1 概述
南车株洲电力机车有限公司通过引进、消化、吸收100%低地板技术， 结合完成自主研制的储能电源技术，实现了储能式现代有轨电车的集成**。车辆采用超级电容作为储能元件，能够无接触网运行。以超级电容作为储能元件的目的是实现能量的高效利用和循环利用，达到绿色节能的双重目标。 车站设有充电系统，*高充电电压DC900V。 车辆采用常升式受电器，当车辆进站时，站内*大充电时间30s，是世界首列超级电容100%低地板有轨电车。
2 总体技术方案
2.1 车辆编组（见图1）
列车编组
四模块编组，三动一拖=Mc1+T++M+Mc2=编组形式（=—车钩；+—单铰接装置；++—双铰接装置；Mc—带司机室的动车模块；T—拖车模块；M—动车模块。 ）
2.2供电系统
供电方式车站受电
供电电压/V DC500~900
2.3车辆主要尺寸
列车长度/mm 36548
车辆宽度/mm 2650
车辆高度（车顶设备箱）/mm 3720
客室地板面高度/mm 350
门处入口高度/mm 320
车钩高度/mm 475
客室车门
列车每侧车门数量5对/侧
车门净宽度/mm 1300
车门净高度/mm 2080
贯通道宽度/mm 1240
贯通道高度/mm 2100
转向架
Mc模块与T/M模块转向架中心距/mm 8600
T模块与M模块转向架中心距/mm 9180
轴距/mm 1800
轮对内侧距/mm 1386±1
弹性车轮直径/mm 600（新轮）/520（全磨耗）
2.4载客量
各种工况下的载客量如表1所示。
2.5车辆动力性能参数
1）列车牵引性能。
车辆*高运行速度70km/h
在平直道，车轮半磨耗，AW2载荷条件下：
平均启动加速度（0~30km/h）≥1.0m/s2
平均加速度（0~70km/h）≥0.6m/s2
2）列车制动性能。
在平直道，车轮半磨耗：
常用制动平均减速度AW2（70~0km/h）≥1.1m/s2
紧急制动平均减速度AW3（70~0km/h）≥2.7m/s2
3）列车牵引制动特性。
列车在干燥、清洁的平直轨道上，在定员载荷（AW2），储能电源电压为DC540～900V下的牵引特性如图2所示。
2.6车辆设备布置
低地板由于地板面距离轨面距离较小，车底基本不安装设备，主要设备均安装在车顶，主要设备如表2所示。
3车辆机械主要部件
3.1车体
1）车体采用轻型的钢结构。底架为耐候钢，侧墙、端墙及车顶为不锈钢，均能承受载荷。
2）车体设计按EN12663-2010标准中的P-V型车的要求和VDV152标准选择安全系数。
3）车体强度：水平方向承受静压载荷200kN，拉伸载荷150kN时， 车体合成应力不超过设计许用应力。在正常载荷下， 车体的变形不超过运行条件所决定的极限值。
4）车体刚度：满足在所有载荷下，车门能正常工作，且能满足架车的要求。
5）车体的结构寿命不小于30年。
3.2 内装
储能式现代有轨电车内装部件和地铁车辆相比采用了一系列的新材料、新工艺，主要表现如下：
1）采用了新工艺对蒙皮进行胶粘，具有独立的蒙皮结构。
2）采用了新的工艺对侧窗进行胶粘，实现无窗框侧窗，具有良好的密封性以防尘、防水和隔声性，有利车辆减轻重量。
3）独立的的司机室地板结构，独立的座椅厢部件以及座椅布置形式多样化， 使车辆更具有现代美学特点，适合于乘客人群的人机工程学。
4）客室地板采用更加轻质高强的Artboard板，**采用镁合金的纵梁和出风格栅，大大降低了车辆重量。客室内部装饰效果见图4。
3.3 转向架
车辆采用动力转向架和非动力转向架， 轴重小于10 t，动力转向架使用纵向耦合驱动的独立车轮，非动力转向架使用独立车轮，为二系悬挂形式。转向架满足车辆限界要求，其有效寿命不小于30年。
