朱彤

摘 要：为保障有轨电车运行效果，满足当今社会交通需求，本文对超级电容在有轨电车中的关键技术进行分析。文章首先阐述了有轨电车中超级电容的应用，然后着重分析了其应用的关键技术，包括混合动力电源管理技术和快速充电技术。以此来为有轨电车中超级电容的良好应用提供参考。

关键词：城市轨道交通;有轨电车;超级电容

自上世纪的七十年代末，有轨电车就开始受到人们重视，随着社会经济和科学技术的不断发展，有轨电车也开始逐渐走进我们的生活，并在城市交通事业中发挥出了强大的优势。超级电容是为有轨电车提供电力，满足其正常运行需求的关键。因此，随着近年来有轨电车的应用和发展，超级电容在其中的应用技术也开始备受关注。

1 有轨电车中的超级电容应用简述

超级电容属于一种性能非常高的储能产品，它在当今的采矿行业、高铁、轻轨和有轨电车等诸多领域中都非常适用。相比较传统的有轨电车而言，将超级电容应用到有轨电车中，并将其作为一种储能元件，这种超级电容储能形式的有轨电车可以在无接触网的情况下运行。借助于超级电容所具备的高功率密度、短充电时间、长生命周期等的优势，可以在大功率储存元件中快速储存电能，以此来为有轨电车的正常牵引需求提供足够的动力。

在当今尘世有轨电车技术的发展与普及中，有轨电车再次失效故障越来越引人重视，要想有效避免该故障的发生，良好的储能技术应用才是关键。而在当今的国际范围内，通过超级电容应用技术来解决该问题已经成为了一项几乎得到一致认定的方法，将超级电容和大功率静止变流开关之间进行有机结合，可以让机动车能量的储存变得更加便利，并在其加速和启动过程中再一次为其提供足够的能量，以此来有效缓解有轨电车启动给供电系统带来的冲击负荷，实现供电系统可靠性和稳定性的进一步提升，让再次失效故障得以有效避免[1]。

2 有轨电车中超级电容应用的关键技术分析

将超级电容应用到有轨电车的运行中，需要重点研究的技术就是超级电容和燃料电池或者是接触网之间进行混合充电的关键技术。这就涉及到了混合充电系统以及混合充電系统的管理，同时也涉及到了超级电容的充电装置以及超级电容的系统开发。

2.1 混合动力电源管理技术

在对无触网形式有轨电车进行供电的过程中，混合供电技术最为典型，在该技术的具体应用中，除了接触网之外，还需要和车载电池之间组成一个混合型的动力系统。有轨电车最常用的车载电池包括蓄电池、燃料电池和超级电容，这些电池都有着各自的特点。下面是对有轨电车中几种典型车载电池特点的总结：

2.1.1 氢燃料电池：其优点是效率高，无污染，可循环利用;缺点是成本高，存在爆炸风险，氢气来源有限。

2.2.2 锂电池：其优点是能量大，电压高，高功率承受能力强，使用寿命长;缺点是能量密度低，一致性差，稳定性和精准性不易控制。

2.2.3 超级电容：其优点是效率高，放电效率快，充电速度快，使用寿命长;缺点是安全电压比较低，安全性比较难控制

在有轨电车中，超级电容应用的一个核心问题就是混合动力有轨电车能源管理技术的广泛应用。在混合动力系统的具体应用过程中，可以借助于主控单元来进行有轨电车中控制装置信号的接收，以此来实现对启动信号、匀速信号、加速信号、减速信号以及制动信号的判断。在该系统的运行过程中，燃料电池主要用来为有轨电车匀速行驶过程中的牵引系统及其辅助系统提供足够的电能，超级电容主要用来为有轨电车加速阶段或者是启动阶段提供足够的电能，以此来满足其牵引力需求，同时，当有轨电车处于制动阶段的情况下，系统也将会回收其牵引力能量[2]。具体应用中，燃料电池和超级电容都会借助于自身的双向直流斩波器给相应的系统提供电能，

