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浅析中车智轨充电系统的改进思路

2022-07-18 汽车电子设计 阅读:
中车智轨是一种非常新颖的交通工具,采用智能循迹和轮迹跟随技术,只需在地面画出标线,车辆即可跟随标线行驶,在现有轨道交通领域:智轨具有造价较低、工期较短、调整灵活的优势。中车智轨2017年6月首次亮相,

中车智轨是一种非常新颖的交通工具,采用智能循迹和轮迹跟随技术,只需在地面画出标线,车辆即可跟随标线行驶, 在现有轨道交通领域:智轨具有造价较低、工期较短、调整灵活的优势。中车智轨2017年6月首次亮相,2018年5月在湖南株洲试跑,2019年12月四川宜宾智轨正式投运——第一条商业运营线路,之后苏州等城市也开通了智轨,未来国内外更多城市将引入智轨。ejbednc

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中车智轨尚存在供电系统受电窗口窄、ejbednc

充电不方便、总体成本高的问题ejbednc

中车智轨也有其不足的地方:一是受电窗口窄、充电不方便,需要建设更多充电站和增加更多锂电池来延长行驶里程;二是充电系统复杂,难以引入供电企业和社会资本建设供电网分担建设成本,难以实现共享充电,难以引入社会车辆分摊运营成本,导致成本总体偏高;三是与欧美先进电气化公路方案相比,技术较落后,拓展性较差。这使得很多城市虽有建设和运营需求,却又观望,尚未进入实质性建设阶段。ejbednc

为解决这些问题,中铁第四勘察设计院(韩浩)建议:通过优化充电位设计方案来满足长线路和高密度发车需求,不过其方案仍然成本高、不灵活,未能从根本上解决问题。ejbednc

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引入电气化公路和电子换向受电弓技术ejbednc

来改进和完善智轨的充电系统ejbednc

电子换向受电弓支持单弓双线受电、行驶充电、自动对位充电,与双线双弓受电系统高度兼容性,通过电气化公路和电子换向受电弓技术相结合,电动车的能够实现低成本、宽窗口、高可靠、自动化充供电,因此中车智轨就可引入电气化公路和电子换向受电弓技术来改进和完善其充电系统,紧跟世界电气化公路发展潮流,其改进思路如下:ejbednc

一是引入电子换向受电弓替代中车智轨双线受电弓,实现快速对位、自动充电,解决智轨宽窗口、高可靠受电问题;ejbednc

二是引入电气化公路技术和供电企业投资,建立共享充供电接触网,分摊建设成本和使用成本,实现大型车辆公路在线充供电、小型车辆临时公路充电、电动车停电点自动充供电。ejbednc

下面比较几种电动车的前沿充电方式。ejbednc

 站区式SWJ-21双线受电式集电弓ejbednc

  eHighway视频跟踪双线双弓系统ejbednc

 智轨双线双弓固定受电系统ejbednc

 电子换向受电弓-单弓双线系统ejbednc

传统充电方案和电子换向受电弓比较表ejbednc

从上表可以看出,新旧充电系统的分界标志是:是否支持行驶充电、是否支持自动对位充电。时代前进了,电动车具备行驶充电和自动对位充电功能可从根本上解决充电桩不足问题。ejbednc

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智轨充电系统的改进步骤ejbednc

西门子公司已经在瑞典、德国、美国部署电气化高速公路(eHighway),特斯拉公司也在研发电动卡车技术。由于电子换向受电弓兼容性好,因此适时引入电子换向受电弓可低成本改进智轨充电系统,可提升中车智轨的产品竞争力。智轨充电系统的可采取以下改进步骤:ejbednc

(一)升级现有宜宾等城市的智轨充电系统,解决线路多、线路长和高密度发车问题。具体而言:首先用电子换向受电弓替代中车智轨双线受电弓,然后再简化充电站的充电轨,在公路较平顺区域建设工频交流双线接触网。由于电子换向受电弓支持“盲插对位”,安装电子换向受电弓的智轨电车可在接触网任意区域实现“行驶充电”或“停车即充电”, 智轨电车不需要再去争抢充电位,智轨电车的发车密度与充电时间的矛盾也能够得到解决。由于充电时间和停站时间不受限制,充电功率可适当减小,有利于改善电池寿命和减少电池使用量,从而降低电车成本。ejbednc

