轨道交通燃料电池.锂电池混合动力关键技术

一．研究背景二．关键技术三．研究成果报告提纲PART

01研究背景发展氢能已成为国家战略2050年：全球氢能产业将创造3000万个工作岗位，减少60亿吨二氧化碳，创造

2.5万亿美元的市场价值。中国氢能联盟《中国氢能产业研究报告》：未来氢能在我国终端能源体系占比达

10%，与电力共同成为终端能源体系的消费主体。氢能源首次写入2019年《政府工作报告》——有专家认为：氢能是人类的终极能源一、研究背景2012年2013年2014年2015年2016年电量（亿千瓦时）一、研究背景氢能产业—氢的来源天然气重整、甲醇裂解——重整制氢煤的清洁利用——煤化制氢化工尾气回收利用——氢及富氢气体电解水制氢——新能源“三弃”：弃风、弃光、弃水2016年全国“三弃”1100亿kWh，可电解制氢200万吨，可供1000万辆乘用车某省调水电站2012~2016年“弃水”情况150100500一、研究背景全国铁路营业里程达到13.1万公里以上，高铁总里程占世界2/3铁路电气化率68%，仍有30%采用内燃机车2017年全国电气化铁路消

电能668.14亿kWh——轨道交通是能

大户——节能减排已成为轨道交通研究热点——氢燃料电池新能源轨道交通是有效途径之一电化学反应发电效率高高效反应:氢气+氧气产物:水+电清洁轨道交通的理想新能源–燃料电池原理2H

2

O2

2H

2O–燃料电池特点一、研究背景1、氢能城际动车组（氢轨城际动车组）一、研究背景2、氢能城市轻轨（氢能城市动车组）一、研究背景3、氢能源有轨电车（氢能有轨电车）针对不同的距离、客流量和城市情况，提供不同的氢能轨道交通方案。一、研究背景4、氢能站场调车、氢能工程作业车一、研究背景010203大功率燃料电池轨道交通轨道交通燃料电池城际动车组燃料电池城市动车组燃料电池有轨电车公路交通高端物流车城市公交车城市大巴车特种货车特种应用军用特种电源孤岛微网特种新能源电-氢多能互补微电网系统引领拓展探索一、研究背景PART

02关键技术二、关键技术—1、匹配与运行模拟仿真平台燃料电池轨道交通系统仿真平台15四大目标：(1)功率(3)寿命(2)效率(4)响应速度影响因素：温度分布压力分布湿度分布气体分布汽/液分布多物理场与多时空尺度耦合轨道交通车辆典型工况二、关键技术—2、FC系统控制二、关键技术—2、FC系统控制燃料电池系统建模车载燃料电池系统建模：机理模型、辨识模型、混合模型燃料电池系统是一个多输入/多输出、强耦合的复杂系统，对其进行精确建模及优化控制，是燃料电池系统研究的热点和难点。二、关键技术—2、FC系统控制燃料电池系统控制燃料电池系统控制二、关键技术—2、FC系统控制燃料电池系统控制二、关键技术—2、FC系统控制二、关键技术—2、FC系统控制燃料电池系统控制二、关键技术—3、混合动力系统能量管理混合动力系统能量管理混合动力系统能量管理策略：功率跟随、能量回馈、最优调度基于模糊控制、功率跟随、最小等效氢

量、有限状态机、下垂控制、运行状态一致性控制、动态规划法（DP）等算法，实现混合动力系统能量的合理调度和分配。二、关键技术—4、FC故障诊断与寿命预测燃料电池故障诊断与寿命预测二、关键技术—5、FCU/ECU研制FCU/ECU研制二、关键技术—6、混合动力系统集成混合动力系统集成二、关键技术—7、钛酸锂动力电池技术短路穿刺过充直接空气中拆解内阻急剧增大，温升仅80多度电压无变化，温升小，正常放电无安全隐患温升小动力电池技术大倍率充放电长寿命搁置30C充电超过50%，放电近70%5C/5C,100%DOD,32450次循环,保持82%自放电小、搁置寿命长高温特性 低温特性二、关键技术—7、钛酸锂动力电池技术动力电池技术

