專利名稱：無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的方法，特別是公開(kāi)一種使用超級(jí)電容器作為無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的動(dòng)力源，屬于能源技術(shù)和電氣領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大和人口的增加，因交通工具造成的城市環(huán)境污染日益嚴(yán)重，如車(chē)輛尾氣排放等。使用電動(dòng)交通工具是改善城市環(huán)境污染的一個(gè)重要方面。無(wú)軌公交電車(chē)造價(jià)低、污染小，是目前城市內(nèi)普遍采用的電動(dòng)交通工具之一。但是這種交通工具的缺點(diǎn)在于必須在其所行進(jìn)的路線上高空布線，以便獲取電力支持。但是高空布線不僅在一定程度上影響城市的市容面貌，造成二次污染，而且電線的存在也帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)和高額的維護(hù)維修費(fèi)用，特別是在重要的商業(yè)區(qū)和人口密集的地方；其次是車(chē)輛運(yùn)行機(jī)動(dòng)性差，電車(chē)一旦脫離受電線網(wǎng)，車(chē)輛將停止運(yùn)行，因此，已造成車(chē)是交通的嚴(yán)重阻塞。為了解決在城市中心區(qū)的視覺(jué)污染和交通阻塞的隱患，人們采用了電車(chē)脫線運(yùn)行的辦法，在脫軌運(yùn)行區(qū)間使用化學(xué)電源為電車(chē)提供電力支持。目前，可供選擇的常規(guī)化學(xué)電源包括鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池以及燃料電池等。鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池的使用壽命仍然滿足不了車(chē)輛的使用要求，此外，其充電速度慢、日常維護(hù)繁瑣，動(dòng)力型鎳氫、鋰離子電池的安全性仍然沒(méi)有得到解決；以上缺陷將是限制其應(yīng)用的主要障礙；而燃料電池自身的安全性問(wèn)題及電池氫源難題在短時(shí)間內(nèi)不可能得到根本的解決。因此，可以預(yù)見(jiàn)，上述幾種化學(xué)能源在城市公交車(chē)，特別是無(wú)軌電車(chē)上的應(yīng)用尚有一定的難度。
超級(jí)電容器(Supercapacitor，Ultracapacitor)又名“電化學(xué)電容器(ElectrochemicalCapacitor，EC)”是一種新型的儲(chǔ)能裝置。它是通過(guò)電極活性物質(zhì)與電解液接觸時(shí)所形成的固/液兩相界面進(jìn)行能量存儲(chǔ)的。通常采用的電極活性物質(zhì)為多孔活性炭，其比表面積很大(3000m2/g)，可形成很大的界面雙層，從而獲得可觀的積分電容。由此可見(jiàn)，超級(jí)電容器在儲(chǔ)能原理上屬于雙電層物理電荷存儲(chǔ)，充放電時(shí)電極結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。因此，超級(jí)電容器具有比功率大，充放電迅速，長(zhǎng)壽命以及清潔、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，使其在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用被普遍看好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改善無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行時(shí)電能解決方案，即使用具有高功率密度和較高能量密度、使用壽命長(zhǎng)的超級(jí)電容器作為無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力電源。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行時(shí)，超級(jí)電容器作為電車(chē)的動(dòng)力電源，所述的超級(jí)電容器是由超級(jí)電容器單體串聯(lián)組合構(gòu)成超級(jí)電容器組件，根據(jù)無(wú)軌電車(chē)運(yùn)行里程、最大功率以及電車(chē)運(yùn)行的電壓，確定超級(jí)電容器單體數(shù)量、能量、內(nèi)阻，采用智能控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的線網(wǎng)充電和電車(chē)脫線時(shí)的放電。當(dāng)電車(chē)進(jìn)入受電網(wǎng)線時(shí)，電車(chē)驅(qū)動(dòng)使用網(wǎng)線電能，同時(shí)對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電。超級(jí)電容器需要充電時(shí)，智能控制系統(tǒng)向電源控制器發(fā)出制動(dòng)指令，再由電源控制器控制充電器向超級(jí)電容器充電，同時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)，確定充電截止時(shí)間，高壓輔助系統(tǒng)的作用是實(shí)行電網(wǎng)電壓的變壓。當(dāng)電車(chē)進(jìn)入脫線運(yùn)行路段時(shí)，由智能控制系統(tǒng)向電源控制器發(fā)出牽引指令，超級(jí)電容器通過(guò)電源控制器經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行。速度傳感器能夠顯示無(wú)軌電車(chē)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)行控制。下面用方框圖說(shuō)明上述工作原理。
相對(duì)于采用的蓄電池，采用超級(jí)電容器作為脫線運(yùn)行的動(dòng)力源，電車(chē)的動(dòng)力性能極佳，速度可以達(dá)到網(wǎng)線驅(qū)動(dòng)的效果，還可以免去每天晚上充電的煩惱，此外，超級(jí)電容器的長(zhǎng)壽命，可以保證車(chē)輛長(zhǎng)期正常使用，而不必更換超級(jí)電容器。
四

附圖是本發(fā)明工作原理方框圖。
