超级电容器应用

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轨道交通

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概     述

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。


应     用

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600V到1500V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。