軌道交通燃料電池鋰電池混合動力關鍵技術一．研究背景二．關鍵技術三．研究成果報告提綱PART

01研究背景氫能已成為國家戰略0年：全球氫能產業將創造3000萬個工作崗位

，減少60億噸二氧化碳

，創造

萬億美元的市場價值。氫能聯盟《中國氫能產業研究報告》

：未來氫能在我國終端能源體系占比達,與電力共同成為終端能源體系的消費主體。源首次寫入2019年《政府工作報告》有專家認為：氫能是人類的終極能源

發展u

2052.5u

中國10%u

氫能一、研究背景

天然氣重整、

甲醇裂解——重整制氫

煤的清潔利用——煤化制氫

化工尾氣回收利用——氫及富氫氣體

電解水制氫——新能源“三棄”

：棄風、棄光、棄水2016年全國“三棄

”1100億kWh，可電解制氫

200萬噸，可供1000萬輛乘用車一、研究背景氫能產業—氫的來源某省調水電站2012~2016年“棄水”情況150

2012年

2013年

2014年

2015年

2016年100500電量（億千瓦時）——軌道交通是能耗大戶——節能減排已成為軌道交通研究熱點——氫燃料電池新能源軌道交通是有效途徑之一

全國鐵路營業里程達到13.1萬公里以上

，高鐵總里程占世界2/3

鐵路電氣化率68%

，仍有30%采用內燃機車

2017年全國電氣化鐵路消耗電能668.14億kWh一、研究背景一、研究背景–燃料電池原理2H2

+

O2

→

2H2

O–燃料電池特點1.

反應:

氫氣+氧氣2.

產物:

水+電1.

電化學反應2.

發電效率高軌道交通的理想新能源高

效清

潔口時速140-160km/h

口運量1000-1500人

市域交通、市郊交通

衛星城市

中等距離1、氫能城際動車組（氫軌城際動車組）一、研究背景口時速120km/h口運量400-800人

專有路權城市輕軌2、氫能城市輕軌（氫能城市動車組）一、研究背景口時速70km/h口運量400人左右市內有軌電車

針對不同的距離、客流量和城市情況，提供不同的氫能軌道交通方案。3、氫能源有軌電車（氫能有軌電車）一、研究背景口時速60-120km/h。額定功率300-2000kw。牽引列車重量:

5000噸站場調車、工程作業車4、氫能站場調車、氫能工程作業車一、研究背景軌道交通燃料電池城際動車組燃料電池城市動車組燃料電池有軌電車公路交通高端物流車城市公交車城市大巴車特種貨車特種應用軍用特種電源孤島微網特種新能源電-氫多能互補微電網系統探索拓展引領010203大功率燃料電池