五具體實(shí)施例方式根據(jù)無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行里程、最大功率以及電車(chē)運(yùn)行的電壓等級(jí)，確定超級(jí)電容器單體的能量、內(nèi)阻、單體數(shù)量等指標(biāo)，如本實(shí)施例中采用了360個(gè)單體，儲(chǔ)存能量為7kwh，可驅(qū)動(dòng)電車(chē)運(yùn)行6km。
將超級(jí)電容器單體串聯(lián)組合，構(gòu)成超級(jí)電容器組件。在組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，超級(jí)電容器單體可以在對(duì)稱型超級(jí)電容器和非對(duì)稱型超級(jí)電容器種選擇一種，對(duì)稱型例如活性炭/活性炭超級(jí)電容器，非對(duì)稱型例如氧化鎳/活性炭超級(jí)電容器。超級(jí)電容器已在ZL02217073.1專利中作了詳述，在此毋用細(xì)說(shuō)。并且要充分考慮由于電容器在高功率工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量，預(yù)留足夠的散熱空間，在組件箱體上安裝散熱風(fēng)機(jī)。
超級(jí)電容器每個(gè)單體裝有電壓自動(dòng)均衡器，當(dāng)超級(jí)電容器單體電壓超過(guò)規(guī)定電壓時(shí)，該單體上的電壓均衡器自動(dòng)工作，使單體不會(huì)過(guò)壓損壞。
超級(jí)電容器組件設(shè)有溫度管理系統(tǒng)，當(dāng)電容器工作溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，溫度控制其將起動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，使電容器工作在工作溫度范圍內(nèi)；當(dāng)超級(jí)電容器溫度超過(guò)警戒溫度時(shí)，溫度管理系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，提醒司機(jī)進(jìn)行停車(chē)降溫。
超級(jí)電容器組件設(shè)有單體電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)各個(gè)單體電壓情況，根據(jù)充放電電壓狀態(tài)判斷單體故障情況并能夠報(bào)警，以便及時(shí)排除。
超級(jí)電容器的充放電工作控制依靠一個(gè)智能控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，智能控制系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)和電容器的荷電狀態(tài)控制電源控制器和充電器，實(shí)現(xiàn)電容器的線網(wǎng)充電和電車(chē)脫線時(shí)的放電。
上述電壓自動(dòng)均衡器、溫度管理系統(tǒng)、單體電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)均由上海和康電子公司生產(chǎn)并模塊化供應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行時(shí)，超級(jí)電容器作為電車(chē)的動(dòng)力電源，所述的超級(jí)電容器是由超級(jí)電容器單體串聯(lián)組合構(gòu)成超級(jí)電容器組件，根據(jù)無(wú)軌電車(chē)運(yùn)行里程、最大功率以及電車(chē)運(yùn)行的電壓，確定超級(jí)電容器單體數(shù)量、能量、內(nèi)阻，采用智能控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的線網(wǎng)充電和電車(chē)脫線時(shí)的放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于所述超級(jí)電容器單體上每個(gè)裝有電壓自動(dòng)均衡器，當(dāng)超級(jí)電容器單體電壓超過(guò)規(guī)定電壓時(shí)，該單體上的電壓均衡器自動(dòng)工作，使單體不受過(guò)壓，避免損壞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于所述的超級(jí)電容器組件設(shè)有溫度管理系統(tǒng)，當(dāng)電容器工作溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)管理系統(tǒng)將啟動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，溫度超過(guò)警戒溫度時(shí)，管理系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于所述的超級(jí)電容器組件設(shè)有單體電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)各個(gè)單體電壓情況。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法，其特征在于所述超級(jí)電容器單體在對(duì)稱型超級(jí)電容器和非對(duì)稱超級(jí)電容器種選擇一種，對(duì)稱型如活性炭/活性炭超級(jí)電容器；非對(duì)稱型如氧化鎳/活性炭超級(jí)電容器。
全文摘要
本發(fā)明為一種以超級(jí)電容器為動(dòng)力電源的無(wú)軌電車(chē)脫線運(yùn)行的新方法。超級(jí)電容器在電車(chē)脫線運(yùn)行時(shí)為電車(chē)提供電能支持，而在其它時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)能量。根據(jù)車(chē)輛的電壓等級(jí)和超級(jí)電容器單體的工作電壓確定單體數(shù)量，串聯(lián)組成具有溫度管理、電壓監(jiān)測(cè)報(bào)警和單體電壓均衡的超級(jí)電容器動(dòng)力源模塊，該動(dòng)力模塊使用壽命長(zhǎng)，動(dòng)力性能好，免維護(hù)，在老式無(wú)軌電車(chē)改造中具有很好的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)B60L11/00GK1629005SQ20041005428
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者王然, 王國(guó)慶 申請(qǐng)人:上海奧威科技開(kāi)發(fā)有限公司