1 概述
南車株洲電力機車有限公司通過引進、消化、吸收100%低地板技術， 結合完成自主研制的儲能電源技術，實現了儲能式現代有軌電車的集成**。車輛采用超級電容作為儲能元件，能夠無接觸網運行。以超級電容作為儲能元件的目的是實現能量的高效利用和循環利用，達到綠色節能的雙重目標。 車站設有充電系統，*高充電電壓DC900V。 車輛采用常升式受電器，當車輛進站時，站內*大充電時間30s，是世界首列超級電容100%低地板有軌電車。
2 總體技術方案
2.1 車輛編組（見圖1）
列車編組
四模塊編組，三動一拖=Mc1+T++M+Mc2=編組形式（=—車鉤；+—單鉸接裝置；++—雙鉸接裝置；Mc—帶司機室的動車模塊；T—拖車模塊；M—動車模塊。 ）
2.2供電系統
供電方式車站受電
供電電壓/V DC500~900
2.3車輛主要尺寸
列車長度/mm 36548
車輛寬度/mm 2650
車輛高度（車頂設備箱）/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
列車每側車門數量5對/側
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
轉向架
Mc模塊與T/M模塊轉向架中心距/mm 8600
T模塊與M模塊轉向架中心距/mm 9180
軸距/mm 1800
輪對內側距/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車輛動力性能參數
1）列車牽引性能。
車輛*高運行速度70km/h
在平直道，車輪半磨耗，AW2載荷條件下：
平均啟動加速度（0~30km/h）≥1.0m/s2
平均加速度（0~70km/h）≥0.6m/s2
2）列車制動性能。
在平直道，車輪半磨耗：
常用制動平均減速度AW2（70~0km/h）≥1.1m/s2
緊急制動平均減速度AW3（70~0km/h）≥2.7m/s2
3）列車牽引制動特性。
列車在干燥、清潔的平直軌道上，在定員載荷（AW2），儲能電源電壓為DC540～900V下的牽引特性如圖2所示。
2.6車輛設備布置
低地板由于地板面距離軌面距離較小，車底基本不安裝設備，主要設備均安裝在車頂，主要設備如表2所示。
3車輛機械主要部件
3.1車體
1）車體采用輕型的鋼結構。底架為耐候鋼，側墻、端墻及車頂為不銹鋼，均能承受載荷。
2）車體設計按EN12663-2010標準中的P-V型車的要求和VDV152標準選擇安全系數。
3）車體強度：水平方向承受靜壓載荷200kN，拉伸載荷150kN時， 車體合成應力不超過設計許用應力。在正常載荷下， 車體的變形不超過運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）車體的結構壽命不小于30年。
3.2 內裝
儲能式現代有軌電車內裝部件和地鐵車輛相比采用了一系列的新材料、新工藝，主要表現如下：
1）采用了新工藝對蒙皮進行膠粘，具有獨立的蒙皮結構。
2）采用了新的工藝對側窗進行膠粘，實現無窗框側窗，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）獨立的的司機室地板結構，獨立的座椅廂部件以及座椅布置形式多樣化， 使車輛更具有現代美學特點，適合于乘客人群的人機工程學。
4）客室地板采用更加輕質高強的Artboard板，**采用鎂合金的縱梁和出風格柵，大大降低了車輛重量。客室內部裝飾效果見圖4。
3.3 轉向架
車輛采用動力轉向架和非動力轉向架， 軸重小于10 t，動力轉向架使用縱向耦合驅動的獨立車輪，非動力轉向架使用獨立車輪，為二系懸掛形式。轉向架滿足車輛限界要求，其有效壽命不小于30年。
動力轉向架主要由構架、軸橋裝置、牽引電機、齒輪箱、盤制動裝置、磁軌制動裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置等關鍵部件組成。每臺牽引電機和兩個齒輪箱剛性連接在一起組成驅動單元， 驅動單元通過四點架懸在構架上， 驅動單元縱向布置在構架側梁外側，同時驅動一側的前后兩個車輪。
非動力轉向架主要由構架、 軸橋裝置、 盤制動裝置、磁軌制動裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置等關鍵部件組成。 車輛的運行平穩性符合
GB 5599—1985 的指標要求，在新輪條件下，且車輛在額定載荷AW2工況下，車輛運行平穩性指標W<2.75。
3.4 制動系統
制動系統采用4套獨立的制動系統，由動力轉向架上的電制動系統，動力轉向架上的液壓被動式彈簧制動系統， 無動力轉向架上的液壓主動式盤式制動系統，以及所有轉向架上的磁軌制動系統構成。 可以實現AW2載荷下，70~0km/h 常用制動，減速度為1.1m/s2；AW3載荷下，70~0km/h 緊急制動，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。 不同轉向架的制動系統配置見圖5和圖6。
3.5 空調及通風系統
在T車和M車上各布置一臺40kW的單元式空調機組， 空調機組采用單端送風、 下送下回形式。 在Mc1 和Mc2 車司機室頂部各布置一個4kW的司機室空調，用以實現司機室空氣調節。空調系統通過天花板上方靜壓風道系統送風。
空調系統采用高能效比的直流變頻技術。 由于空調能耗大約占列車總能耗的1/4，采用高壓直流變頻空調的能效比可高達2.6，比常規的定頻空調能效比2.0～2.2 提高 30%以上，大大提高了能源的利用率，同時通過直流變頻技術再輔以新風調節技術， 可進一步降低空調能耗，并使車內溫度波動更小，提高旅客舒適性。
