1 概述

南車株洲電力機(jī)車有限公司通過引進(jìn)、消化、吸收100%低地板技術(shù)， 結(jié)合完成自主研制的儲(chǔ)能電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車的集成**。車輛采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件，能夠無接觸網(wǎng)運(yùn)行。以超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件的目的是實(shí)現(xiàn)能量的高效利用和循環(huán)利用，達(dá)到綠色節(jié)能的雙重目標(biāo)。 車站設(shè)有充電系統(tǒng)，*高充電電壓DC900V。 車輛采用常升式受電器，當(dāng)車輛進(jìn)站時(shí)，站內(nèi)*大充電時(shí)間30s，是世界首列超級(jí)電容100%低地板有軌電車。

2 總體技術(shù)方案

2.1 車輛編組（見圖1）

列車編組

四模塊編組，三動(dòng)一拖=Mc1+T++M+Mc2=編組形式（=—車鉤；+—單鉸接裝置；++—雙鉸接裝置；Mc—帶司機(jī)室的動(dòng)車模塊；T—拖車模塊；M—?jiǎng)榆嚹K。 ）

2.2供電系統(tǒng)

供電方式車站受電

供電電壓/V DC500~900

2.3車輛主要尺寸

列車長(zhǎng)度/mm 36548

車輛寬度/mm 2650

車輛高度（車頂設(shè)備箱）/mm 3720

客室地板面高度/mm 350

門處入口高度/mm 320

車鉤高度/mm 475

客室車門

列車每側(cè)車門數(shù)量5對(duì)/側(cè)

車門凈寬度/mm 1300

車門凈高度/mm 2080

貫通道寬度/mm 1240

貫通道高度/mm 2100

轉(zhuǎn)向架

Mc模塊與T/M模塊轉(zhuǎn)向架中心距/mm 8600

T模塊與M模塊轉(zhuǎn)向架中心距/mm 9180

軸距/mm 1800

輪對(duì)內(nèi)側(cè)距/mm 1386±1

彈性車輪直徑/mm 600（新輪）/520（全磨耗）

2.4載客量

各種工況下的載客量如表1所示。

2.5車輛動(dòng)力性能參數(shù)

1）列車牽引性能。

車輛*高運(yùn)行速度70km/h

在平直道，車輪半磨耗，AW2載荷條件下：

平均啟動(dòng)加速度（0~30km/h）≥1.0m/s2

平均加速度（0~70km/h）≥0.6m/s2

2）列車制動(dòng)性能。

在平直道，車輪半磨耗：

常用制動(dòng)平均減速度AW2（70~0km/h）≥1.1m/s2

緊急制動(dòng)平均減速度AW3（70~0km/h）≥2.7m/s2

3）列車牽引制動(dòng)特性。

列車在干燥、清潔的平直軌道上，在定員載荷（AW2），儲(chǔ)能電源電壓為DC540～900V下的牽引特性如圖2所示。

2.6車輛設(shè)備布置

低地板由于地板面距離軌面距離較小，車底基本不安裝設(shè)備，主要設(shè)備均安裝在車頂，主要設(shè)備如表2所示。

3車輛機(jī)械主要部件

3.1車體

1）車體采用輕型的鋼結(jié)構(gòu)。底架為耐候鋼，側(cè)墻、端墻及車頂為不銹鋼，均能承受載荷。

2）車體設(shè)計(jì)按EN12663-2010標(biāo)準(zhǔn)中的P-V型車的要求和VDV152標(biāo)準(zhǔn)選擇安全系數(shù)。

3）車體強(qiáng)度：水平方向承受靜壓載荷200kN，拉伸載荷150kN時(shí)， 車體合成應(yīng)力不超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。在正常載荷下， 車體的變形不超過運(yùn)行條件所決定的極限值。

4）車體剛度：滿足在所有載荷下，車門能正常工作，且能滿足架車的要求。

5）車體的結(jié)構(gòu)壽命不小于30年。

3.2 內(nèi)裝

儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車內(nèi)裝部件和地鐵車輛相比采用了一系列的新材料、新工藝，主要表現(xiàn)如下：