(二)优化智轨电车的车体结构和降低车辆重量,进一步降低电车的制造成本。智轨电车为增大市场占有率,需要进一步降低成本,在应用电气化公路和电子换向受电弓技术后,由于不再需要建专用站内充电站、站外充电站和专用充电位,其使用范围可大幅扩展,因专用设备减少(比如,直接引入供电企业的工频交流电和通用交流电设备),成本就降下来了。ejbednc

(三)拓展并接入社会车辆使用共享接触网。目前智轨的供电系统是专用的600V充电接触网,这个供电接触网经过改造后,可直接使用当地供电企业的工频交流电,由供电企业建设和管理该共享接触网,因为是共享接触网,其它社会车辆只要安装标准统一的电子换向受电弓系统,就可以直接使用该共享接触网,这样做建设成本分摊到供电企业和使用成本则分摊到社会车辆上,真正的电气化公路就能得到实现,智轨和电气化公路就能大规模普及。ejbednc

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以智轨充电系统为基础创建ejbednc

电气化公路通用标准ejbednc

智轨充电系统是未来电气化公路的重要组成部分,由于中车智轨率先国内外实现商业运营,它对市场具有引领作用,为解决未来电气化公路普及需求,中车智轨可率先建立的行业通用标准。ejbednc

(一)电压标准。目前国内高压充电系统国家建议标准是600V,但是许多快充使用的是800V,从长远看电压高有利于提升充电系统的容量,因此共享接触网电压标准可选择为800V。在建网初期先用620V(智轨标准,部分区域可降低为380V),可靠运营后逐步升级到800V。再之后,对于干线公路可进一步提升到1500V-3000V。ejbednc

(二)交直流标准。电子换向受电弓可兼容交流、直流供电,但是从成本和设备通用化考虑,共享接触网还是建议使用工频交流电(50-60赫兹)直接供电。使用工频交流电就充分利用现有工业技术,现有供电企业则可充分利用现有设备和现有资源,快速部署和建设共享充电接触网。特别的,当共享充电接触网某一个节点出现故障,相邻交流电网也可迅速提供应急备份保障。ejbednc

(三)共享充电接触网线间距标准。一般来讲,共享充电接触网线间距越小,受电窗口越宽,但是受电弓的成本和重量将增加。目前室外架空线一般线间距为30-60厘米,为实现通用化,共享充电接触网线间距建议为40厘米。ejbednc

(四)电子换向受电弓受电滑板长度、宽度和板间绝缘宽度标准。因共享充电接触网线间距选择为40厘米,为保证电力运行安全和节约受电弓成本,建议标准:受电滑板长度为25厘米,受电滑板宽度为2-10厘米,板间绝缘宽度为1厘米。ejbednc

结论:中车智轨是目前中国国内最为成熟且商业化运营的一种电气化公路应有方案,与西门子的电气化公路方案相比尚有差距,但是通过升级改造受电弓使之具有“电子换向-单弓受电”能力,中车智轨可高效利用现有资源实现更大范围的系统扩容,通过制定标准和增大市场占有率,中车智轨可扩展到电动卡车及其它电动车领域,之后中国技术就能引领世界先进电气化公路的前进方向。ejbednc

参考资料:ejbednc

1、韩浩,以宜宾智轨项目为例分析智轨充电位设计,铁道勘测与设计,2019(2),2019年,第002期ejbednc

2、姜杨敏、周知义,智能轨道快运系统株洲示范线开通试运行,城市轨道交通,2018年,第005期ejbednc

3、卢祺、杨勇、银应时,智轨电车车体顶盖结构设计与研究,技术与市场,2021年,第005期ejbednc

4、张洪彬、蒋小晴、粟爱军、吴雄韬、陈信春,智轨快运系统供电方式对比分析,科技创新导报,2020年,第017期ejbednc

5、汪兆杰、梁继国,以受电弓为载体的电气化公路技术研究,产业与科技论坛,2019年,第18卷第15期ejbednc

6、韩雪、田卉、刁萌萌、张倩、赵震,电气化高速公路系统在我国的前景展望,现代商贸工业,2018年,11期ejbednc

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作者介绍ejbednc

贾凤斌,毕业于四川大学计算机专业,网络工程师(软件),熟悉计算机、电子电器、电机、电动车、新能源等技术,在熟悉的技术领域有所创见,较深入研究了新型充电器、电动车充电技术和网络异步交易系统。ejbednc

作者微信号:ht89256475ejbednc

责编:Admin
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