在有轨电车的混合动力系统运行过程中，可以按照有轨电车在启动、匀速、加速以及制动等各种状态之下的实际特征来进行燃料电池、蓄电池以及超级电池的控制，使其为有轨电车的牵引提供出足够的电能，让超级电容功率特性和能量方面的问题得到有效解决，让各个储能部件之间达到一种良好的互补关系。燃料电池以及动力电池之间有着相互冗余的关系，如果其中的一种电池出现故障，另一种电池可替代其继续为有轨电车提供电能，以此来保障有轨电车的稳定运行。

2.2 快速充电技术

因为超级电容远远达不到蓄电池的能量密度，所以一次充电之后的储能也十分有限。有轨电车的运行距离比较短，通常在2公里左右，因此为满足超级电容的充电需求，就需要在每一个车站进行快速充电装置的设置，通过到站充电的形式来补充电能，以此来为有轨电车的运行提供足够动力。因此，就目前的情况来看，通过相应的充电系统或者是充电装置来进行超级电容的快速充电是一项需要进一步研究的关键技术。

将超级电容应用到有轨电车中，通过车站停车充电的形式来快速充电，并通过车载形式的超级电容为有轨电车的运行提供牵引所需能量[3]。在超级电容的具体应用中，可以将整套的直流充电装置设置到每一个车站，其具体要求应满足以下几点：

第一，直流充电装置的充电时间应该控制在30秒以下。

第二，直流充电装置的连续充电电流应该控制在1500-2400A之间;

第三，直流充电装置的输出电压变化范围应该控制在400-900V之间。

同时，在直流充电装置的设置过程中，也需要进行超级电容充电曲线的配置。超级电容储存形式的有轨电车充电装置属于一种直流充电的装置，其输入可以是直流电，也可以是交流电，在当今，用来为超级电容形式有轨电车快速充电的装置大多为高压交流供电。

在这个充电设备中，主要的组成部分是充电装置柜、整流变压器、主控制系统、输出隔离柜以及车辆位置检测装置。借助于整流变压器，可以将高压输电网提供的电压转化为与该充电装置柜相适应的输入电压;借助于充电装置柜，可以将来自于整流变压器的电压转化为与有轨电车中超级电容装置需求相符的充电公路或者是充电电流;借助于输出隔离柜，可以将来自于充电装置管中的公路或者是电流输出到有轨电车中，同时也可以实现有轨电车上行充电以及下行充电之间的转换;借助于主控制系统，可以实现以上各个装置与有轨电车位置监测装置之间的信号连接以及通信目标，以此来实现充电启动和停止的控制，同时也可以对有轨电车中超级电容储存装置实际的状态信息进行采集，以此来实现充电功率或电流的合理调整。在主控制系统中，主要的组成部分有主控板和可编程的逻辑控制器PLC，借助于主控板，可以对有轨电车具体的位置信息以及其中的超级电容储存装置具体状态信息进行采集和计算，其计算结果将通过PLC直接输送给隔离柜，以此来实现有轨电车中超级电容充电开启和关闭信号的传递。

通过该充电系统装置的应用，可以有效解决车载超级电容储存方面的问题，保障超级电容的使用质量，使其为有轨电车提供出足以满足其牵引需求的电能。但是就目前的超级电容形式有轨电车充电系统来看，谐波问题、噪声问题以及充电效率问题都需要进一步的改进与优化。

有轨电车已经成为当今城市的一种重要交通设施，而将超级电容应用到有轨电车中，不仅可以提升有轨电车的运行效率，同时也可以保障有轨电车的安全稳定运行。在超级电容的应用过程中，需重点加强混合动力电源管理技术和快速充电技术的研究，以此来实现超级电容形式有轨电车的良好应用与发展。

参考文献：

[1]严兰，任晓刚，朱唯耀， 等.淮安市超级电容现代有轨电车技术研究[J].城市轨道交通研究，2018（5）：143-147.

[2]田炜，常鹏飞，潘文霞.有轨电车超级电容的充电方式转换技术研究[J].电力工程技术，2018（3）：102-106.

[3]赵芳.一种有轨电车超级电容储能牵引系统的设计[J].上海电机学院学报，2018（4）：53-57.