纯钛酸NEC锂电池的短编组城轨教学车辆设计

摘  要：为满意高校的实践教育需求，并契合校园的场所约束，自主研制的由纯钛酸锂电池牵引，20 km/h 速度等级轻量化铝合金城轨车辆，无需别的铺设路旁线网或第三轨，车辆首要用于高校教育需求。文章介绍了车辆的总计技术功用，纯钛酸锂电池作为动力包体系，习惯短编组的设备设备规划、轻量化内装、铝合金车体、动力体系、列车操控体系等部件的根本特点。

关键词：短编组、动力电池、轻量化、教育车辆

1  概述

纯钛酸锂电池牵引的短编组教育车辆是中车株洲电力机车有限公司自主研制出产的首要针对学员训练、检修、保护的城轨教育车辆，车辆的规划服务于高等院校的城轨车辆实践教育。车辆需满意高校实践线路的空间、供电、教育要求。该项目车辆的技术亮点如下[1]：

1）车辆选用纯钛酸锂电池牵引，不需架设接触网或铺设第三轨；

2）选用全新开发规划的动力电池加主辅一体计划，可满意短编组设备安置的空间要求；

3）满意高校实践的线路条件、限界、充电、检修保护及信号接口要求；

4）列车选用2 节短编组，1动1拖，最高运转速度20 km/h；

5）车辆选用双司机室规划，客室顶部设置客室空调，司机室顶部设置通风单元，确保了教育期间教员和学生的教育舒适性。

本项目车辆是自主研制的用于高校教育的城市轨道交通车辆，经过在校园现场的实地调研及屡次技术讨论，全新规划的由纯钛酸锂电池供给动力的城轨教育车辆。

2  车辆的整体技术功用

2.1  车辆型式及列车编组

车辆型式：

列车编组方法：=Tc-Mpc+，其间“=”为全自动车钩，“-”半永久牵引杆，“+”为半自动车钩，Tc车为带司机室的拖车，Mpc为装备受电弓、集电靴、带司机室的动车，动拖比1：1

2.2 车辆首要尺度

车辆的首要规划尺度如表1所示。

表1 车辆主尺度

列车长/mm	40,484
车辆宽度/mm	2,800
车辆高度/mm	3,830
地板面高度/mm	1,130
车辆定距/mm	12,600
车辆轴距/mm	2,300
车钩高度/mm	720
客室车门中心距/mm	4,560
相邻车客室车门中心距/mm	6,300
门净开宽度/mm	1,400
门净开高度/mm	1,880
贯通道长度/mm	920
贯通道经过宽度/mm	1,300
贯通道经过高度/mm	1,900

2.3 车辆载客才能及车辆重量

教育车辆的最大载客才能如表2所示，可满意两个以上班级学生的教育需求。

表2 各种工况下的载客

载客状况	TC车	MPC车
座席	36	36
AW2（6人/㎡）	230	230
AW3（9人/㎡）	327	327

载客量核算结果依照《城市轨道交通工程项目建造规范（建标104-2008）》核算，其间客室长座椅按人均占有长度420～450mm核算（规划攻略），座椅横截面宽度（座椅+放脚空间）规则的0.7m核算。车辆的最大轴重重量14t。

2.4 车辆的首要技术指标

1）列车运转速度。

车辆最高运转速度为20 km/h，规划结构速度30 km/h。

2）列车牵引加速度。

列车在平直枯燥轨道上，额外电压时，列车启动加速度≥0.5m/s2（0-20km/h）。

3）列车制动减速度。

列车在平直枯燥轨道上，额外电压时，列车常用制动减速度≥1.0m/s2（20-0km/h）

空气制动选用轴盘制动，选用架控的方法，相对车控提高了冗余才能，列车的最大紧迫制动≥1.2m/s2;

2.5 习惯短编组的设备设备计划

受高校线路制约，车辆为短编组双司机室的车辆规划，为满意牵引、辅佐、制动等规划的设备，对车辆底架设备安置计划进行了集成优化，详见图2车辆底架设备安置设备图。   

 

3  车辆各首要体系及首要部件

3.1 车体及车钩设备

车体选用轻量化整体承载全焊接结构。用于车体的揉捏型材的资料为6000系铝合金，结构部件的揉捏件大多选用EN AW 6005A，在需加强的部位选用EN AW 6082。依据强度需求，低应力水平的非结构部件选用EN AW 5083板材,中高应力水平的非结构部件选用EN AW 6082板材，车体严格依照EN15085规范相关要求进行焊接的规划、出产。

为满意教育多样化的需求，列车装备全自动车钩、半自动车钩、半永久牵引杆。

3.2 内装体系

客室天花板高度2100mm，客室内部供乘客站立区域的最小高度为1900mm。

客室座椅沿纵向安置，每节车安置6个长座椅，椅面选用不锈钢资料，座椅骨架选用铝合金结构。

地板选用铝蜂窝地板结构。在车体底架上铺设弹性减振垫，地板铺设在减振垫上。地板布选用横向粘接设备，选用2.5mmPVC原料，直接粘接在地板上的设备方法，周边设有边际挡板，可避免清洗时水浸入到地板布下面。

