超級電容器應用

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軌道交通

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概     述

列車和有軌電車等重型交通運輸車輛對儲能裝置有特別的需求。它們要求儲能裝置必須極為牢固可靠,使用壽命長,維護要求低。此外儲能裝置還必須在下列惡劣環境中能夠高效地工作:
- 處理峰值電流
- 高占空比
- 頻繁深度充放電周期
超級電容器系統/模塊正被用作此類要求嚴苛的儲能裝置。當今許多軌道交通應用中還把制動能量回收技術用于提供輔助啟動、橋接電源和電網/電壓穩定的能量需求。此外超級電容器還用來為機車發動機的啟動和輔助啟動(電池與超級電容器的組合系統)提供電力,以避免使用大型電池,或是在某些情況下,為機車發動機啟動系統里的大型電池,延長使用壽命。


應     用

軌道交通電壓穩定系統 

電氣列車和有軌電車的系統電壓來自于電網電力,其工作電壓通常在600V到1500V之間。電網電力對系統總負荷引起的變化與波動十分敏感。例如,如果多列列車同時運行與啟停,電網電壓就會嚴重下降,給列車或電車的運行造成不利影響。因此,儲能系統(ESS)的開發可以解決這一難題。由于ESS能夠與電網電力配套使用,為列車/電車提供必要的能源,避免對整體電網電力造成不利影響,因此也被稱作“電壓穩定系統”。一般情況下,這類系統有兩種使用方法,車載或路旁儲能系統。正如其名,一種系統是安裝在列車/電車之外的固定位置;另一種系統是安裝在列車/電車上。這類系統采用制動能量回收技術,能夠采集并儲存列車/電車制動時產生的動能,供后續需要更多能量時使用。這類ESS由一組超級電容器模塊構成,在加速時放電,在制動時充電。

鐵路推進系統 

輕軌車輛一般采用電動動力裝置推進。這些車輛需要電網提供穩定的電力。輕軌車輛OEM廠商開始將超級電容器納入他們的設計,用作某種動力來源或者輔助動力來源,以降低電網系統的電壓。在這類輕軌車輛制動時,能量可儲存在超級電容器中,然后在車輛加速時釋放出來,從而降低對電網電力的需求,提升車輛性能,同時節省能源。超級電容器能夠在加速階段提供額外電力,用于提升標準輕軌車輛的性能,還能保證在車輛通過短距離無接觸網地段時的電力提供。目前,有些OEM廠商已經將該超級電容器系統用于這類應用中。

機車發動機啟動 

大型機車柴油發動機啟動時可通過超級電容器的輔助來減輕電源負荷(一般是一組大型鉛酸電池)。發動機啟動時,受啟動機負荷的影響,啟動機電池放電,隨后啟動機旋轉主發動機曲軸達到合適的啟動速度。在曲軸完成數個工作行程后,發動機便可啟動(假定燃油、燃油混合氣、壓縮和點火正常)。發動機啟動時,啟動專用蓄電池系統還必須為其它幾個相關輔助系統供電,比如液壓泵、在某些情況下還有加熱器。在這些情況下,可將適當大小的超級電容器組與電池系統并聯,為系統提供“輔助電力”,減少電池損耗,在啟動過程中可穩定電池系統電壓。在該配置下,電池系統的充電狀態不會對機車發動機的啟動特性造成不利的影響。

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