1）采用了新工藝對(duì)蒙皮進(jìn)行膠粘，具有獨(dú)立的蒙皮結(jié)構(gòu)。

2）采用了新的工藝對(duì)側(cè)窗進(jìn)行膠粘，實(shí)現(xiàn)無窗框側(cè)窗，具有良好的密封性以防塵、防水和隔聲性，有利車輛減輕重量。

3）獨(dú)立的的司機(jī)室地板結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的座椅廂部件以及座椅布置形式多樣化， 使車輛更具有現(xiàn)代美學(xué)特點(diǎn)，適合于乘客人群的人機(jī)工程學(xué)。

4）客室地板采用更加輕質(zhì)高強(qiáng)的Artboard板，**采用鎂合金的縱梁和出風(fēng)格柵，大大降低了車輛重量?？褪覂?nèi)部裝飾效果見圖4。

3.3 轉(zhuǎn)向架

車輛采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架， 軸重小于10 t，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架使用縱向耦合驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立車輪，非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架使用獨(dú)立車輪，為二系懸掛形式。轉(zhuǎn)向架滿足車輛限界要求，其有效壽命不小于30年。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、軸橋裝置、牽引電機(jī)、齒輪箱、盤制動(dòng)裝置、磁軌制動(dòng)裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置等關(guān)鍵部件組成。每臺(tái)牽引電機(jī)和兩個(gè)齒輪箱剛性連接在一起組成驅(qū)動(dòng)單元， 驅(qū)動(dòng)單元通過四點(diǎn)架懸在構(gòu)架上， 驅(qū)動(dòng)單元縱向布置在構(gòu)架側(cè)梁外側(cè)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)一側(cè)的前后兩個(gè)車輪。

非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、 軸橋裝置、 盤制動(dòng)裝置、磁軌制動(dòng)裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置等關(guān)鍵部件組成。 車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性符合

GB 5599—1985 的指標(biāo)要求，在新輪條件下，且車輛在額定載荷AW2工況下，車輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)W<2.75。

3.4 制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)采用4套獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，由動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的電制動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的液壓被動(dòng)式彈簧制動(dòng)系統(tǒng)， 無動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的液壓主動(dòng)式盤式制動(dòng)系統(tǒng)，以及所有轉(zhuǎn)向架上的磁軌制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。 可以實(shí)現(xiàn)AW2載荷下，70~0km/h 常用制動(dòng)，減速度為1.1m/s2；AW3載荷下，70~0km/h 緊急制動(dòng)，減速度為2.7m/s2；大大提高了車輛的安全性能。 此外，為提高黏著，保證可靠停車，車輛配有撒砂系統(tǒng)。 不同轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)系統(tǒng)配置見圖5和圖6。

3.5 空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)

在T車和M車上各布置一臺(tái)40kW的單元式空調(diào)機(jī)組， 空調(diào)機(jī)組采用單端送風(fēng)、 下送下回形式。 在Mc1 和Mc2 車司機(jī)室頂部各布置一個(gè)4kW的司機(jī)室空調(diào)，用以實(shí)現(xiàn)司機(jī)室空氣調(diào)節(jié)。空調(diào)系統(tǒng)通過天花板上方靜壓風(fēng)道系統(tǒng)送風(fēng)。

空調(diào)系統(tǒng)采用高能效比的直流變頻技術(shù)。 由于空調(diào)能耗大約占列車總能耗的1/4，采用高壓直流變頻空調(diào)的能效比可高達(dá)2.6，比常規(guī)的定頻空調(diào)能效比2.0～2.2 提高 30%以上，大大提高了能源的利用率，同時(shí)通過直流變頻技術(shù)再輔以新風(fēng)調(diào)節(jié)技術(shù)， 可進(jìn)一步降低空調(diào)能耗，并使車內(nèi)溫度波動(dòng)更小，提高旅客舒適性。

3.6 車門

每輛車每側(cè)設(shè)置5套電動(dòng)雙開塞拉車門。 車門設(shè)置機(jī)械鎖閉機(jī)構(gòu)、本地開門按鈕、電鑰匙開關(guān)和重開門等安全設(shè)施或功能。 每個(gè)Mc模塊端部第1對(duì)車門為

