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超级电 容器在轨道交通中的应用
应用方案 产品概述 应用案例

能量制动与回收:刹车时进行能量回收,启动时 进行释放能量到电力系统驱动车辆加速。

动力电源系统:利用超 级电容瞬时充电特性,可作为 无架线城市有轨电车动力电源(站站充电)。

一、方案介绍

列车和 有轨电车等重型交通运输车辆对储能装置有特别的需求。它们要 求储能装置必须极为牢固可靠,使用寿命长,维护要求低。此外储 能装置还必须在下列恶劣环境中能够高效地工作:

  • 处理峰值电流
  • 高占空比
  • 频繁深度充放电周期

超级电容器系统/模块正 被用作此类要求严苛的储能装置。当今许 多轨道交通应用中还把制动能量回收技术用于提供辅助启动、桥接电源和电网/电压稳定的能量需求。此外超 级电容器还用来为机车发动机的启动和辅助启动(电池与 超级电容器的组合系统)提供电力,以避免使用大型电池,或是在某些情况下,为机车 发动机启动系统里的大型电池,延长使用寿命。

二、超级电 容器在轨道交通中应用的优势优势:

制动能源回收效率高;

-40℃至+70℃的各种 天气下都具有良好性能;

可安全可靠使用超过1000000次;

免维护。

轨道交 通电压稳定系统

电气列 车和有轨电车的系统电压来自于电网电力,其工作电压通常在600V1500V之间。电网电 力对系统总负荷引起的变化与波动十分敏感。例如,如果多 列列车同时运行与启停,电网电 压就会严重下降,给列车 或电车的运行造成不利影响。因此,储能系统(ESS)的开发 可以解决这一难题。由于ESS能够与 电网电力配套使用,为列车/电车提供必要的能源,避免对 整体电网电力造成不利影响,因此也被称作“电压稳定系统”。一般情况下,这类系 统有两种使用方法,车载或路旁储能系统。正如其名,一种系 统是安装在列车/电车之外的固定位置;另一种系 统是安装在列车/电车上。这类系 统采用制动能量回收技术,能够采集并储存列车/电车制 动时产生的动能,供后续 需要更多能量时使用。这类ESS由一组 超级电容器模块构成,在加速时放电,在制动时充电。

铁路推进系统

轻轨车 辆一般采用电动动力装置推进。这些车 辆需要电网提供稳定的电力。轻轨车辆OEM厂商开 始将超级电容器纳入他们的设计,用作某 种动力来源或者辅助动力来源,以降低 电网系统的电压。在这类 轻轨车辆制动时,能量可 储存在超级电容器中,然后在 车辆加速时释放出来,从而降 低对电网电力的需求,提升车辆性能,同时节省能源。超级电 容器能够在加速阶段提供额外电力,用于提 升标准轻轨车辆的性能,还能保 证在车辆通过短距离无接触网地段时的电力提供。目前,有些OEM厂商已 经将该超级电容器系统用于这类应用中。

机车发动机启动

大型机 车柴油发动机启动时可通过超级电容器的辅助来减轻电源负荷(一般是 一组大型铅酸电池)。发动机启动时,受启动机负荷的影响,启动机电池放电,随后启 动机旋转主发动机曲轴达到合适的启动速度。在曲轴 完成数个工作行程后,发动机便可启动(假定燃油、燃油混合气、压缩和点火正常)。发动机启动时,启动专 用蓄电池系统还必须为其它几个相关辅助系统供电,比如液压泵、在某些 情况下还有加热器。在这些情况下,可将适 当大小的超级电容器组与电池系统并联,为系统提供“辅助电力”,减少电池损耗,在启动 过程中可稳定电池系统电压。在该配置下,电池系 统的充电状态不会对机车发动机的启动特性造成不利的影响。

产品概述
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