客室的照明设备为纵向安置的2条LED灯带，一起考虑到环保需求，车辆装备自动调光功用，每节车装备1台调光操控器和2台感光器。

3.3 车门

客室选用双开式电动塞拉门，每节客室设置4对双开电动内藏门，门扇进行轻量化规划，内部镂空，一起对简单夹手的缝隙进行了胶条补充，保护了学员的教育安全。一起客室的门窗玻璃选用防涂鸦薄膜保护，避免被成心涂鸦损坏。

考虑到车辆紧迫情况下需求蓄电池供电，蓄电池供电时车门具有顺序开/关门功用。

车内选用下拉式手柄形式紧迫解锁组织，可在教育过程中模仿紧迫情况下解锁对应的客室侧门的操作，如图3所示。

在列车两头司机室的两边均设置司机室侧门，选用手动折页门结构，可方便教员和学员的进出。

3.4 空调及通风体系

车辆空调及通风体系将为司机室和客室供给冷风和新鲜空气，以提高教育环境的舒适性。

空调机组为顶置单元式，下送下回的送回风型式。两台空调机组均选用制冷量为37kW的变频单冷空调机组，送风量为4250m³/h，其间新风量1300m³/h，依据制冷负荷能完成整车通风、制冷调理。

本项目司机室设备有通风单元，能确保司机室通风需求。

为满意特别的教育需求，每节车的车顶安置1个自动废排设备。

3.5 转向架

本项目整列车配有4个转向架，分为2个动力转向架和2个非动力转向架。动力转向架和非动力转向架主体结构根本相同，首要部件有构架、轮对、一系悬挂（钢绷簧）、二系悬挂（空气簧）、高度调理设备、制动夹钳等设备、电机和齿轮箱传动设备（仅动力转向架）等。

3.6 牵引体系

列车牵引体系选用主辅一体逆变器和鼠笼异步牵引电组织成的沟通电传动体系。每列车装备1 台主辅一体逆变器，选用架控方法，一起为4 台沟通异步牵引电机供电，列车主电路见图4。

牵引才能满意：

（1）运转速度：20km/h

（2）加速度：最大加速度0.5m/s²

（3）减速度：最大减速度1.0m/s²

3.7 动力电池体系

依照高校的实践线路条件进行牵引仿真核算，动力蓄电池的整车装备电量为76.14kWh，在TC车设备1个钛酸锂电池，成组方法为2P18S，电池模组首要由电芯串并联构成容量更大、电压更高的电池组，集成有散热部件、单体电压检测、模组温度检测等[2]，电路拓扑图见图5所示，一起车辆操控体系选用DC110V电源，沟通电源选用AC380V。在TC车设备1个蓄电池箱为辅佐体系供电，蓄电池选用镉镍碱性蓄电池组。

3.8 制动体系

列车装备一套制动体系：电空制动体系（EP制动），电空制动体系为模仿式制动体系。制动力由基础制动单元施加，每个轴设有两个轴盘制动单元。轴盘制动单元能自动（常用制动）或被动（停放制动）的施加空气制动。

制动体系具有空气制动形式。制动才能见表3。

表3 制动形式

制动方法→ 操作形式↓	电制动	空气制动	均匀减速度（m/s2） （20km/h--0km/h）
常用制动（20km/h-0）	--	√	≥1.0
快速制动（20km/h-0）	--	√	≥1.12
紧迫制动（20km/h-0）	--	√	≥1.2
停放制动	--	√**	--

注：√:自动激活；√**绷簧施加，空气缓解。

3.9 列车播送和乘客信息体系

乘客信息及视频监控体系为列车供给语音通信与语音播送，可模仿供给教育期间的一切语音信息。该体系包含以下子部件：列车播送体系（由司机室操控主机、播送操控盒、客室功放、乘客紧迫通话器等设备组成），电子地图体系（LCD显示器等设备组成），客室端部LCD信息显示体系。

PIS体系具有冗余以太网和语音总线两级总线网络，车辆级冗余以太网选用以太网保护网。正常情况下，经过以太网列车线完成列车内部播送、对讲等语音信号的传输及整个播送体系操控信号的传输，在以太网网络故障的情况下，可以经过音频总线完成人工播送功用。在每个司机室PIS体系经过司机室操控主机接入MVB网络。

3.10 列车操控体系

TCMS选用分布式操控技术车辆操控级总线选用EMD电器中距离介质的MVB多功用车辆总线。中继模块REPs作为车辆级总线的网关，完成车辆级总线的数据转发功用。

依照不同的功用与硬件装备分为两种车型：带司机室的拖车Tc车和动车Mpc车。TCMS体系详细拓扑见图6。

4 结束语

纯钛酸锂电池的短编组城轨教育车辆项目是依照高校实践教育要求，并依据高校内实践教育线路条件，定制化研制的用于学生教育的城轨车辆。该项目因为场所受限，无法架设接触网和第三轨，车辆选用两编组，主辅一体和纯钛酸锂电池作为牵引动力，选用科学合理设备安置设备方法，车辆已完成落车及相关调试工作，为后期其他类型教育车辆的研制供给了成功模范。