電動車補電是什么意思電動車高效能的電動車補能方案

電氣化公路能夠實現電動車在公路和街道上動態補充電能，是綜合成本低、高效能的電動車補能方案。借助電氣化公路，電動車可邊行駛、邊充電，也可在停泊狀態自動充電。

但是，為了保證電動車在電氣化公路上可靠充電，需要提高電動車受電窗口的寬度才有利于受電弓可靠跟蹤接觸網，因此積極研究電動車受電窗口在電氣化公路中的優化方案是推動電氣化公路發展的重要措施。

電動車在固定式（停泊）充電狀態下受電窗口分析

所有電動車都需充電，不論外部電源充電，還是車載油機發電充電。外部電源充電，最簡單是停泊充電，最復雜的是行駛充電（運動充電）。停泊充電目前較常見的是插入式充電槍手動對位充電，另一種則是應用受電弓和接觸線半自動充電。

1｜受電窗口和受電窗口相對寬度

使用外部電源充電要求充電頭（或受電弓）對位充電口（或接觸線）準確對位,這就涉及受電窗口問題，受電窗口的寬度決定充電頭（或受電弓）對位充電口（或接觸線）的方便快捷程度。

因此，受電窗口寬度可定義為：充電頭（弓）在有效位移區域準確對位充電座（網）的距離（長度）。

受電窗口相對寬度則定義為：受電窗口寬度與電動車可相對移動長度的比值。當受電窗口相對寬度達到100%，就意味著電動車可自動對位充電；反之，當受電窗口相對寬度低于100%，就意味著電動車需要手動干預（或通過自動化設備控制）才能實現對位充電。

由于插入式充電槍的金屬接線端子和電動車充電座插孔寬度都比較窄（0.3-1厘米)，插入式充電槍的受電窗口極窄（<1厘米），因此電動車要實現自動充電極為困難（需要極高的對位精度和控制精度），甚至對位失敗可能破壞充電設備。

2｜現有弓網供電電動車在固定充電狀態下的受電窗口分析

對于使用雙受電弓和雙接觸線供電進行固定式充電的電動車，充電窗口約等于受電滑板長度，考慮安全因素（其中：在不具備滑板換向的前提下，考慮絕緣和安全問題，雙弓之間需要有足夠安全間距，接觸線間距需大于受電滑板寬度），還需扣除安全間距。根據這個充電要求，固定式雙弓充電系統各部件具有以下關系:

接觸線間距>=受電滑板寬度+安全間距

充電窗口=單受電滑板長度-安全間距

例如，申沃電動客車在標準道路上（約375厘米）進行固定式充電，若設定其受電滑板長度為50厘米，設安全問間距10厘米（注：該系統不具備換向功能）。則：

受電窗口寬度=50厘米-10厘米=40厘米。

申沃電動客車的受電窗口是比較窄的，其受電窗口相對寬度=40/375=10.7%,因此它的受電弓對位接觸網比較困難，駕駛員必須依賴各種充電標記，準確停泊于指定位置，定點于充電區才能充電。

再如，中車智軌站區式雙弓雙線固定充電系統，若設定其受電滑板長度為80厘米，設安全間距15厘米，則其受電窗口65厘米。中車智軌的受電窗口也是比較窄的，其受電弓只能在車身橫向位移65厘米的區域內才能充電。中車智軌充電相對困難，中車智軌需要一定權限的路權才能保證受電弓可靠對位充電，因此受限于充電位較少的現實，常常會有多個智軌列車排隊充電現象。

傳統弓網供電的電動車在行駛狀態下受電窗口分析

1｜發展中的“受電弓+接觸網”充供電系統

對于有路權的有軌電車，因為鋼軌的導電和導向功能，其受電弓與接觸線可保持相對穩定的連接，并無受電窗口要求。但是，對于使用雙接觸線且無路權的電動車，受限于“滑板之間和弓網之間”的短路問題，在運動狀態下要實現受電弓與雙接觸線可靠連接是相當困難的。

為解決雙接觸線電氣化公路供電難題，經過一百年多年、特別是近十年來的努力，電氣化公路已經形成三種受電弓方案：一種是德國西門子“獨立雙弓雙線方案”，第二種是中車株洲和三一重卡的“聯動雙弓雙線方案”，第三種是獨具特色的中國方案“電子換向單弓雙線方案”。

2｜典型西門子受電弓供電方案在行駛（運動）狀態下的受電窗口分析

德國西門子“獨立雙弓雙線方案”

該方案的兩個受電弓相互獨立，兩弓之間空氣絕緣，應用視頻跟蹤、計算機等自動控制技術，可實現雙弓在運動狀態下跟蹤雙接觸線。

西門子“獨立雙弓雙線方案”無換向功能，受電弓滑板長度1米，安全間距0.4厘米，則其受電窗口寬度約為0.6米，即：1-0.4＝0.6米。

如果電動卡車行駛在標準機動車道寬3.75米的電氣化公路，其受電窗口僅占機動車道寬的16%（受電窗口相對寬度=0.8/3.75=16%）。

總體上，西門子“獨立雙弓雙線方案”是可行的，但是受電窗口太窄，因而供電可靠性極低，需輔助復雜的自動化控制系統才維持弓網穩定連接，故而技術復雜、成本太高，即便是德國這個機械電氣化和自動控制技術強國也難以控制成本，難以大眾化遍及。

聯動雙弓雙線方案

在中國新能源電動車引領世界汽車發展的大勢下，中車株洲、清華大學和三一重卡升級“德國西門子獨立雙弓雙線方案”，實現中國版的“聯動雙弓雙線方案”，該方案的特點是：雙弓之間使用聯接件將雙弓連接在一起，由于雙弓之間應用了聯接件，可避免某一接觸線可能卡在兩弓之間出現故障之類的問題，以及單弓單桿穩定性差的問題。

中車株洲“聯動雙弓雙線方案”仍然沒有滑板換向功能，設受電弓滑板長度1米，安全間距0.4米，則其受電窗口寬度約為0.6米。該電動卡車行駛在車道寬3.75米的電氣化公路上，受電窗口相對寬度=0.6/3.75=16%。

由于每一個弓上滑板長度較大約1米，聯接件約0.4米，因此接觸線間距達1.5米。如此之大的線間距導致受電窗口太窄（僅0.6米），受電弓跟蹤接觸網較為困難，必須使用多余度自動控制裝置（受電弓撐桿根部安裝十字萬向節，采取多維度控制），在水平橫向和垂直方向等多個方向上頻繁控制受電弓作復雜運動，才能保持弓網同步。

總體上，該技術方案較之西門子方案進步不大，因其線間距太大，無換向功能，弓網跟蹤困難，仍然復雜、成本太高，進展緩慢。

“電子換向單弓雙線方案”技術特點和受電分析

3.1｜ “電子換向單弓雙線方案”的技術特點

“電子換向單弓雙線方案”是獨具特色的、中國化、高性能受電弓供電方案，該方案應用電子換向、滑板復用、多相整流，每一個滑板單獨轉接一組整流器，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，迫使接觸線傳輸的電流被分離到直流母線的正負極線路上，實現移動（運動）供電。