轨道交通燃料电池锂电池混合动力关键技术

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研究背景氢能已成为国家战略0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

万亿美元的市场价值。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,与电力共同成为终端能源体系的消费主体。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

发展u

2052.5u

中国10%u

氢能一、研究背景

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1000万辆乘用车一、研究背景氢能产业—氢的来源某省调水电站2012~2016年“弃水”情况150

2012年

2013年

2014年

2015年

2016年100500电量（亿千瓦时）——轨道交通是能耗大户——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

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耗电能668.14亿kWh一、研究背景一、研究背景–燃料电池原理2H2

+

O2

→

2H2

O–燃料电池特点1.

反应:

氢气+氧气2.

产物:

水+电1.

电化学反应2.

发电效率高轨道交通的理想新能源高

效清

洁口时速140-160km/h

口运量1000-1500人

市域交通、市郊交通

卫星城市

中等距离1、氢能城际动车组（氢轨城际动车组）一、研究背景口时速120km/h口运量400-800人

专有路权城市轻轨2、氢能城市轻轨（氢能城市动车组）一、研究背景口时速70km/h口运量400人左右市内有轨电车

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。3、氢能源有轨电车（氢能有轨电车）一、研究背景口时速60-120km/h。额定功率300-2000kw。牵引列车重量:

5000吨站场调车、工程作业车4、氢能站场调车、氢能工程作业车一、研究背景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探索拓展引领010203大功率燃料电池

轨道交通一、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四大目标：(1)功率

(2)效率(3)寿命

(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/液分布二、关键技术—2、

FC系统控制多物

理场

与多

时空

尺度

耦合轨道交通车辆典型工况

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。燃料电池系统建模n车载燃料电池系统建模：机理模型、辨识模型、混合模型二、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—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n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、

最小等效氢耗量、

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。混合动力系统能量管理二、关键技术—3、

混合动力系统能量管理二、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F

C

U

/

E

C

U研

制二、关键技术—6、

混合动力系统集成混合动力系统集成高温特性

低温特性大倍率

长寿命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二、关键技术—7、

钛酸锂动力电池技术动力电池技术四川国创成电池材料有限公司PART

03研究成果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-科研项目燃料电池类型储氢方式

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、地铁调车等参数PEMFC150

kW高压氢罐35MPa23

kg45吨13.5m×2.

6m×3.6m65

km/h国

内首

辆

氢

燃

料

电

池

电

动

机

车

-蓝天

号三、科研成果-氢燃料电池电动机车技术指标外形尺寸储氢容量燃料电池功率储氢压力设计时速整车重量三、科研成果-氢燃料电池电动机车华西都市报新闻2019-4-27新闻媒体报道四川省政府新闻报道科技日报新闻30世

界

首

列

氢

燃

料

电

池

混

合

动

力

1

0

0%

低

地

板

有

轨

电

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。参数PEMFC300

kW高压氢罐35MPa100%低地

板城轨车37米52吨750VDC70km/h354人三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车技术指标列车类型乘客数量燃料电池类型最高运行速度储氢方式燃料电池功率储氢压力供电电压车体长度整车重量制动电阻

牵引逆变器

锂电池

超级电容器和双向DC/DC单向DC/DC

变换器

燃料电池系统

散热器

变换器

燃料电池系统No.1

No.2调系统

储氢系统三、科研成果-氢燃料电池混合动力有轨电车100%低地板有轨电车（

2动1拖）2拖车三、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位置：

成都市郫都区犀安路999号西设备：

价值5000余万元

，全套燃料作用：

进行技术研发

，保持技术的持技术实验室南交通大学犀浦校区电气馆电池系统（含电堆）

及新能源的测试研发设备续创新

，促进技术成果向产业转化l

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-研发平台序号时间1质子交换膜燃料电池系统发电技术及其应用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

版社20103Two

Population-Based

HeuristicSeAlgorithmsandTheirApplicationsSearchAlgorithmsandApplicationInTec20114UrbanTransportSystems

-Chapter

DesignofEnergy

ManagementSystemofa

PEMFC-BatterySupercapacitorHybridTramwayInTech2016n

出版中文专著3部

，英文专著4部（章节）三、科研成果-专著专著名称科学出版社出版社PowerManagementStrategybased

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