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超级电容在轻轨上应用 　　【摘 要】 随着城市人口的膨胀，城市轨道交通显得越来越重要。从经济角度看，城市轨道交通系统的能耗最引人关注，能耗费用占了运营费用的相当大的部分。怎样有效利用能源、减少能耗，是摆在我们面前的一个重要课题。调查显示，在城市轨道车辆的能耗中，牵引能耗占了90%，车辆辅助设备能耗占10%。如果使用超级电容等能量管理设备，相当一部分电能消耗量就可以在车辆制动时反馈回供电系统，以供给正在加速的车辆使用。此外，由于列车启动和制动会引起电压的波动，若采用合适的能量管理设备，就可以减小电网电压的波动，从而提高供电质量。本文讲述超级电容在沈阳70%及100%轻轨车上的应用实验。首先对超级电容的应用问题和超级电容常用储能方式还有双向变换器的策略进行了研究，接着对电容应用在车辆上在厂内实验的有关问题。并结合实验实际的需要，进行了辅助实验设备的设计与制作。最后保障电容在车辆上应用平稳。 　　【关键词】 双向DC/DC变换器 超级电容 车载能量管理系统 列车厂内实验 　　1 绪论 　　随着城市人口的膨胀，城市轨道交通显得越来越重要。从经济角度看，城市轨道交通系统的能耗最引人关注，能耗费用占了运营费用的相当大的部分。怎样有效利用能源、减少能耗，是摆在我们面前的一个重要课题。 　　在城市轨道交通中，再生制动能量能够被相邻列车吸收利用，若不能被完全吸收，那么剩余的再生制动能量会使线网电压迅速上升，为防止再生失效，通常利用制动电阻将剩余能量消耗掉，这造成极大地浪费并带来温升的问题。近年来，随着超级电容、飞轮等新型储能技术的发展，如何利用储能装置吸收利用再生制动能量是城轨交通当今研究的热点课题。目前在中国城市轨道交通市场， 2013年长春轨道客车股份有限公司为辽宁省沈阳市制造了70%及100%超级电容轻轨列车并在厂内完成了相关型式试验试验，该车采用超级电容作为辅助动力能源，在城市轨道交通使用时过无电区使用。（1）常见储能方式。城市轨道车辆质量较大，运行速度较高，所以其制动时的机械能很大，平均每辆车制动时的动能可达几千千焦。而且制动时间还短，这就要求储能装置能够实现在制动时间内吸收大量能量的功能，并且易于安装在城市轨道车辆上，易于维护、保养，使用寿命长。目前，储能装置在我们日常生活和社会进步中扮演重要的角色。传统的储能装置主要是蓄电池，经过历代的发展，蓄电池技术已逐步趋向成熟，性能也趋向稳定，不过受到储能方式本身特性的限制，一些主要性能总是难以提高，同时它的环境污染和腐蚀问题在注重环保的今天，与社会的进步显得尤为不和谐。所以人们逐渐将目光放在了更加先进的储能方式上。飞轮储能以及超级电容储能是新兴储能方式的代表，它们绿色环保，符合国家提倡的可持续发展及建设节约型社会的发展策略，近年来得到普遍的重视和大力发展。（2）超级电容器。超级电容器是利用电极和电解液之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。对超级电容的正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负极板吸引电解液中的正离子，从而使电极与电解液之间出现稳定的、符号相反的两层电荷，称为界面双电层。这种电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的，储能机制过程中并没有产生电化学反应，所以储能过程是可逆的。它具备传统电容那样的放电功率，也具备化学电池储备电荷的能力。（3）超级电容特性。超级电容器与市场上出现的其他储能设备，如铅酸蓄电池、锡镍电池、氢镍电池等相比，具有以下突出的优点：1）功率密度高。可达300W/KG～5000W/KG，相当于铅酸蓄电池的5-10倍。2）充放电循环寿命长。超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达万次以上。而目前常用的密封式铅酸蓄电池的循环寿命只有几百次，使用寿命大约为3-5年。3）充电时间短。超级电容完全充电只需数分钟甚至几十秒钟；而蓄电池则需要数小时才能完成充电。4）可靠性高，免维护。超级电容的维护工作极少，可实现真正的免维护，而蓄电池所谓的“免维护”仅指使用期间无需加水，在实际工作中仍必须进行定期维护。 5）环境温度对正常使用的影响不大。超级电容器正常工作温度范围在一40-65℃，而蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，平时不能超过15-30℃的范围。6）检测方便。超级电容的容量与其端电压有着严格的对应关系。而蓄电池的容量检测，不论是离线式还是在线式检测，都需要进行繁琐的工作。7）体积小，外形紧凑，便于安装，节省空间。 　　2 超级电容在轻轨车上实际调试应用 　　2.1 静态功能 　　在完成文件要求试验的基础上，增加各系统在静态条件下的深度试验。（例如门开关1000次，制动系统磁轨制动下落20次，超级电容充放电试验10次等试验）根据试验结果总结《70%低地板深度试验说明》，对《深度试验故障记录单》中提出