司機(jī)室門。 車門的凈開寬度1300mm，車門的凈開高度2080mm。

3.7 車鉤

車鉤采用Albert 折疊車鉤， 具有機(jī)械手動(dòng)連掛和解鉤功能，在中間轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)具有鎖定功能，在車鉤打開拉直后，中間關(guān)節(jié)被鎖定，需要折疊時(shí)，可通過拉動(dòng)設(shè)在車鉤桿旁邊的拉繩解除鎖定，車鉤折疊后前端被連接于車體底架C型槽中的固定裝置固定。車鉤壓縮強(qiáng)度400 kN，拉伸強(qiáng)度 400 kN，水平擺±45°，垂向擺角±10°。

4 車輛電氣主要部件

4.1 牽引及主電路部分

牽引及主電路框圖如圖7所示， 受電器與3組并聯(lián)的儲(chǔ)能電源可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的充放電，3個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容同時(shí)也增強(qiáng)了電源系統(tǒng)的冗余性。 與超

級(jí)電容相連的高壓線纜為高壓母線，3套牽引系統(tǒng)通過一個(gè)HSCB掛接在高壓母線上， 經(jīng)過牽引逆變器變頻變壓后向牽引電機(jī)提供電源， 驅(qū)動(dòng)列車牽引/制動(dòng)。同時(shí)輔助系統(tǒng)和客室空調(diào)系統(tǒng)直接連接高壓母線，其輸入端都采用熔斷器進(jìn)行保護(hù)。 電源系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及客室空調(diào)系統(tǒng)負(fù)極直接與接地裝置相連接。主要部件包括受電器、避雷器、超級(jí)電容、牽引逆變器、制動(dòng)電阻、電機(jī)。

1）牽引工況。

牽引工作模式下， 并聯(lián)的超級(jí)電容通過高速斷路器接至Mc1模塊、M模塊和Mc2模塊的牽引逆變器，每臺(tái)牽引逆變器將DC500～900V的電壓逆變?yōu)槿嘧冾l變壓電源驅(qū)動(dòng)本車的兩臺(tái)交流電機(jī)。 同時(shí)輔助逆變器、 充電機(jī)和客室空調(diào)系統(tǒng)也從并聯(lián)的超級(jí)電容取電。 另外，在受電器的接線端子上連有避雷器，對(duì)主電路過電壓保護(hù)。 在應(yīng)急情況下牽引系統(tǒng)可工作至*低電壓420V。

2）電制動(dòng)工況。

電制動(dòng)時(shí)，交流電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)工況，牽引逆變器將交流電機(jī)的電壓反饋回超級(jí)電容系統(tǒng)， 對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電。當(dāng)制動(dòng)能量不能全部被超級(jí)電容吸收時(shí)，牽引逆變器將開啟電阻制動(dòng)， 把剩余的制動(dòng)能量消耗在制動(dòng)電阻上。

3）充放電工況。

當(dāng)車輛在站臺(tái)區(qū)域停車進(jìn)行上下客時(shí)， 受電器與地面充電軌相接觸， 地面充電站將根據(jù)充電軌反饋的電壓值信息啟動(dòng)向超級(jí)電容充電， 充電將在小于30s

內(nèi)完成，司機(jī)可通過觀察HMI上超級(jí)電容的電量顯示確認(rèn)，當(dāng)確認(rèn)車輛完成充電后，司機(jī)可牽引車輛繼續(xù)行駛。

當(dāng)車輛需要進(jìn)行放電操作時(shí)， 司機(jī)可將車輛運(yùn)行至放電站區(qū)域， 受電器將通過放電軌對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行放電，放電完畢后須將電容的正負(fù)極短接，以確保檢修人員安全。

4.2 受電器

車輛頂部安裝有一套受電系統(tǒng)， 整個(gè)充電過程中無需司機(jī)進(jìn)行升降弓操作，當(dāng)車輛進(jìn)站時(shí)，受流裝置自動(dòng)與供電軌接觸，可縮短停車充電時(shí)間約10s。利用車輛進(jìn)站時(shí)乘客上下車時(shí)間進(jìn)行電能補(bǔ)充， 整車充電時(shí)間不大于30s。特殊情況下可以進(jìn)行人工升降操作， 在客室內(nèi)部操作手搖桿，通過軟軸連接器帶動(dòng)受電器升降，在升降過程中可同時(shí)在HMI及升降指示燈顯示受電器的狀態(tài)。

