作者介紹

賈鳳斌，畢業(yè)于四川大學計算機專業(yè)，網(wǎng)絡工程師（軟件），熟悉計算機、電子電器、電機、電動車、新能源等技術，在熟悉的技術領域有所創(chuàng)見，較深入研究了新型充電器、電動車充電技術和網(wǎng)絡異步交易系統(tǒng)。

一、技術源起

據(jù)相關資料顯示，中國車市銷量在2018年暴跌5.8%，但是新能源電動車銷量卻突破百萬大關，同比增長88.5%，這預示著新能源電動車的時代已經(jīng)來臨。盡管如此，電動汽車僅在南方銷售火爆，北方市場卻悄無聲息，其根本原因是動力電池在北方低溫環(huán)境下性能低下，車主即便是不使用空調(diào)制熱，也直接影響到其續(xù)航里程。以蔚來ES8為例，其冬天續(xù)航里程將縮減到150公里左右，這不要說長途自駕出行，就是城市代步都有困難。所以，目前制約新能源電動車發(fā)展的技術難點和技術痛點就是：現(xiàn)有充供電技術不足以支承電動車長距離行駛需求。這個問題必須盡快解決，因為國際國內(nèi)將于2025年-2030年間逐步停止生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)能源汽車，代之以新能源汽車。

（國內(nèi)典型電動車在冬季續(xù)航能力實測對比圖）

二、多接觸線多相整流交錯換向式受電弓是解決電動車長距離行駛需求最有效手段

為解決電動車充供電技術及續(xù)航問題，研發(fā)人員和企業(yè)更傾向于使用在電氣化鐵路廣泛應用的“受電弓-接觸網(wǎng)”技術，但是現(xiàn)有無軌電動車“受電弓-接觸網(wǎng)”技術尚無法解決在雙接觸線條件下，受電弓可靠對線入網(wǎng)問題。所以，制約無軌電動車“受電弓-接觸網(wǎng)”技術發(fā)展的瓶頸是：由于無軌電動車沒有固定路權，在沒有地面鋼軌“導向和配合供電”的前提下，行駛路線容易受到駕駛員技術水平限制，以及受到路面各種隨機性障礙影響，從而導致電動車行駛方向可能隨時大幅度偏離接觸線安裝方向，同時現(xiàn)有受電弓的導電滑板在跟蹤兩根或兩根以上接觸線還存在技術障礙，這就容易引發(fā)導線短路事故。因此，我們就集中力量設計了多接觸線多相整流交錯換向式受電弓（以下簡稱：多相整流受電弓），最終解決了電動車移動充供電問題。多接觸線多相整流交錯換向式受電弓是：新能源電動車核心技術的關鍵一招，是新能源電動車產(chǎn)業(yè)興旺前的臨門一腳。多相整流受電弓技術旨在通過交錯換向式受電滑板與多相整流器的換向和整流作用，以及每個交錯換向式受電滑板1單獨連接一組整流器件的技術方案，利用整流器件和絕緣件3的隔離作用，迫使接觸線6傳輸?shù)碾娏鞅环蛛x到直流母線2正負極線路上，實現(xiàn)電動車可在行駛工況和駐車工況下正常充供電。

多接觸線多相整流交錯換向式受電弓的受電弓頭結構示意圖

近距耦合斜槽式多接觸線多相整流交錯換向式受電弓模型

九相雙線式多相整流受電弓模型在劇烈運動中從雙接觸線可靠充供電這種應用電力電子技術進行整流換向的新型“受電弓-接觸網(wǎng)”技術，保證受電弓能夠即時跟蹤多條接觸線，充電窗口寬，電流換向無沖擊，機械特性好、強度更高，同時制造方便、成本低，便于系統(tǒng)集成、系統(tǒng)維護和大規(guī)模安裝使用。電動車應用多相整流受電弓技術，即便車主快速變道，或快速切入切出雙線接觸網(wǎng)，也不會引起短路事故。

