多相整流受电弓简介

作者介绍

贾凤斌，毕业于四川大学计算机专业，网络工程师（软件），熟悉计算机、电子电器、电机、电动车、新能源等技术，在熟悉的技术领域有所创见，较深入研究了新型充电器、电动车充电技术和网络异步交易系统。

一、技术源起

据相关资料显示，中国车市销量在2018年暴跌5.8%，但是新能源电动车销量却突破百万大关，同比增长88.5%，这预示着新能源电动车的时代已经来临。尽管如此，电动汽车仅在南方销售火爆，北方市场却悄无声息，其根本原因是动力电池在北方低温环境下性能低下，车主即便是不使用空调制热，也直接影响到其续航里程。以蔚来ES8为例，其冬天续航里程将缩减到150公里左右，这不要说长途自驾出行，就是城市代步都有困难。所以，目前制约新能源电动车发展的技术难点和技术痛点就是：现有充供电技术不足以支承电动车长距离行驶需求。这个问题必须尽快解决，因为国际国内将于2025年-2030年间逐步停止生产销售传统能源汽车，代之以新能源汽车。

（国内典型电动车在冬季续航能力实测对比图）

二、多接触线多相整流交错换向式受电弓是解决电动车长距离行驶需求最有效手段

为解决电动车充供电技术及续航问题，研发人员和企业更倾向于使用在电气化铁路广泛应用的“受电弓-接触网”技术，但是现有无轨电动车“受电弓-接触网”技术尚无法解决在双接触线条件下，受电弓可靠对线入网问题。所以，制约无轨电动车“受电弓-接触网”技术发展的瓶颈是：由于无轨电动车没有固定路权，在没有地面钢轨“导向和配合供电”的前提下，行驶路线容易受到驾驶员技术水平限制，以及受到路面各种随机性障碍影响，从而导致电动车行驶方向可能随时大幅度偏离接触线安装方向，同时现有受电弓的导电滑板在跟踪两根或两根以上接触线还存在技术障碍，这就容易引发导线短路事故。因此，我们就集中力量设计了多接触线多相整流交错换向式受电弓（以下简称：多相整流受电弓），最终解决了电动车移动充供电问题。多接触线多相整流交错换向式受电弓是：新能源电动车核心技术的关键一招，是新能源电动车产业兴旺前的临门一脚。多相整流受电弓技术旨在通过交错换向式受电滑板与多相整流器的换向和整流作用，以及每个交错换向式受电滑板1单独连接一组整流器件的技术方案，利用整流器件和绝缘件3的隔离作用，迫使接触线6传输的电流被分离到直流母线2正负极线路上，实现电动车可在行驶工况和驻车工况下正常充供电。

多接触线多相整流交错换向式受电弓的受电弓头结构示意图

近距耦合斜槽式多接触线多相整流交错换向式受电弓模型

九相双线式多相整流受电弓模型在剧烈运动中从双接触线可靠充供电这种应用电力电子技术进行整流换向的新型“受电弓-接触网”技术，保证受电弓能够即时跟踪多条接触线，充电窗口宽，电流换向无冲击，机械特性好、强度更高，同时制造方便、成本低，便于系统集成、系统维护和大规模安装使用。电动车应用多相整流受电弓技术，即便车主快速变道，或快速切入切出双线接触网，也不会引起短路事故。

三、项目背景

为解决电动车充供电技术及续航问题，技术研发人员已经采取一系列措施来提高电动车性能，但是效果都不好，因此研发人员备受用户和企业的责难。1、有轨电动车方案，这个方案既需要“路权”，基建成本又太高，缺乏灵活性，无法长距离行驶，社会接受度低，除大城市外，其市场占有率始终不高，是小众方案。

实验中的蓉新二号

老式的有轨电动车2、集电杆-平行双接触线方案，这个曾经是电动车最主要的供电方案，但他使用较原始的机电设备，线路复杂，应用“U型”集电靴刚性连接接触线，集电杆对线入网困难，超车、变道困难，极不可靠，事故率极高，现已经基本退出市场。

3、大容量动力电池和快速充电方案，这个方案看似美妙，其实制造成本和运营成本太大，难于普及。大容量动力电池虽然有利于提高续航力，但是价格特高，占车辆价格50%左右；快速充电设备虽然充电功率大、充电速度快，但是成本高、危险性极大。大容量动力电池和快速充电方案的后期维护成本太大，由于电池容量大、充电功率高，这类电动车不仅多次出现爆燃事故，也无法实现省际间长距离行驶，在没有足够的国家政策性补贴后，将被边缘化。