动力转向架主要由构架、轴桥装置、牵引电机、齿轮箱、盘制动装置、磁轨制动装置、一系悬挂装置、二系悬挂装置、牵引装置等关键部件组成。每台牵引电机和两个齿轮箱刚性连接在一起组成驱动单元， 驱动单元通过四点架悬在构架上， 驱动单元纵向布置在构架侧梁外侧，同时驱动一侧的前后两个车轮。
非动力转向架主要由构架、 轴桥装置、 盘制动装置、磁轨制动装置、一系悬挂装置、二系悬挂装置、牵引装置等关键部件组成。 车辆的运行平稳性符合
GB 5599—1985 的指标要求，在新轮条件下，且车辆在额定载荷AW2工况下，车辆运行平稳性指标W<2.75。
3.4 制动系统
制动系统采用4套独立的制动系统，由动力转向架上的电制动系统，动力转向架上的液压被动式弹簧制动系统， 无动力转向架上的液压主动式盘式制动系统，以及所有转向架上的磁轨制动系统构成。 可以实现AW2载荷下，70~0km/h 常用制动，减速度为1.1m/s2；AW3载荷下，70~0km/h 紧急制动，减速度为2.7m/s2；大大提高了车辆的安全性能。 此外，为提高黏着，保证可靠停车，车辆配有撒砂系统。 不同转向架的制动系统配置见图5和图6。
3.5 空调及通风系统
在T车和M车上各布置一台40kW的单元式空调机组， 空调机组采用单端送风、 下送下回形式。 在Mc1 和Mc2 车司机室顶部各布置一个4kW的司机室空调，用以实现司机室空气调节。空调系统通过天花板上方静压风道系统送风。
空调系统采用高能效比的直流变频技术。 由于空调能耗大约占列车总能耗的1/4，采用高压直流变频空调的能效比可高达2.6，比常规的定频空调能效比2.0～2.2 提高 30%以上，大大提高了能源的利用率，同时通过直流变频技术再辅以新风调节技术， 可进一步降低空调能耗，并使车内温度波动更小，提高旅客舒适性。
3.6 车门
每辆车每侧设置5套电动双开塞拉车门。 车门设置机械锁闭机构、本地开门按钮、电钥匙开关和重开门等安全设施或功能。 每个Mc模块端部第1对车门为
司机室门。 车门的净开宽度1300mm，车门的净开高度2080mm。
3.7 车钩
车钩采用Albert 折叠车钩， 具有机械手动连挂和解钩功能，在中间转动关节具有锁定功能，在车钩打开拉直后，中间关节被锁定，需要折叠时，可通过拉动设在车钩杆旁边的拉绳解除锁定，车钩折叠后前端被连接于车体底架C型槽中的固定装置固定。车钩压缩强度400 kN，拉伸强度 400 kN，水平摆±45°，垂向摆角±10°。
4 车辆电气主要部件
4.1 牵引及主电路部分
牵引及主电路框图如图7所示， 受电器与3组并联的储能电源可以实现对超级电容的充放电，3个并联的超级电容同时也增强了电源系统的冗余性。 与超
级电容相连的高压线缆为高压母线，3套牵引系统通过一个HSCB挂接在高压母线上， 经过牵引逆变器变频变压后向牵引电机提供电源， 驱动列车牵引/制动。同时辅助系统和客室空调系统直接连接高压母线，其输入端都采用熔断器进行保护。 电源系统、牵引系统、辅助系统及客室空调系统负极直接与接地装置相连接。主要部件包括受电器、避雷器、超级电容、牵引逆变器、制动电阻、电机。
1）牵引工况。
牵引工作模式下， 并联的超级电容通过高速断路器接至Mc1模块、M模块和Mc2模块的牵引逆变器，每台牵引逆变器将DC500～900V的电压逆变为三相变频变压电源驱动本车的两台交流电机。 同时辅助逆变器、 充电机和客室空调系统也从并联的超级电容取电。 另外，在受电器的接线端子上连有避雷器，对主电路过电压保护。 在应急情况下牵引系统可工作至*低电压420V。
2）电制动工况。