三、項目背景

為解決電動車充供電技術及續(xù)航問題，技術研發(fā)人員已經(jīng)采取一系列措施來提高電動車性能，但是效果都不好，因此研發(fā)人員備受用戶和企業(yè)的責難。1、有軌電動車方案，這個方案既需要“路權”，基建成本又太高，缺乏靈活性，無法長距離行駛，社會接受度低，除大城市外，其市場占有率始終不高，是小眾方案。

實驗中的蓉新二號

老式的有軌電動車2、集電桿-平行雙接觸線方案，這個曾經(jīng)是電動車最主要的供電方案，但他使用較原始的機電設備，線路復雜，應用“U型”集電靴剛性連接接觸線，集電桿對線入網(wǎng)困難，超車、變道困難，極不可靠，事故率極高，現(xiàn)已經(jīng)基本退出市場。

3、大容量動力電池和快速充電方案，這個方案看似美妙，其實制造成本和運營成本太大，難于普及。大容量動力電池雖然有利于提高續(xù)航力，但是價格特高，占車輛價格50%左右；快速充電設備雖然充電功率大、充電速度快，但是成本高、危險性極大。大容量動力電池和快速充電方案的后期維護成本太大，由于電池容量大、充電功率高，這類電動車不僅多次出現(xiàn)爆燃事故，也無法實現(xiàn)省際間長距離行駛，在沒有足夠的國家政策性補貼后，將被邊緣化。

4、道路無線充電方案，這個方案僅在小范圍試點，由于基建成本太高，電力傳輸效率和傳輸功率太低，也只能在小范圍和特定場合使用，是小眾方案中的小眾產(chǎn)品。

5、快速換電池方案，這個方案是應用時間最這久遠，已經(jīng)有100多年歷史，但是始終不成熟。快速換電池方案看似精彩，由于經(jīng)常性更換電池，導致動力電池維護的成本極高，不適合大范圍應用。當用戶數(shù)量足夠多，所需物流成本極高。如果大量用戶集中換電池所引發(fā)的時間等待將是不可容忍的，因此快速換電池方案只能是電動車移動充供電方式的一種補充措施。

6、“受電弓-接觸網(wǎng)”移動式充電方案，即電動車在線充電（行駛中充電），其典型應用就是：站區(qū)充電式無軌電動車方案，這個方案是最具前景的解決方案。從長期實踐看，應用于有軌電車并逐步走向成熟的“受電弓-接觸網(wǎng)”技術，才是推動電動車發(fā)展的重要技術演進方向：一是不用建設大型充電站，從而節(jié)省了土地資源、地面充電設備及充電站后勤保障等費用; 二是電池采用淺充淺放模式，大大延長了電池的使用壽命;三是車載電池數(shù)量少，可以降低一次性購買電池成本和后期電池運行成本，提高車輛的運營效率和節(jié)能效果；四是通過共享接入無軌電車線網(wǎng)，資源利用率極高，凡符合技術規(guī)范的無軌電車均可共用線網(wǎng)資源行駛。為此，人們研發(fā)并部署了多種站區(qū)充電式無軌電車系統(tǒng)及新型受電弓，比如：上海交通大學研制的站區(qū)充電式無軌電車系統(tǒng)和新型SWJ-21型雙線受電式無軌電車集電弓，中車株洲所研制成功全新的智能軌道快運列車（智軌），但是這些使用傳統(tǒng)機電技術的受電弓還存在充電窗口窄、通用性差、適用范圍窄、安全性不高的缺點，仍未獲得決定性成果。

站區(qū)充電式無軌電車系統(tǒng)

