日本铁路电池供电牵引系统特性

时间:2019-09-03 10:04来源:中国电池联盟 作者:龙阙
点击:

     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。

 

     除了与东日本铁路公司合作,日立还与日本九州铁路公司合作开展过,只对依靠电池在非电气化区段运行技术的研究,且研发出了通过接触网交流电(AC)为电池充电,由电池中存储的电能牵引列车,在非电气化区段运行。
 
     日立研究的铁路电池技术主要包括两种特性的电池模块,分别是高功率密度电池模块高能量密度电池模块

 

      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。

 


 

     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。
 

(责任编辑:子蕊)
免责声明:本文仅代表作者个人观点,与中国电池联盟无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。
凡本网注明 “来源:XXX(非中国电池联盟)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。
QQ:503204601
邮箱:cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜欢
专题
相关新闻
本月热点
欢迎投稿
联系人:王女士
Email:cbcu#cbcu.com.cn
发送邮件时用@替换#
电话:010-56284224
在线投稿
微信公众号