国家标准计划《轨道交通 机车车辆 动力蓄电池 第1部分:锂离子蓄电池》由 TC278(全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会)归口上报及执行 ,主管部门为国家铁路局。主要起草单位 北京交大 、时代电气 、长客股份 、四方股份 、株机公司 。
目的意义
1)项目是否技术先进、成熟可靠及国内应用情况。
随着新型车辆上电气设备的用电量日益增加,由于传统酸性、碱性电池的能量密度和体积比密度低,使得车辆上蓄电池组放电性能和能量存贮已经无法满足客户需求。
然而由于锂离子电池具有重量轻、体积小、寿命长、电压高、充放电效率高和无污染等显着应用优点,在电动汽车和储能系统中得到广泛应用,并在相关领域已形成锂离子蓄电池系统的测试和应用标准。
锂离子电池在铁路系统的应用还刚刚起步,各大机车厂和客车厂已经开始进行相关的研究,在辅助电源采用锂离子电池已日渐成熟,在动车组和城轨车辆的动力驱动方面也做了有益的探索,目前处于试验验证阶段,铁总也立项开展了相关测试规范的研究,目前已基本完成。
但在应用中还没有适合铁路的锂电池测试和应用标准。
目前迫切需要结合现行铁路运行标准和前期应用经验,吸收和借鉴锂电池在电动汽车和储能行业的相关标准,提出符合铁路行业特点的锂电池测试检验标准,为锂电池在铁路系统的进一步应用,提供技术支持和保障。
2)项目是否有相关的课题,及该课题的进度和成果。
自2010年北京交通大学与北车长春轨道客车股份有限公司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司合作针对锂离子电池在动车组和城轨交通车辆上的应用技术开展了多方面的深入研究。
(1)科技部科技支撑项目“混合动力动车组动力电池组方案设计及试验研究” 2013年北京交通大学与北车长春轨道客车股份有限公司开展了混合动力动车组动力电池组方案设计及试验研究,分别研制了适用于轨道交通车辆的EEMU(电池+电网)和DEMU(电网+油电混合)系统,并先后于2014年8月和9月完成了装车测试。
其中EEMU采用4组独立磷酸铁锂电池系统并联为整车提供直流供电,实现了电气化与非电气化铁路间跨线运行;DEMU利用钛酸锂电池实现了动车组在城市无接触网区段的方便运行,有效解决了内燃机噪声污染和环境污染问题。
另外以钛酸锂电池代替机车车辆原有镉镍蓄电池为机车提供低压辅助电源,有效降低了电池组的整体重量和体积,并且延长了电池使用寿命。
目前正进行整车测试。
(2)科技部863延展项目“纯电池驱动100%低地板城规车辆电池系统设计” 2013年北京交通大学与北车长春轨道客车股份有限公司合作开发纯电池驱动100%低地板轻轨车,通过在现有100%低地板车辆上增加动力电池并进行适应性改造,利用能量型钛酸锂电池实现纯电池牵引驱动和再生制动能力的回收,并且完成了冬季、初秋和夏季环境条件下的车辆带载上线、可靠性、疲劳和极限测试。
在系统方案设计、电池系统试制、电池系统测试及装车试验等多个环节提供技术支持和技术保障。
该项目已经全部完成。
(3)“电池和超级电容混合驱动低地板城轨车辆电池系统设计及测试” 2014年北京交通大学与南车青岛四方机车车辆股份有限公司开展电池电容混合动力低地板城轨车辆电池系统设计,解决了车辆在城市交叉路口和无法布设接触网的无接触网区间的持续运行问题。
项目首次对低地板有轨电车储能系统(超级电容+蓄电池)不同使用条件下的性能参数进行对比分析测试,并综合考虑列车的牵引制动性能、储能系统配置参数、储能系统的使用寿命等,提出适用于15T低地板车辆储能系统的最佳工作参数,制定了储能系统间的能量调度策略和控制策略。