SWJ-21型雙線受電式無軌電車集電弓

智能軌道快運列車（智軌）值得注意的是：國外也正投入巨量財力和人力改進“受電弓-接觸網(wǎng)”充供電技術，比如瑞典政府和西門子公司等相關高科技企業(yè)，已花費數(shù)年時間共同開發(fā)了一種利用高架線給電動卡車供電的新技術，這種運輸系統(tǒng)的能源消耗是普通卡車運輸?shù)囊话胱笥?，非常值得期待。但是，這種技術盡管使用了高成本的光電設備和計算機智能控制系統(tǒng)，其受電弓仍然對線困難，可靠性還有待進一步提高，尚處實驗狀況。

西門子公司在瑞典實驗利用高架線給電動卡車供電因此，改進并完善現(xiàn)有無軌電動車“受電弓-接觸網(wǎng)”技術是非常有必要的。這個時候，多相整流受電弓技術就應時而生。多相整流受電弓不僅能解決膠輪電動車充供電問題，應用于有軌電車（電氣化鐵路）還可實現(xiàn)三相工頻交流電直接為電車供電，其中三相工頻交流電的AB兩相為架空接觸網(wǎng)供電，C相由鐵軌供電，從而大幅度降低供電成本。

1.5米17相整流受電弓全尺寸樣品

四、項目實施計劃

第一步：基于多相整流受電弓技術可首先應用于的雙源純電動公交車，可簡化計費系統(tǒng)，并建成“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”示范線。雙源純電動公交車已經(jīng)在全國大面積普及，最明顯的例子就是深圳，深圳作為世界上新能源汽車最多的城市，目前已經(jīng)實現(xiàn)了公交車幾乎100%電動化，出租車90%電動化，網(wǎng)約車、物流車電動化比例也很高。在深圳的街頭行走，或在公交車站等車，已經(jīng)聞不到濃烈的汽車尾氣。預計到2025年我國的公交車都將過渡為新能源電動公交車。目前，電動公交車的電池續(xù)航能力和行駛距離仍然很短（因電池續(xù)航能力不達標，我國出口至美國的某型純電動車曾被迫退返回國），特別是天氣較冷或較熱的情況下，其電量存儲減少且消耗更快，行駛距離更短，空調(diào)不能正常使用，因此作為電動公交車的生產(chǎn)大國和裝備大國，我們更需要解決電動公交車行駛距離過短的問題。隨著政府對新能源電動車補貼的大幅減少，以及跨國車企巨頭在華開啟電動車元年，新能源電動車的變革時代即將來臨，通過引入新的充供電技術并減小動力電池容量來降低整車成本和提高安全性，才是新能源電動車的發(fā)展趨勢。所以，多相整流受電弓可首先用于解決雙源純電動公交車移動充供電問題，通過建立共享移動充供電網(wǎng)和固定充供電網(wǎng)，多接觸線多相整流交錯換向式受電弓可能夠方便為電動車充供電，從而解決電動車實用化和大規(guī)模普及化的最后一米問題。電動車制造商和電力提供商將首先受益，伴隨著銷售量的劇增，以及大幅基建投入，將創(chuàng)造出巨量財富和巨量就業(yè)機會，當然終究受益的還是國家和人民，新能源電動車產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造出綠色節(jié)能性社會，還我們一片綠水青山。2019年是電動車普及的關鍵性年份，如果我國率先在全球建成一條示范“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”，相關產(chǎn)業(yè)可迅速跟進，我國將在未來新能源利用領域占有重要地位，其意義特別重大。如果我國率先在全球建成一條基于多接觸線多相整流交錯換向式受電弓技術的“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”示范線路，我國相關部門將通力合作形成一套完整技術規(guī)范和產(chǎn)業(yè)標準。21世紀的地區(qū)和企業(yè)要想形成競爭優(yōu)勢，其關鍵在于制訂行業(yè)標準，我們要建成IBM、微軟、英特爾、高通那樣的行業(yè)優(yōu)勢企業(yè)，通過后發(fā)技術優(yōu)勢和標準制訂，從而占領產(chǎn)業(yè)高端位置，促進國民就業(yè)和國家富強。如果我國率先在全球建成一條基于多接觸線多相整流交錯換向式受電弓技術的“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”示范線路，電力企業(yè)和新能源電動車企業(yè)將鍛造一批技術精英和產(chǎn)業(yè)工人，并引爆新的電力投資渠道。截至2018年底，我國發(fā)電總裝機容量約18.99億千瓦，全國全口徑發(fā)電量6.99萬億千瓦時，汽車保有量直逼2.4億輛（每輛車功率平均50千瓦）。預計到新能源電動車崛起之時，假設2.4億輛汽車中僅有十分之一處于充供電狀況，其功率也將高達2.4×50÷0.1=12億千瓦，到那時我國發(fā)電總裝機容量將會劇增。所以，電力和企業(yè)和新能源電動車企業(yè)將是最大的新能源電動車受益者，將帶來巨量的就業(yè)機會。