4、道路无线充电方案，这个方案仅在小范围试点，由于基建成本太高，电力传输效率和传输功率太低，也只能在小范围和特定场合使用，是小众方案中的小众产品。

5、快速换电池方案，这个方案是应用时间最这久远，已经有100多年历史，但是始终不成熟。快速换电池方案看似精彩，由于经常性更换电池，导致动力电池维护的成本极高，不适合大范围应用。当用户数量足够多，所需物流成本极高。如果大量用户集中换电池所引发的时间等待将是不可容忍的，因此快速换电池方案只能是电动车移动充供电方式的一种补充措施。

6、“受电弓-接触网”移动式充电方案，即电动车在线充电（行驶中充电），其典型应用就是：站区充电式无轨电动车方案，这个方案是最具前景的解决方案。从长期实践看，应用于有轨电车并逐步走向成熟的“受电弓-接触网”技术，才是推动电动车发展的重要技术演进方向：一是不用建设大型充电站，从而节省了土地资源、地面充电设备及充电站后勤保障等费用; 二是电池采用浅充浅放模式，大大延长了电池的使用寿命;三是车载电池数量少，可以降低一次性购买电池成本和后期电池运行成本，提高车辆的运营效率和节能效果；四是通过共享接入无轨电车线网，资源利用率极高，凡符合技术规范的无轨电车均可共用线网资源行驶。为此，人们研发并部署了多种站区充电式无轨电车系统及新型受电弓，比如：上海交通大学研制的站区充电式无轨电车系统和新型SWJ-21型双线受电式无轨电车集电弓，中车株洲所研制成功全新的智能轨道快运列车（智轨），但是这些使用传统机电技术的受电弓还存在充电窗口窄、通用性差、适用范围窄、安全性不高的缺点，仍未获得决定性成果。

站区充电式无轨电车系统

SWJ-21型双线受电式无轨电车集电弓

智能轨道快运列车（智轨）值得注意的是：国外也正投入巨量财力和人力改进“受电弓-接触网”充供电技术，比如瑞典政府和西门子公司等相关高科技企业，已花费数年时间共同开发了一种利用高架线给电动卡车供电的新技术，这种运输系统的能源消耗是普通卡车运输的一半左右，非常值得期待。但是，这种技术尽管使用了高成本的光电设备和计算机智能控制系统，其受电弓仍然对线困难，可靠性还有待进一步提高，尚处实验状况。

西门子公司在瑞典实验利用高架线给电动卡车供电因此，改进并完善现有无轨电动车“受电弓-接触网”技术是非常有必要的。这个时候，多相整流受电弓技术就应时而生。多相整流受电弓不仅能解决胶轮电动车充供电问题，应用于有轨电车（电气化铁路）还可实现三相工频交流电直接为电车供电，其中三相工频交流电的AB两相为架空接触网供电，C相由铁轨供电，从而大幅度降低供电成本。