基于先进相变材料与循环直冷的高安全、高效率、轻量化热管理技术基于多层次拓扑的无损、大电流主动均衡管理技术基于大数据与人工智能的安全管理技术

基于泛在物联网与深度学习的寿命管理技术PART

03研究成果三、科研成果-科研项目科技部国家科技支撑计划燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车研制财政部、教育部国有资本经营项目燃料电池混合动力有轨电车研制国家自然科学基金基于多层次结构化的机车用燃料电池系统效率多牵引工况优化控制方法研究国家自然科学基金基于燃料电池系统集群的多源混合动力系统效率优化方法研究国家自然科学基金基于动态混合度和满意牵引条件的燃料电池/超级电容混合动力机车能量管理瞬时优化控制方法研究国家自然科学基金机车用多堆燃料电池系统健康状态评估及故障预测研究铁道部科技研究开发计划重点项目新能源混合动力站场调车前期研究四川省杰出青年基金燃料电池混合动力机车能量管理系统关键技术研究四川省国际合作项目质子交换膜燃料电池混合动力系统能量管理及优化控制技术教育部科学技术研究（重点）基于机理分析与实验测试的PEMFC系统动态模型及其控制研究高等学校博士学科点专项基金基于过氧比满意运行区域的机车燃料电池系统净输出功率控制方法高等学校博士学科点专项基金燃料电池机车的动态建模及优化控制研究三、科研成果-氢燃料电池电动机车2008年开始开展：氢燃料电池在轨道交通中的应用（国内最早）2013年研制成功：国内首辆氢燃料电池电动机车-蓝天号可推广应用：各类工程作业车、地铁检修车、施工车、地铁调车等国

内

首

辆

氢

燃

料

电

池

电

动

机

车

-

蓝

天

号技术指标参数燃料电池类型PEMFC燃料电池功率150kW储氢方式高压氢罐储氢压力35

MPa储氢容量23

kg整车重量外形尺寸45吨13.5m×2.6m×3.6m设计时速65km/h2019-4-2730华西都市报新闻新闻媒体报道科技日报新闻四川省政府新闻报道三、科研成果-氢燃料电池电动机车2016年4月研制成功世界首列商用型氢燃料电池混合动力100%低地板有轨电车，已于唐山投入在轨运行。可推广应用：城际动车组、城市轻轨、现代有轨电车等。世界首列氢燃料电池混合动力1

0

0%低地板有轨电车技术指标参数燃料电池类型PEMFC燃料电池功率300kW储氢方式高压氢罐储氢压力35

MPa列车类型100%低地板城轨车车体长度37米整车重量52吨供电电压750VDC最高运行速度70km/h乘客数量354人三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车锂电池和双向DC/DC变换器动车×2拖车散热器空调系统储氢系统制动电阻单向DC/DC

变换器牵引逆变器燃料电池系统No.1超级电容器燃料电池系统No.2100%低地板有轨电车（

2动1拖）三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车名称：西南交通大学轨道交通新能源技术实验室位置：成都市郫都区犀安路999号西南交通大学犀浦校区电气馆设备：价值5000余万元，全套燃料电池系统（含电堆）及新能源的测试研发设备作用：进行技术研发，保持技术的持续创新，促进技术成果向产业转化功能齐全，商用研发承接活跃的大功率燃料电池动力系统实验室三、科研成果-研发平台

出版中文专著3部，英文专著4部（章节）序号专著名称出版社时间1质子交换膜燃料电池系统发电技术及其应用科学出版社20162客运专线牵引供电自动化（“十一五”国家重点图书西南交通大学出版社20103Two

Population-Based

Heuristic

SearchAlgorithms

and

Their

Applications

–

Chapter:Search

Algorithms

and

ApplicationsInTech20114Urban

Transport

Systems

-

Chapter:

Design

ofEnergy

Management

System

of

a

PEMFC-Battery-Supercapacitor

Hybrid

TramwayInTech2016三、科研成果-专著序号题目期刊收录情况1Power

Management

Strategy

based

on

anAdaptive

Droop

Control

for

a

Fuel

Cell-Battery-Supercapacitor

Hybrid

TramwayIEEE

Transactions

onVehicular

TechnologySCI,

IF:

4.0662Multi-source

Coordination

EnergyManagement

Strategy

based

on

SOCconsensus

for

aPEMFC-Battery-Supercapacitor

Hybrid

TramwayIEEE

Transactions

onVehicular

TechnologySCI,

IF:

4.0663Parameter

identification

for

PEM

Fuel

CellMechanism

Model

Based

on

EffectiveInformed

Adaptive

Particle

SwarmOptimizationIEEE

Transactions

onElectronicsSCI,

IF:

7.1684Net

Power

Control

based

on

Linear

MatriInequality

for

Proton

Exchange

MembraFuel

Cell

systemsactions

ononversionSCI,

IF:

3.8085Development

of

Energy

Management

Sybased

on

a

Power

Sharing

Strategy

for

aCell-Battery-Supercapacitor

Hybrid

TramPowerSCI,

IF:

6.3956Industrialxne

IEEE

TranEnergy

CstemFuel

Journal

ofway

SourcesuelControl

of

proton

exchange

membrane

fcell

system

breathing

based

on

maximumnetpower

control

strategyJournal

ofPowerSourcesSCI,

IF:

6.395发表论文（200余篇，SCI

50余篇、EI

100余篇）37三、科研成果-论文38发明专利100余项：授权30余项、申请60余项序

专利名称

专利号

时间号1一种燃料电池有轨电车热量综合利用方法及其装置ZL201410193795.22016.112一种水冷PEMFC