為了實施基于多相整流受電弓技術的“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”示范線路，我們還需作如下任務分工：

1、多相整流受電弓設計者需進一步優(yōu)化設計方案，并進行本地化適應：一是改良并優(yōu)化設計站區(qū)式共享充供電接觸線網(wǎng)、區(qū)段式共享充供電接觸線網(wǎng)絡（行駛供電，解決續(xù)航問題和長距離行駛問題）和駐車共享充供電接觸線網(wǎng)絡（停車充電，簡化充電設施，除架空線方式充電，還可以將多相整流受電弓安裝在車頭或車尾進行碰觸式充電，從而實現(xiàn)低成本共享充電），二是漸進式設計具有通用性的、全域性特點的共享充供電接觸線網(wǎng)絡，三是提出標準化的多相整流受電弓和接觸線的設計方案。

2、電力提供商負責建造共享充供電接觸線網(wǎng)絡，并優(yōu)化相關標準化方案。

3、無軌電動公交車提供商適配定型多多相整流受電弓和相關電力電氣設備。

4、公交公司負責運營相關電動車，總結并提出規(guī)范化操作流程和操作手冊。

5、政府（交通運輸部門、城建部門、資源部門、財政部門等相關部門），協(xié)調(diào)相關部門共同推進示范“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”建設工程。第二步：機關事業(yè)單位普通公務用車輛緊隨跟進。機關事業(yè)單位普通公務用車的用戶具有高信用度的優(yōu)勢，可作為電動車移動共享充供電的優(yōu)先推廣范例。當共享充供電網(wǎng)絡大規(guī)模部署后，計費系統(tǒng)可靠性將通過機關事業(yè)單位普通公務用電動車來檢驗和推廣。

第三步：誠信度高的本地出租車開始普及。本地出租車的誠信度也非常高，通過本地出租車普及電動出租車，將給車主和乘客帶來較大的效益。

第四步：大型國有企業(yè)、上市企業(yè)自用車輛開始普及。大型國有企業(yè)、上市企業(yè)注重效益，當他們都自愿使用電動車和共享充供電網(wǎng)絡時，其示范效果將延伸至眾多誠信度較的私營企業(yè)中。

第五步：逐步推廣至長途運輸車輛和家用車輛。由于多相整流受電弓和“共享充供電接觸線網(wǎng)絡”的大規(guī)模應用，電動車的成本和銷售價格將逐步下降，商品競爭力大幅提高，也許不用到2030年，隨著新技術和能源利用水平的大幅度提高，世界將提前普及電動車。到那時，電力生產(chǎn)和投資將出現(xiàn)大幅度提高，電動車商和動力電池廠商將首先受益，然后是電力企業(yè)和銀行將大受其益，國家和人民也將生活在更加環(huán)保生態(tài)的青山綠水中。到那時，也許在能源升級過渡過程中會出現(xiàn)短期油價下滑，但是隨著人們對美好生活的向往和對石化產(chǎn)品更大幅度的需求，油價仍然將穩(wěn)步提高（當然產(chǎn)量也許會下降），所以油氣供應商也會受益（他們將不再阻擋新能源技術的廣泛應用）。