(中车南京浦镇城轨车辆有限责任公司210031)
摘要：本文介绍了现代低地板有轨电车储能式供电技术的使用概况，对现有的主要储能供电方式的原理、技术参数、应用现状作了分析和描述，并比较了各种供电方式的优缺点及难点，为国内进行储能式供电的应用于研究提供参考。
关键词：低地板有轨电车；储能；供电技术；
1、绪论
近几年有轨电车因其节能环保、舒适人性化、环境适应力强、建设灵活度高等特点，在国内进入了快速发展阶段，传统的接触网供电也因其技术成熟性得到了广泛应用，如苏州有轨电车1号线、苏州有轨电车2号线、沈阳有轨电车1号线等。但随着有轨电车应用场合的不断扩大，也暴露了接触网供电方式的不足。例如，市中心区尤其是名胜古迹地区上空的接触网就很不美观。为了解决此矛盾，储能式供电这种新型无接触网供电方式受到了大多数城市的青睐。储能式供电是指利用超级电容或蓄电池作为储能装置，使有轨电车在充电后利用存储的电能运行至下一停车站，并在电车停靠站时的较短时间内实现快速充电，为进一步减少电能损失，可同时采用再生制动。目前，可用于轨道交通领域的储能方式主要有飞轮储能、超导储能、蓄电池储能和超级电容储能四种。飞轮储能技术国内研究与国外尚有差距，超导储能由于技术储备不够成熟，在此不进行讨论，故目前国内适合应用于城市轨道交通的储能方式为蓄电池储能和超级电容储能。
2、储能供电技术在有轨电车上的应用
目前国内采用蓄电池作为储能装置的有轨电车项目主要有南京河西有轨电车、南京麒麟有轨电车，采用超级电容作为储能装置的项目有滇南有轨电车、沈阳有轨电车2号线、淮安有轨电车、深圳龙华有轨电车、广州海珠环岛有轨电车等，数量上远多于蓄电池供电的有轨电车。
3、超级电容与蓄电池的技术参数对比
以使用蓄电池和使用超级电容的两个有轨电车项目为例：蓄电池由两个电池单元组成，每个电池单元由12个电池单体串联组成，电池箱体尺寸为1866x445x624mm，重量670kg，但是由于其需要额外的独立冷却装置为其散热，加上冷却装置后的尺寸合计为1866×875×624mm，重量合计为840kg。超级电容由24个电容模块串联组成，箱体尺寸为1950×1170×645mm，重量950kg。二者最终在体积和重量方面相差不大。
蓄电池额定电量达49KWH，额定电压533V，最高电压605V，连续放电电流276A，峰值放电电流750A，连续充电电流276A，峰值充电电流376A，完全充满电时间≤20min。超级电容额定电量仅19KWH，且工作电压范围内有效电量只有9.5KWH，工作电压范围为410V-547V，连续放电电流≤420A，峰值放电电流630A，连续充电电流420A，峰值充电电流630A，完全充满电时间≥20s。可以看出，蓄电池在容量上大幅占优，但在充电时间上超级电容的优势也相当大。
蓄电池工作环境温度-30～45℃，内部单体工作温度10～45℃，采用独立水冷设备进行散热。超级电容工作环境温度-25～55℃，内部单体工作温度-25～55℃，自带风冷。可以看出超级电容比牵引蓄电池有更好的环境适应能力，理论上在极端高温天气下的工作状态会比蓄电池更加稳定。
为了提高能源利用率，有轨电车在起动、制动和加速过程中都会使储能设备处于充电或者放电状态，对储能设备的寿命带来很大的考验。蓄电池设计寿命为不低于6年，冷却设备寿命为13年，超级电容寿命为10年。超级电容在使用寿命上远优于蓄电池，同时，其自带冷却设备也大大降低了维护工作量。蓄电池不仅要对电池进行维修维护，还要对冷却设备进行维护，并定期检查更换冷却液。
4、结论
通过对蓄电池与超级电容在容量、电压、电流、充电时间、工作温度、寿命维护等方面的对比可以发现，蓄电池虽然在自身容量、尺寸和重量上相较超级电容有很大的优势，但是由于需要安装额外的散热装置，导致尺寸和重量的优势被抹平，仅剩容量优势，而在其他各参数方面均被超级电容大幅超越。超级电容在容量上的劣势会导致其最大行驶距离较短，但凭借其自身的快速充电能力通过增加充电站可以有效地弥补这个缺陷。工作温度方面，在各地气温屡创新高的夏季，车顶设备直接接受阳光暴晒，蓄电池会长时间工作在环境温度接近甚至超过45℃的极限状态下，故障率必定大大提升，河西有轨电车在夏季期间电池故障率的明显上升也印证了这一点，而超级电容最高55℃的环境工作温度在面对夏季高温时就显得更加游刃有余了。最后，超级电容的价格仅为电池的一半，如果算上电池的冷却设备、冷却液，差距就会更大，再加上超级电容的寿命比蓄电池高出近70%，不管是从购买成本，还是维护成本的角度来看，超级电容比蓄电池的性价比都要高出很多。
由此可见，在目前的技术条件下，有轨电车在选用储能式供电时，超级电容供电方式将会是不二之选。但目前超级电容也不是完美的，还需要加速研究增大其容量的技术，因为有轨电车大多与社会车辆共享路权，过小的电容容量有可能会因堵车而导致车辆无法到达充电站而引起救援，对整条线路的运营造成很大影响；同时，增加了电容容量意味着可以建造更少的充电站，将会明显降低有轨电车线路的整体花费。如果蓄电池在未来能够解决单体寿命问题，延长使用时间，提高适应的工作温度，同时还要大幅降低价格，还是能够凭借大容量的优势与超级电容平分秋色的。
5.参考文献
[1]朱亮,张继彤,张济民．低地板有轨电车无接触网供电技术的研究[J].城市轨道交通研究,2014,17(9):84-88.
[2]邓文豪．城市轨道交通地面型超级电容储能系统关键技术的研究[D]．北京:中国铁道科学研究院，2010.