2014年9月已经完成装车和测试,目前正在进行整车系统优化,为下一步改进和量产提供基础数据,对储能系统的性能、适用范围、应用方法进行积极的探索。
(4)科技支撑项目“高速铁路轻量化的辅助电源系统设计” 2013年北京交通大学与南车青岛四方机车车辆股份有限公司开展了高速铁路轻量化的辅助电源系统的研究,项目针对高速列车辅助电源电池系统需求进行分析,并完成适用于高速列车辅助电源轻量化电池系统的选型和验证。
目前在高铁辅助电源电池成组技术、安全性设计、接口技术以及相关维护装置等方面进行相关研究。
(5)“城轨车辆用锂电池控制管理系统的应用研究” 2010年北京交通大学与南车青岛四方机车车辆股份有限公司合作完成了城轨车辆用锂电池控制管理系统的应用研究,研制出的电池管理系统已经完成相关测试。
(6)“轨道交通储能装置及其应用研究” 2013年北京交通大学和南车青岛四方机车车辆股份有限公司合作完成了轨道交通储能装置及其应用研究,研究了可适用于轨道交通车辆的储能元件的原理、现状、关键技术方案及发展趋势,研究了适用于不同使用需求的储能装置组合应用技术。
针对电网供电和列车制动能量回收等不同能源方式研制了具备兼容特性的能量转换吸收装置。
此项目已经完成。
(7)“标准化动车组辅助电源数据跟踪、测试与评估” 2013年北京交通大学和北车长春轨道客车股份有限公司合作,将从采用锂离子电池的标准化动车组辅助电池系统的性能、工况寿命、环境适应性,以及为锂离子电池的安全性、可靠性和维护检修规程等方面开展研究。
课题通过对辅助电。
范围和主要技术内容
项目将以机车车辆用锂离子电池为研究对象,涵盖动力驱动和辅助电源两个应用领域,开展机车车辆用锂离子蓄电池系统的通用要求、试验方法、 检验规则、标志、包装、运输和储存等方面的标准研究和试验验证。 研究内容包括: 1、 机车车辆用锂离子蓄电池系统标准的研究与制定 1) 测试规范的验证和完善 课题将对目前已有的机车车辆用锂离子蓄电池单体及模块测试规范、机车车辆用锂离子蓄电池管理系统测试规范以及机车车辆用锂离子蓄电池系统测试三个测试规范,紧紧围绕铁路行业特点和锂离子电池的发展现状,进行深入的试验和分析,细化测试方法,明确检验标准,完善标准体系。 2) 标准法规的的研究 参照铁路行业现有的技术标准以及锂离子电池行业的相关技术标准,借鉴电动汽车行业和电力储能行业中锂电池的测试和应用标准,依托前期和正在开展的科研课题,综合实际应用中的技术方案和技术数据,从辅助和驱动两种应用条件,提炼出共性的测试方法和检验标准,同时针对不同应用条件,进行差异化处理和分类研究,为标准的编制提供技术支撑。 3) 机车车辆用锂离子蓄电池系统测试标准的制定 在标准法规与测试规范研究的基础上,结合目前锂离子电池在铁路应用的现状,将单体、模块、管理系统和电池系统四大部分内容有机结合在一起,从系统和应用的角度,着眼于行业特点和实际需求,在广泛调研相关行业实际的基础上,编制机车车辆用锂离子蓄电池系统测试标准,并不断完善,促进和保障锂离子电池在铁路行业的健康发展。 2、 锂离子蓄电池系统测试标准的验证与完善 从铁路行业的目前的实际需求和锂离子电池应用情况出发,对照制定的行业标准,结合实施的项目和北京交通大学动力电池的测试条件,重点从环境适应性、安全性、可靠性及电池寿命等方面,对标准的测试方法和评判标准进行实际测试和分析论证,保证标准的科学性和适应性。
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