3.6 車門
每輛車每側設置5套電動雙開塞拉車門。 車門設置機械鎖閉機構、本地開門按鈕、電鑰匙開關和重開門等安全設施或功能。 每個Mc模塊端部第1對車門為
司機室門。 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， 具有機械手動連掛和解鉤功能，在中間轉動關節具有鎖定功能，在車鉤打開拉直后，中間關節被鎖定，需要折疊時，可通過拉動設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。車鉤壓縮強度400 kN，拉伸強度 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組并聯的儲能電源可以實現對超級電容的充放電，3個并聯的超級電容同時也增強了電源系統的冗余性。 與超
級電容相連的高壓線纜為高壓母線，3套牽引系統通過一個HSCB掛接在高壓母線上， 經過牽引逆變器變頻變壓后向牽引電機提供電源， 驅動列車牽引/制動。同時輔助系統和客室空調系統直接連接高壓母線，其輸入端都采用熔斷器進行保護。 電源系統、牽引系統、輔助系統及客室空調系統負極直接與接地裝置相連接。主要部件包括受電器、避雷器、超級電容、牽引逆變器、制動電阻、電機。
1）牽引工況。
牽引工作模式下， 并聯的超級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，每臺牽引逆變器將DC500～900V的電壓逆變為三相變頻變壓電源驅動本車的兩臺交流電機。 同時輔助逆變器、 充電機和客室空調系統也從并聯的超級電容取電。 另外，在受電器的接線端子上連有避雷器，對主電路過電壓保護。 在應急情況下牽引系統可工作至*低電壓420V。
2）電制動工況。
電制動時，交流電機運行在發電機工況，牽引逆變器將交流電機的電壓反饋回超級電容系統， 對超級電容進行充電。當制動能量不能全部被超級電容吸收時，牽引逆變器將開啟電阻制動， 把剩余的制動能量消耗在制動電阻上。
3）充放電工況。
當車輛在站臺區域停車進行上下客時， 受電器與地面充電軌相接觸， 地面充電站將根據充電軌反饋的電壓值信息啟動向超級電容充電， 充電將在小于30s
內完成，司機可通過觀察HMI上超級電容的電量顯示確認，當確認車輛完成充電后，司機可牽引車輛繼續行駛。
當車輛需要進行放電操作時， 司機可將車輛運行至放電站區域， 受電器將通過放電軌對超級電容進行放電，放電完畢后須將電容的正負極短接，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， 整個充電過程中無需司機進行升降弓操作，當車輛進站時，受流裝置自動與供電軌接觸，可縮短停車充電時間約10s。利用車輛進站時乘客上下車時間進行電能補充， 整車充電時間不大于30s。特殊情況下可以進行人工升降操作， 在客室內部操作手搖桿，通過軟軸連接器帶動受電器升降，在升降過程中可同時在HMI及升降指示燈顯示受電器的狀態。
4.3 儲能電源
儲能電源采用大功率動力超級電容串并聯構成，超級電容通過2并8串構成儲能模組， 儲能模組通過43 個串聯形成儲能電源，儲能電源通過3套并聯實現
整車供電。 超級電容的能量密度大于8Wh/kg，充放電壽命達100萬次。 車輛*大充電電流1800A。 車輛制動優先采用再生制動， 儲能電源可以吸收再生制動電能，制動能量回饋率不小于85%。
4.4 網絡控制系統（見圖8）
網絡控制系統采用了列車級總線和車輛級總線的雙級網絡，均采用通信線路雙通道冗余設計，當某一路通信線路出現故障時， 系統可以自動切換到另一路通信線路。 其中CAN總線針對信號系統、PIS系統、車門系統、儲能電源能源管理系統、空調系統等進行控制和管理，并實現列車級的故障診斷和監視。 MVB總線針對牽引系統、輔助系統和制動系統進行控制和管理，并實現MVB網絡層的故障診斷， 同時上傳至CANopen網絡進行監視，提高了車輛網絡控制的安全性。
4.5 乘客信息系統
乘客信息系統是一個集成了列車廣播、 對講、LED信息顯示、LCD多媒體播放顯示、 視頻監控系統和無線局域網的綜合平臺。列車在Mc1車司機室內安裝有一臺廣播主機，在Mc2車司機室安裝一臺媒體主機和車載播放控制器，控制整列車的乘客信息系統的運行。主要控制器和輔助設備設計為插入式的板卡模塊，集成于3U19 英寸標準車載防磁機箱中，均采用集成化、模塊化設計。
4.6 照明
客室照明使用節能環保的LED平面照明燈具，充分考慮故障條件下燈光照明的均勻性。客室照明驅動電源設有專門的緊急照明信號接口，當意外造成車內動力供電中斷或低壓電源故障時，或司機在司機室手動將客室照度調節到暗檔位時，緊急照明信號將由正常的高電平自動切換為低電平，客室照明系統將由正常照明模式自動切換為緊急照明模式， 驅動電源各自接收到一個低電平緊急照明啟動信號，自動降低輸出功率至原來的1/3左右，從而使車內所有燈具照度降低到緊急照明要求的照度， 以節約車內蓄電池電力消耗。 集中驅動電源下的緊急照明能夠給客室提供均勻的照度。每個司機室安裝一個天花板頂棚燈與閱讀燈，駕駛臺所有可讀信息（儀器儀表）帶有LED夜光顯示。
5 結束語
本文介紹的中國南車株機公司自主研制的儲能式現代有軌電車， 開創了全球超級電容作為動力源的100%低地板有軌電車的先河，為我國儲能式軌道交通
產品的研究和發展奠定了基礎，積累了寶貴的經驗。目前車輛已經正式上線運營， 各項性能指標滿足合同要求，其中運營能耗低于3kWh/車公里，較有網運營降低30%以上。
