为了降低铁道车辆能耗及对环境的影响，日本一直致力于开发由电池提供能源的牵引系统。

     2001年，日本日立公司与东日本铁路公司合作，研究在非电气化区段运行车辆技术。

     日立研发的混合牵引系统，将柴油发电机与电池结合在一起，于2007年投入商业运行，命名为KiHa E200。

      高功率密度电池模块是为混合动力车辆开发的，采用体积小、结构紧凑的模块设计，适合车载，每列混合动力列车共装备16个电池模块，回收再生能量。

      高能量密度电池模块存储能量大，可保证恒定的充电/放电输出性能。每列电池供电列车中有两辆车接触网充电，列车共装备216个电池模块，以保证稳定的列车运行距离。

一
 

     快速充电和放电的高功率密度电池，是回收制动再生能量的关键，同时也是实现系统怠速停车与启动性能的关键。

       对于要求配备发电机输出的设备，如燃料电池系统，另一个方法是配置动力系统，以控制发电机的输出功率，依靠高能量密度电池提供动力。

       2011年，日立与九州铁路首次共同开发试验了列车后，列车装备了上述提到的动力系统，并于2016年10月投入运行。这是日本第一列通过AC接触网充电的电池供电列车。

       此列车在几十公里长的地方线路多个区段上运行，由此证明，该系列车可以在没有接触网的条件下连续运行，具备高能量密度电池性能，在全球相同条件线路上有着广泛的应用前景。

       2006年以来，日立一直致力于城市列车再生能量回收系统的研发。列车使用的牵引系统利用高功率密度电池的快速充电/放电性能，在非电气化区段实现再生能量回收，提供接触网能量缓冲功能。

       为了给车辆提供高容量电池供电系统，日立与日本九州铁路公司合作，共同开发了一种电池供电列车，通过AC接触网为电池充电，使列车能够在电气化区段与非电气化区段之间运行。

       此列车不需要发动机，与传统的柴油车相比，其牵引系统不仅能耗低、维修少，噪声也小，提高了旅客的乘坐舒适度，还改善了周边居民的生活环境。

       主电路装备有动力电池及辅助电源，与主变流器的中间直流环节连接。当列车低速通过电气化区段中性段时，由于接触网瞬间电源中断，传统的AC列车可能需要关闭辅助设备。

图1. AC接触网充电电池牵引列车的牵引供电系统配置

       电池供电系统可通过电池获取电能，驱动辅助电源，从而保证辅助设备的不间断工作。

       考虑到车辆的正常运行，使用从接触网获取的电能实施在电气化区段的加速，与传统的AC列车相同。

       蓄电池由电制动产生的再生能量充电，当列车滑行或静止时，由接触网提供充电能量，如图2。

图2. 电气化区段能量链

       电池在电气化区段充电得到的电能，可以为列车在非电气化区段供电。
 

 二

       高能量密度电池模块由串联在一起的72节电池组成，储能约为120kW·h，共使用三组，总电量为360kW·h。

       使用大容量电池，可保证列车在不充电的情况下，在非电气化区段运行30km及以上。

      锂离子电池通常在低温环境下会出现内部电阻的升高，输出性能也会相应下降。而这种系统使用的电池模块，在-20℃的条件下，极大地减少了输出性能的下降。

       可以对不同类型的混合动力列车运行状态进行比较，如图3。

图3. 混合动力列车运行状态比较

       对于快运服务，HB-E210系列车的平均停站间距与既有混合动力列车KiHa E200相似。对于特快运输，HB-E210系列车的平均停站间距与HB-E300相似。

       但HB-E210额定速度较高，为保证设备出现故障时加减速的高性能，系统冗余非常重要。普通的混合动力列车为保证冗余，配备了两套动力电池。

       HB-E210系列车通过增加应急储能电池，提高了冗余性，当动力电池不可用时，由应急储能电池启动发动机，HB-E210以电力机车模式运行。

       传统的变流器驱动启动系统是利用动力电池的电能带动发电机，HB-E210系列车使用内燃电动车组系统连续工作，而不使用动力电池。

图4. HB-E210系列车牵引系统配置

      除动力电池外，HB-E210系列车系统还装备了应急储能电池，仅用来启动发电机，当动力电池不可用时，实施启动和发电控制。

      应急电池使用的模块与动力电池相同，可以互换。电池模块将两组电池串联（额定电量：340 V，1．9 kW·h），提供启动发动机所需电能。