编者按：日本一直致力于开发由电池提供能源的牵引系统来降低铁道车辆能耗与其对环境的影响，自2001年起，东日本铁路公司与日本日立公司就达成合作，共同研究非电气化区段运行车辆技术。后来，日立研发了将柴油发电机与电池结合在一起的混合牵引系统，铁路电池技术主要包括高功率密度电池模块与高能量密度电池模块。

为了降低铁道车辆能耗及对环境的影响，日本一直致力于开发由电池提供能源的牵引系统。

2001年，日本日立公司与东日本铁路公司合作，研究在非电气化区段运行车辆技术。

日立研发的混合牵引系统，将柴油发电机与电池结合在一起，于2007年投入商业运行，命名为KiHa E200。

除了与东日本铁路公司合作，日立还与日本九州铁路公司合作开展过，只对依靠电池在非电气化区段运行技术的研究，且研发出了通过接触网交流电(AC)为电池充电，由电池中存储的电能牵引列车，在非电气化区段运行。

日立研究的铁路电池技术主要包括两种特性的电池模块，分别是高功率密度电池模块与高能量密度电池模块。

高功率密度电池模块是为混合动力车辆开发的，采用体积小、结构紧凑的模块设计，适合车载，每列混合动力列车共装备16个电池模块，回收再生能量。

高能量密度电池模块存储能量大，可保证恒定的充电/放电输出性能。每列电池供电列车中有两辆车接触网充电，列车共装备216个电池模块，以保证稳定的列车运行距离。

一

快速充电和放电的高功率密度电池，是回收制动再生能量的关键，同时也是实现系统怠速停车与启动性能的关键。

对于要求配备发电机输出的设备，如燃料电池系统，另一个方法是配置动力系统，以控制发电机的输出功率，依靠高能量密度电池提供动力。

2011年，日立与九州铁路首次共同开发试验了列车后，列车装备了上述提到的动力系统，并于2016年10月投入运行。这是日本第一列通过AC接触网充电的电池供电列车。

此列车在几十公里长的地方线路多个区段上运行，由此证明，该系列车可以在没有接触网的条件下连续运行，具备高能量密度电池性能，在全球相同条件线路上有着广泛的应用前景。

2006年以来，日立一直致力于城市列车再生能量回收系统的研发。列车使用的牵引系统利用高功率密度电池的快速充电/放电性能，在非电气化区段实现再生能量回收，提供接触网能量缓冲功能。

为了给车辆提供高容量电池供电系统，日立与日本九州铁路公司合作，共同开发了一种电池供电列车，通过AC接触网为电池充电，使列车能够在电气化区段与非电气化区段之间运行。

此列车不需要发动机，与传统的柴油车相比，其牵引系统不仅能耗低、维修少，噪声也小，提高了旅客的乘坐舒适度，还改善了周边居民的生活环境。

主电路装备有动力电池及辅助电源，与主变流器的中间直流环节连接。当列车低速通过电气化区段中性段时，由于接触网瞬间电源中断，传统的AC列车可能需要关闭辅助设备。


电池供电系统可通过电池获取电能，驱动辅助电源，从而保证辅助设备的不间断工作。

考虑到车辆的正常运行，使用从接触网获取的电能实施在电气化区段的加速，与传统的AC列车相同。

蓄电池由电制动产生的再生能量充电，当列车滑行或静止时，由接触网提供充电能量，如图2。


电池在电气化区段充电得到的电能，可以为列车在非电气化区段供电。

二

高能量密度电池模块由串联在一起的72节电池组成，储能约为120kW·h，共使用三组，总电量为360kW·h。

使用大容量电池，可保证列车在不充电的情况下，在非电气化区段运行30km及以上。

锂离子电池通常在低温环境下会出现内部电阻的升高，输出性能也会相应下降。而这种系统使用的电池模块，在-20℃的条件下，极大地减少了输出性能的下降。

可以对不同类型的混合动力列车运行状态进行比较，如图3。


对于快运服务，HB-E210系列车的平均停站间距与既有混合动力列车KiHa E200相似。对于特快运输，HB-E210系列车的平均停站间距与HB-E300相似。

但HB-E210额定速度较高，为保证设备出现故障时加减速的高性能，系统冗余非常重要。普通的混合动力列车为保证冗余，配备了两套动力电池。

HB-E210系列车通过增加应急储能电池，提高了冗余性，当动力电池不可用时，由应急储能电池启动发动机，HB-E210以电力机车模式运行。

传统的变流器驱动启动系统是利用动力电池的电能带动发电机，HB-E210系列车使用内燃电动车组系统连续工作，而不使用动力电池。


除动力电池外，HB-E210系列车系统还装备了应急储能电池，仅用来启动发电机，当动力电池不可用时，实施启动和发电控制。

应急电池使用的模块与动力电池相同，可以互换。电池模块将两组电池串联（额定电量：340 V，1．9 kW·h），提供启动发动机所需电能。



原标题：日本铁路电池供电牵引系统特性