电制动时，交流电机运行在发电机工况，牵引逆变器将交流电机的电压反馈回超级电容系统， 对超级电容进行充电。当制动能量不能全部被超级电容吸收时，牵引逆变器将开启电阻制动， 把剩余的制动能量消耗在制动电阻上。
3）充放电工况。
当车辆在站台区域停车进行上下客时， 受电器与地面充电轨相接触， 地面充电站将根据充电轨反馈的电压值信息启动向超级电容充电， 充电将在小于30s
内完成，司机可通过观察HMI上超级电容的电量显示确认，当确认车辆完成充电后，司机可牵引车辆继续行驶。
当车辆需要进行放电操作时， 司机可将车辆运行至放电站区域， 受电器将通过放电轨对超级电容进行放电，放电完毕后须将电容的正负极短接，以确保检修人员安全。
4.2 受电器
车辆顶部安装有一套受电系统， 整个充电过程中无需司机进行升降弓操作，当车辆进站时，受流装置自动与供电轨接触，可缩短停车充电时间约10s。利用车辆进站时乘客上下车时间进行电能补充， 整车充电时间不大于30s。特殊情况下可以进行人工升降操作， 在客室内部操作手摇杆，通过软轴连接器带动受电器升降，在升降过程中可同时在HMI及升降指示灯显示受电器的状态。
4.3 储能电源
储能电源采用大功率动力超级电容串并联构成，超级电容通过2并8串构成储能模组， 储能模组通过43 个串联形成储能电源，储能电源通过3套并联实现
整车供电。 超级电容的能量密度大于8Wh/kg，充放电寿命达100万次。 车辆*大充电电流1800A。 车辆制动优先采用再生制动， 储能电源可以吸收再生制动电能，制动能量回馈率不小于85%。
4.4 网络控制系统（见图8）
网络控制系统采用了列车级总线和车辆级总线的双级网络，均采用通信线路双通道冗余设计，当某一路通信线路出现故障时， 系统可以自动切换到另一路通信线路。 其中CAN总线针对信号系统、PIS系统、车门系统、储能电源能源管理系统、空调系统等进行控制和管理，并实现列车级的故障诊断和监视。 MVB总线针对牵引系统、辅助系统和制动系统进行控制和管理，并实现MVB网络层的故障诊断， 同时上传至CANopen网络进行监视，提高了车辆网络控制的安全性。
4.5 乘客信息系统
乘客信息系统是一个集成了列车广播、 对讲、LED信息显示、LCD多媒体播放显示、 视频监控系统和无线局域网的综合平台。列车在Mc1车司机室内安装有一台广播主机，在Mc2车司机室安装一台媒体主机和车载播放控制器，控制整列车的乘客信息系统的运行。主要控制器和辅助设备设计为插入式的板卡模块，集成于3U19 英寸标准车载防磁机箱中，均采用集成化、模块化设计。
4.6 照明
客室照明使用节能环保的LED平面照明灯具，充分考虑故障条件下灯光照明的均匀性。客室照明驱动电源设有专门的紧急照明信号接口，当意外造成车内动力供电中断或低压电源故障时，或司机在司机室手动将客室照度调节到暗档位时，紧急照明信号将由正常的高电平自动切换为低电平，客室照明系统将由正常照明模式自动切换为紧急照明模式， 驱动电源各自接收到一个低电平紧急照明启动信号，自动降低输出功率至原来的1/3左右，从而使车内所有灯具照度降低到紧急照明要求的照度， 以节约车内蓄电池电力消耗。 集中驱动电源下的紧急照明能够给客室提供均匀的照度。每个司机室安装一个天花板顶棚灯与阅读灯，驾驶台所有可读信息（仪器仪表）带有LED夜光显示。
5 结束语
本文介绍的中国南车株机公司自主研制的储能式现代有轨电车， 开创了全球超级电容作为动力源的100%低地板有轨电车的先河，为我国储能式轨道交通
产品的研究和发展奠定了基础，积累了宝贵的经验。目前车辆已经正式上线运营， 各项性能指标满足合同要求，其中运营能耗低于3kWh/车公里，较有网运营降低30%以上。
