……

電池冷卻系統(tǒng)如果出了故障,電池溫度過高,引起失火和爆炸的概率就會增大,所以電池管理系統(tǒng)還擔負著對冷卻系統(tǒng)監(jiān)控的作用,冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)不循、冷卻液缺失和泄露、或者電路故障,電池管理系統(tǒng)都會報警。電池管理系統(tǒng)同時監(jiān)控電池模塊和冷卻系統(tǒng),相當于門神啊,沒有這個門神,估計使用者連死都不知道怎么死的。

所以現(xiàn)在國內很多公司都不惜余力的開發(fā)電池管理系統(tǒng),競相進入這個細分行業(yè)。像借助德國瑞普的均勝電子,已經研發(fā)成功的拓邦股份,正在研發(fā)電池管理系統(tǒng)的科士達,有技術儲備的德賽電池,還有很多非上市公司。除了均勝的瑞普外,其他都是小功率和小容量電池的電池管理系統(tǒng)。

這些不能說沒有技術含量,畢竟國內正在一步步的追趕國外,但是技術含量相對不高。像我們12年接觸的江蘇海四達,電池的各個系統(tǒng)技術儲備還是可以的,但是一提到小空間要布局那么多的設備,他們也望而卻步,海四達貌似12年上市首發(fā)未通過。

個人覺得,同時生產電池模塊系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)的廠家做出來的產品會可能更好一點,因為自己熟悉自己的電池,因而電池管理系統(tǒng)也會有針對性的加強某方面的性能,更容易把產品的質量做好。

舉個非電池行業(yè)的例子,像去年的奮達科技推的可穿戴設備,看似都是自己組裝的,核心的控制部分還是自己的東西,只是其他少部分部件用了別人的,雖然沒有貼自己的牌子,但是對于產品的性能和各個部分的匹配性能,相信只有奮達自己才知道。

如何能夠做的更好,緊跟時代的創(chuàng)新技術才是企業(yè)最根本的護城河,其實奮達科技的CEO汪則其定的戰(zhàn)略非常前瞻,包括入股傳感器公司,只是很多人大腦跟不上而已。

國內很多上市公司只做最低端產業(yè)鏈的低級產品,掙到錢就覺得夠了,其實這些都無法長久。最近看到拓邦股份不僅生產鋰電池,還研發(fā)了自己的電池管理系統(tǒng),這些項目已經通過驗收,這是一個好的開端,希望拓邦能更進一步。

對于投資國內股票和產業(yè)鏈的投資者,通過深挖電池模塊整個系統(tǒng),還是能找到好的標的的,如深挖冷卻系統(tǒng),可以聯(lián)想到制冷行業(yè)(漢鐘精機,煙臺冰輪等),深挖電池管理系統(tǒng)的信息接收,可以聯(lián)想到精密傳感器行業(yè)(如士蘭微等),深挖電池控制系統(tǒng)的處理器BMC(這是我們自己的叫法,網絡俗稱ECU),可以聯(lián)想到芯片行業(yè)(如中穎電子)等等,至于布局的時間,雪球很多牛人,大家可以向他們學習。

無論是新能源鋰電池系統(tǒng),還是超級電容,未來的路還很長,尤其是在動力電池方面,除了以上提到的,其實動力電池的充電器或者充電樁的問題也會很多。

關于充電器方面的知識,以后有時間再寫。衷心希望國內企業(yè)能夠跟上國外主流技術的腳步,敢于引進,學習、使用和研發(fā),這是一個不斷進步的過程,只有這樣,企業(yè)才能更加具有競爭力!

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