軌道交通一、研究背景PART

02關鍵技術二、關鍵技術—1、

匹配與運行模擬仿真平臺燃料電池軌道交通系統仿真平臺四大目標：(1)功率

(2)效率(3)壽命

(4)響應速度影響因素：溫度分布壓力分布濕度分布氣體分布汽/液分布二、關鍵技術—2、

FC系統控制多物

理場

與多

時空

尺度

耦合軌道交通車輛典型工況

燃料電池系統是一個多輸入/多輸出、強耦合的復雜系統

，對其進行精確建模及優化控制

，是燃料電池系統研究的熱點和難點。燃料電池系統建模n車載燃料電池系統建模：機理模型、辨識模型、混合模型二、關鍵技術—2、

FC系統控制二、關鍵技術—2、

FC系統控制燃料電池系統控制二、關鍵技術—2、

FC系統控制燃料電池系統控制二、關鍵技術—2、

FC系統控制燃料電池系統控制二、關鍵技術—2、

FC系統控制燃料電池系統控制n混合動力系統能量管理策略：功率跟隨、能量回饋、最優調度

基于模糊控制、

功率跟隨、

最小等效氫耗量、

有限狀態機、

下垂控制、

運行狀態一致性控制、

動態規劃法（

DP）

等算

法

，

實現混合動力系統能量的合理調度和分配。混合動力系統能量管理二、關鍵技術—3、

混合動力系統能量管理二、關鍵技術—4、

FC故障診斷與壽命預測燃料電池故障診斷與壽命預測二、關鍵技術—5、

FCU/ECU研制F

C

U

/

E

C

U研

制二、關鍵技術—6、

混合動力系統集成混合動力系統集成高溫特性

低溫特性大倍率

長壽命大倍率充放電長壽命擱置30C充電超過50%，放電近70%5C/5C,

100%DOD,32450次循環,保持82%自放電小、擱置壽命長短路

穿刺

過充

直接空氣中拆解內阻急劇增大，溫升僅80多度電壓無變化，溫升小，正常放電無安全隱患溫升小二、關鍵技術—7、

鈦酸鋰動力電池技術動力電池技術

基于先進相變材料與循環直冷的高安全、

高效率、

輕量化熱管理技術

基于多層次拓撲的無損、

大電流主動均衡管理技術

基于大數據與人工智能的安全管理技術

基于泛在物聯網與深度學習的壽命管理技術二、關鍵技術—7、

鈦酸鋰動力電池技術動力電池技術四川國創成電池材料有限公司PART

03研究成果科技部國家科技支撐計劃燃料電池/超級電容混合動力100%低地板有軌電車研制財政部、教育部國有資本經營項目燃料電池混合動力有軌電車研制國家自然科學基金基于多層次結構化的機車用燃料電池系統效率多牽引工況優化控制方

法研究國家自然科學基金基于燃料電池系統集群的多源混合動力系統效率優化方法研究國家自然科學基金基于動態混合度和滿意牽引條件的燃料電池/超級電容混合動力機車能

量管理瞬時優化控制方法研究國家自然科學基金機車用多堆燃料電池系統健康狀態評估及故障預測研究鐵道部科技研究開發計劃重點項目新能源混合動力站場調車前期研究四川省杰出青年基金燃料電池混合動力機車能量管理系統關鍵技術研究四川省國際合作項目質子交換膜燃料電池混合動力系統能量管理及優化控制技術教育部科學技術研究（重點）基于機理分析與實驗測試的PEMFC系統動態模型及其控制研究高等學校博士學科點專項基金基于過氧比滿意運行區域的機車燃料電池系統凈輸出功率控制方法高等學校博士學科點專項基金燃料電池機車的動態建模及優化控制研究三、科研成果-科研項目燃料電池類型儲氫方式

2008年開始開展：氫燃料電池在軌道交通中的應用（國內最早）

2013年研制成功：

國內首輛氫燃料電池電動機車-藍天號

可推廣應用：各類工程作業車、地鐵檢修車、施工車、地鐵調車等參數PEMFC150

kW高壓氫罐35MPa23

kg45噸13.5m×2.

6m×3.6m65

km/h國

內首

輛

氫

燃

料

電

池

電

動

機

車

-藍天

號三、科研成果-氫燃料電池電動機車技術指標外形尺寸儲氫容量燃料電池功率儲氫壓力設計時速整車重量三、科研成果-氫燃料電池電動機車華西都市報新聞2019-4-27新聞媒體報道四川省政府新聞報道科技日報新聞30世

界

首

列

氫

燃

料

電

池

混

合

動

力

1

0

0%

低

地

板

有

軌

電

車

2016年4月研制成功世界首列商用型氫燃料電池混合動力100%低地板

有軌電車

，

已于唐山投入在軌運行。

可推廣應用：城際動車組、城市輕軌、現代有軌電車等。參數PEMFC300

kW高壓氫罐35MPa100%低地

板城軌車37米52噸750VDC70km/h354人三、科研成果-氫燃料電池混合動力有軌電車技術指標列車類型乘客數量燃料電池類型最高運行速度儲氫方式燃料電池功率儲氫壓力供電電壓車體長度整車重量制動電阻

牽引逆變器

鋰電池

超級電容器和雙向DC/DC單向DC/DC

變換器

燃料電池系統

散熱器

變換器

燃料電池系統No.1

No.2調系統

儲氫系統三、科研成果-氫燃料電池混合動力有軌電車100%低地板有軌電車（

2動1拖）2拖車三、科研成果-氫燃料電池混合動力有軌電車三、科研成果-氫燃料電池混合動力有軌電車名稱：

西南交通大學軌道交通新能源位置：

成都市郫都區犀安路999號西設備：

價值5000余萬元

，全套燃料作用：

進行技術研發

，保持技術的持技術實驗室南交通大學犀浦校區電氣館電池系統（含電堆）

及新能源的測試研發設備續創新

，促進技術成果向產業轉化l

功能齊全，商用研發承接活躍的大功率燃料電池動力系統實驗室三、科研成果-研發平臺序號時間1質子交換膜燃料電池系統發電技術及其應用20162客運專線牽引供電自動化（

“十一五

”國家重點圖書）西南交通大學

版社20103Two

Population-Based

HeuristicSeAlgorithmsandTheirApplicationsSearchAlgorithmsandApplicationInTec20114UrbanTransportSystems

-Chapter

DesignofEnergy

ManagementSystemofa

PEMFC-BatterySupercapacitorHybridTramwayInTech2016n

出版中文專著3部

，英文專著4部（章節）三、科研成果-專著專著名稱科學出版社出版社PowerManagementStrategybased

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