电池电力驱动的列车行驶在铁轨上

2023 年 10 月下旬，运输解决方案提供商 Wabtec 及其首批客户、总部位于澳大利亚的铁矿石开采公司 Roy Hill 共同庆祝了 FLXdrive 机车的首次亮相——这是一款生产型机车，Wabtec 将其描述为“世界上第一台 100% 电池驱动的干线重型机车”。

此次发布是十多年研发的结晶，而这项研发始于电池技术和能量密度远不如现在成熟的时代。Wabtec货运设备总裁罗杰里奥·门多萨将公司最早的项目称为“与其说是一个完整的产品，不如说是一个科学试点项目”。

FLXdrive 系统在 2021 年真正走上正轨，当时与 BNSF 合作开发的一台试点机车运行里程超过 13,000 英里。“从很多方面来看，这都是一次非常非常成功的试点，”门多萨说道。“这台机车内置约 2.4 兆瓦时的电力。这实际上是我们首次在货运铁路上实际运行一台真正的重载全尺寸电池电力机车……”

“那时我们意识到，我们可能已经准备好推出基于电池技术的大规模商业产品了。”

可扩展解决方案

Wabtec与包括Roy Hill在内的多家客户合作，共同开发FLXdrive重载机车。这些合作关系，以及电池技术的飞速发展，对电池封装方式、车载最佳功率、安全系统等诸多方面都产生了影响。

因此，量产型机车虽然在外观上与试制机车相似，但与试制机车却相去甚远。“（2021年），我们当时使用的是2.4兆瓦时的机车，而我们交付给罗伊山的这台机车功率达到了7兆瓦时。所以，（它的）物理结构相同，机车尺寸也相同，但技术……使我们能够达到更高的功率密度，而功率密度是关键因素之一，”门多萨说道。

FLXdrive 机车采用模块化和可扩展的电池架构，旨在集成到多种轨道车辆和环境中，包括重载机车、调车机车、区域机车、通勤机车、混合动力机车和特种机车。最大电池容量从 1.5 兆瓦时到 8.5 兆瓦时不等，具体取决于配置和应用。

门多萨表示，重载版机车以柴油电力机车为基础，但用液冷式锂离子电池组取代了柴油发动机。整套电池组可提供所需的功率——以罗伊·希尔公司计划在西澳大利亚矿业密集型皮尔巴拉地区使用的机车为例，总共使用了72个电池组。

门多萨表示：“这组电池是一个复杂的系统，不仅包含电池单元，还包括所有相关的安全和控制系统，例如专有的热管理系统。当我们把这么多电池组装在一起时，我们希望确保以安全可靠的方式进行操作。这就需要一系列的配件和系统来冷却、管理电池，并确保整个系统稳定运行。”

FLXdrive重载机车虽然可以独立运行，但其设计初衷是用于混合动力编组——例如，在三台机车组成的“机车链”中，替换其中一台柴油电力机车。Wabtec的能量管理系统用于优化该编组的能量利用。

“例如，它可以决定何时使用电池，何时给电池充电，以及两台柴油发动机和一台纯电池驱动的机车之间的最佳运行模式，”门多萨解释说。“我认为这项技术最吸引人的地方之一在于它能够管理整个列车组的能量分配，这不仅有利于燃料优化，还能减少排放。”

下坡冲刺

FLXdrive 列车支持静态充电和可选的直流快速充电（使用固定式受电弓），未来计划推出可选的移动充电功能。重型 FLXdrive 列车还具备“运行中”再生制动充电功能。

门多萨评论道：“我认为，这项功能是该机车在减少排放和节省燃料方面最相关的方面之一，并且通过很大程度上消除静态充电的需求，简化了整个操作。” 他还表示：“这取决于应用场景，因为地形很大程度上决定了这些机车为电池充电的能力。”

“我们有些客户在矿区运营，通常情况下，列车要从山顶的矿井开往港口……在这样的地方，这些机车很多时候仅靠制动系统就能充电。因此，在混合动力列车编组中，或许可以实现完全无需外部充电。这些电池电力机车可以在整个运输路线上自行充电。”

此外，该电池系统还集成了FLX Optimizer，这是一种基于Wabtec柴油机车行程优化器（Trip…