1.5米17相整流受电弓全尺寸样品

四、项目实施计划

第一步：基于多相整流受电弓技术可首先应用于的双源纯电动公交车，可简化计费系统，并建成“共享充供电接触线网络”示范线。双源纯电动公交车已经在全国大面积普及，最明显的例子就是深圳，深圳作为世界上新能源汽车最多的城市，目前已经实现了公交车几乎100%电动化，出租车90%电动化，网约车、物流车电动化比例也很高。在深圳的街头行走，或在公交车站等车，已经闻不到浓烈的汽车尾气。预计到2025年我国的公交车都将过渡为新能源电动公交车。目前，电动公交车的电池续航能力和行驶距离仍然很短（因电池续航能力不达标，我国出口至美国的某型纯电动车曾被迫退返回国），特别是天气较冷或较热的情况下，其电量存储减少且消耗更快，行驶距离更短，空调不能正常使用，因此作为电动公交车的生产大国和装备大国，我们更需要解决电动公交车行驶距离过短的问题。随着政府对新能源电动车补贴的大幅减少，以及跨国车企巨头在华开启电动车元年，新能源电动车的变革时代即将来临，通过引入新的充供电技术并减小动力电池容量来降低整车成本和提高安全性，才是新能源电动车的发展趋势。所以，多相整流受电弓可首先用于解决双源纯电动公交车移动充供电问题，通过建立共享移动充供电网和固定充供电网，多接触线多相整流交错换向式受电弓可能够方便为电动车充供电，从而解决电动车实用化和大规模普及化的最后一米问题。电动车制造商和电力提供商将首先受益，伴随着销售量的剧增，以及大幅基建投入，将创造出巨量财富和巨量就业机会，当然终究受益的还是国家和人民，新能源电动车产业将创造出绿色节能性社会，还我们一片绿水青山。2019年是电动车普及的关键性年份，如果我国率先在全球建成一条示范“共享充供电接触线网络”，相关产业可迅速跟进，我国将在未来新能源利用领域占有重要地位，其意义特别重大。如果我国率先在全球建成一条基于多接触线多相整流交错换向式受电弓技术的“共享充供电接触线网络”示范线路，我国相关部门将通力合作形成一套完整技术规范和产业标准。21世纪的地区和企业要想形成竞争优势，其关键在于制订行业标准，我们要建成IBM、微软、英特尔、高通那样的行业优势企业，通过后发技术优势和标准制订，从而占领产业高端位置，促进国民就业和国家富强。如果我国率先在全球建成一条基于多接触线多相整流交错换向式受电弓技术的“共享充供电接触线网络”示范线路，电力企业和新能源电动车企业将锻造一批技术精英和产业工人，并引爆新的电力投资渠道。截至2018年底，我国发电总装机容量约18.99亿千瓦，全国全口径发电量6.99万亿千瓦时，汽车保有量直逼2.4亿辆（每辆车功率平均50千瓦）。预计到新能源电动车崛起之时，假设2.4亿辆汽车中仅有十分之一处于充供电状况，其功率也将高达2.4×50÷0.1=12亿千瓦，到那时我国发电总装机容量将会剧增。所以，电力和企业和新能源电动车企业将是最大的新能源电动车受益者，将带来巨量的就业机会。

为了实施基于多相整流受电弓技术的“共享充供电接触线网络”示范线路，我们还需作如下任务分工：

1、多相整流受电弓设计者需进一步优化设计方案，并进行本地化适应：一是改良并优化设计站区式共享充供电接触线网、区段式共享充供电接触线网络（行驶供电，解决续航问题和长距离行驶问题）和驻车共享充供电接触线网络（停车充电，简化充电设施，除架空线方式充电，还可以将多相整流受电弓安装在车头或车尾进行碰触式充电，从而实现低成本共享充电），二是渐进式设计具有通用性的、全域性特点的共享充供电接触线网络，三是提出标准化的多相整流受电弓和接触线的设计方案。

2、电力提供商负责建造共享充供电接触线网络，并优化相关标准化方案。

3、无轨电动公交车提供商适配定型多多相整流受电弓和相关电力电气设备。

4、公交公司负责运营相关电动车，总结并提出规范化操作流程和操作手册。

5、政府（交通运输部门、城建部门、资源部门、财政部门等相关部门），协调相关部门共同推进示范“共享充供电接触线网络”建设工程。第二步：机关事业单位普通公务用车辆紧随跟进。机关事业单位普通公务用车的用户具有高信用度的优势，可作为电动车移动共享充供电的优先推广范例。当共享充供电网络大规模部署后，计费系统可靠性将通过机关事业单位普通公务用电动车来检验和推广。

第三步：诚信度高的本地出租车开始普及。本地出租车的诚信度也非常高，通过本地出租车普及电动出租车，将给车主和乘客带来较大的效益。

第四步：大型国有企业、上市企业自用车辆开始普及。大型国有企业、上市企业注重效益，当他们都自愿使用电动车和共享充供电网络时，其示范效果将延伸至众多诚信度较的私营企业中。

第五步：逐步推广至长途运输车辆和家用车辆。由于多相整流受电弓和“共享充供电接触线网络”的大规模应用，电动车的成本和销售价格将逐步下降，商品竞争力大幅提高，也许不用到2030年，随着新技术和能源利用水平的大幅度提高，世界将提前普及电动车。到那时，电力生产和投资将出现大幅度提高，电动车商和动力电池厂商将首先受益，然后是电力企业和银行将大受其益，国家和人民也将生活在更加环保生态的青山绿水中。到那时，也许在能源升级过渡过程中会出现短期油价下滑，但是随着人们对美好生活的向往和对石化产品更大幅度的需求，油价仍然将稳步提高（当然产量也许会下降），所以油气供应商也会受益（他们将不再阻挡新能源技术的广泛应用）。