4.3 儲(chǔ)能電源

儲(chǔ)能電源采用大功率動(dòng)力超級(jí)電容串并聯(lián)構(gòu)成，超級(jí)電容通過2并8串構(gòu)成儲(chǔ)能模組， 儲(chǔ)能模組通過43 個(gè)串聯(lián)形成儲(chǔ)能電源，儲(chǔ)能電源通過3套并聯(lián)實(shí)現(xiàn)

整車供電。 超級(jí)電容的能量密度大于8Wh/kg，充放電壽命達(dá)100萬次。 車輛*大充電電流1800A。 車輛制動(dòng)優(yōu)先采用再生制動(dòng)， 儲(chǔ)能電源可以吸收再生制動(dòng)電能，制動(dòng)能量回饋率不小于85%。

4.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（見圖8）

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用了列車級(jí)總線和車輛級(jí)總線的雙級(jí)網(wǎng)絡(luò)，均采用通信線路雙通道冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)某一路通信線路出現(xiàn)故障時(shí)， 系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到另一路通信線路。 其中CAN總線針對(duì)信號(hào)系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、儲(chǔ)能電源能源管理系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等進(jìn)行控制和管理，并實(shí)現(xiàn)列車級(jí)的故障診斷和監(jiān)視。 MVB總線針對(duì)牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，并實(shí)現(xiàn)MVB網(wǎng)絡(luò)層的故障診斷， 同時(shí)上傳至CANopen網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，提高了車輛網(wǎng)絡(luò)控制的安全性。

4.5 乘客信息系統(tǒng)

乘客信息系統(tǒng)是一個(gè)集成了列車廣播、 對(duì)講、LED信息顯示、LCD多媒體播放顯示、 視頻監(jiān)控系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)的綜合平臺(tái)。列車在Mc1車司機(jī)室內(nèi)安裝有一臺(tái)廣播主機(jī)，在Mc2車司機(jī)室安裝一臺(tái)媒體主機(jī)和車載播放控制器，控制整列車的乘客信息系統(tǒng)的運(yùn)行。主要控制器和輔助設(shè)備設(shè)計(jì)為插入式的板卡模塊，集成于3U19 英寸標(biāo)準(zhǔn)車載防磁機(jī)箱中，均采用集成化、模塊化設(shè)計(jì)。

4.6 照明

客室照明使用節(jié)能環(huán)保的LED平面照明燈具，充分考慮故障條件下燈光照明的均勻性?？褪艺彰黩?qū)動(dòng)電源設(shè)有專門的緊急照明信號(hào)接口，當(dāng)意外造成車內(nèi)動(dòng)力供電中斷或低壓電源故障時(shí)，或司機(jī)在司機(jī)室手動(dòng)將客室照度調(diào)節(jié)到暗檔位時(shí)，緊急照明信號(hào)將由正常的高電平自動(dòng)切換為低電平，客室照明系統(tǒng)將由正常照明模式自動(dòng)切換為緊急照明模式， 驅(qū)動(dòng)電源各自接收到一個(gè)低電平緊急照明啟動(dòng)信號(hào)，自動(dòng)降低輸出功率至原來的1/3左右，從而使車內(nèi)所有燈具照度降低到緊急照明要求的照度， 以節(jié)約車內(nèi)蓄電池電力消耗。 集中驅(qū)動(dòng)電源下的緊急照明能夠給客室提供均勻的照度。每個(gè)司機(jī)室安裝一個(gè)天花板頂棚燈與閱讀燈，駕駛臺(tái)所有可讀信息（儀器儀表）帶有LED夜光顯示。

5 結(jié)束語

本文介紹的中國(guó)南車株機(jī)公司自主研制的儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車， 開創(chuàng)了全球超級(jí)電容作為動(dòng)力源的100%低地板有軌電車的先河，為我國(guó)儲(chǔ)能式軌道交通

產(chǎn)品的研究和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。目前車輛已經(jīng)正式上線運(yùn)營(yíng)， 各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足合同要求，其中運(yùn)營(yíng)能耗低于3kWh/車公里，較有網(wǎng)運(yùn)營(yíng)降低30%以上。