軌道交通燃料電池.鋰電池混合動(dòng)力關(guān)鍵技術(shù)

一．研究背景二．關(guān)鍵技術(shù)三．研究成果報(bào)告提綱PART

01研究背景發(fā)展氫能已成為國(guó)家戰(zhàn)略2050年：全球氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000萬個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳，創(chuàng)造

2.5萬億美元的市場(chǎng)價(jià)值。中國(guó)氫能聯(lián)盟《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》：未來氫能在我國(guó)終端能源體系占比達(dá)

10%，與電力共同成為終端能源體系的消費(fèi)主體。氫能源首次寫入2019年《政府工作報(bào)告》——有專家認(rèn)為：氫能是人類的終極能源一、研究背景2012年2013年2014年2015年2016年電量（億千瓦時(shí)）一、研究背景氫能產(chǎn)業(yè)—?dú)涞膩碓刺烊粴庵卣⒓状剂呀狻卣茪涿旱那鍧嵗谩夯茪浠の矚饣厥绽谩獨(dú)浼案粴錃怏w電解水制氫——新能源“三棄”：棄風(fēng)、棄光、棄水2016年全國(guó)“三棄”1100億kWh，可電解制氫200萬噸，可供1000萬輛乘用車某省調(diào)水電站2012~2016年“棄水”情況150100500一、研究背景全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)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(nèi)燃機(jī)車2017年全國(guó)電氣化鐵路消

電能668.14億kWh——軌道交通是能

大戶——節(jié)能減排已成為軌道交通研究熱點(diǎn)——?dú)淙剂想姵匦履茉窜壍澜煌ㄊ怯行緩街浑娀瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)電效率高高效反應(yīng):氫氣+氧氣產(chǎn)物:水+電清潔軌道交通的理想新能源–燃料電池原理2H

2

O2

2H

2O–燃料電池特點(diǎn)一、研究背景1、氫能城際動(dòng)車組（氫軌城際動(dòng)車組）一、研究背景2、氫能城市輕軌（氫能城市動(dòng)車組）一、研究背景3、氫能源有軌電車（氫能有軌電車）針對(duì)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。一、研究背景4、氫能站場(chǎng)調(diào)車、氫能工程作業(yè)車一、研究背景010203大功率燃料電池軌道交通軌道交通燃料電池城際動(dòng)車組燃料電池城市動(dòng)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(yīng)用軍用特種電源孤島微網(wǎng)特種新能源電-氫多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)引領(lǐng)拓展探索一、研究背景PART

02關(guān)鍵技術(shù)二、關(guān)鍵技術(shù)—1、匹配與運(yùn)行模擬仿真平臺(tái)燃料電池軌道交通系統(tǒng)仿真平臺(tái)15四大目標(biāo)：(1)功率(3)壽命(2)效率(4)響應(yīng)速度影響因素：溫度分布?jí)毫Ψ植紳穸确植細(xì)怏w分布汽/液分布多物理場(chǎng)與多時(shí)空尺度耦合軌道交通車輛典型工況二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制燃料電池系統(tǒng)建模車載燃料電池系統(tǒng)建模：機(jī)理模型、辨識(shí)模型、混合模型燃料電池系統(tǒng)是一個(gè)多輸入/多輸出、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行精確建模及優(yōu)化控制，是燃料電池系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制燃料電池系統(tǒng)控制燃料電池系統(tǒng)控制二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制燃料電池系統(tǒng)控制二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制二、關(guān)鍵技術(shù)—2、FC系統(tǒng)控制燃料電池系統(tǒng)控制二、關(guān)鍵技術(shù)—3、混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略：功率跟隨、能量回饋、最優(yōu)調(diào)度基于模糊控制、功率跟隨、最小等效氫

量、有限狀態(tài)機(jī)、下垂控制、運(yùn)行狀態(tài)一致性控制、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法（DP）等算法，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)能量的合理調(diào)度和分配。二、關(guān)鍵技術(shù)—4、FC故障診斷與壽命預(yù)測(cè)燃料電池故障診斷與壽命預(yù)測(cè)二、關(guān)鍵技術(shù)—5、FCU/ECU研制FCU/ECU研制二、關(guān)鍵技術(shù)—6、混合動(dòng)力系統(tǒng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)集成二、關(guān)鍵技術(shù)—7、鈦酸鋰動(dòng)力電池技術(shù)短路穿刺過充直接空氣中拆解內(nèi)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動(dòng)力電池技術(shù)大倍率充放電長(zhǎng)壽命擱置30C充電超過50%，放電近70%5C/5C,100%DOD,32450次循環(huán),保持82%自放電小、擱置壽命長(zhǎng)高溫特性 低溫特性二、關(guān)鍵技術(shù)—7、鈦酸鋰動(dòng)力電池技術(shù)動(dòng)力電池技術(shù)

基于先進(jìn)相變材料與循環(huán)直冷的高安全、高效率、輕量化熱管理技術(shù)基于多層次拓?fù)涞臒o損、大電流主動(dòng)均衡管理技術(shù)基于大數(shù)據(jù)與人工智能的安全管理技術(shù)

基于泛在物聯(lián)網(wǎng)與深度學(xué)習(xí)的壽命管理技術(shù)PART

03研究成果三、科研成果-科研項(xiàng)目科技部國(guó)家科技支撐計(jì)劃燃料電池/超級(jí)電容混合動(dòng)力100%低地板有軌電車研制財(cái)政部、教育部國(guó)有資本經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目燃料電池混合動(dòng)力有軌電車研制國(guó)家自然科學(xué)基金基于多層次結(jié)構(gòu)化的機(jī)車用燃料電池系統(tǒng)效率多牽引工況優(yōu)化控制方法研究國(guó)家自然科學(xué)基金基于燃料電池系統(tǒng)集群的多源混合動(dòng)力系統(tǒng)效率優(yōu)化方法研究國(guó)家自然科學(xué)基金基于動(dòng)態(tài)混合度和滿意牽引條件的燃料電池/超級(jí)電容混合動(dòng)力機(jī)車能量管理瞬時(shí)優(yōu)化控制方法研究國(guó)家自然科學(xué)基金機(jī)車用多堆燃料電池系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估及故障預(yù)測(cè)研究鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目新能源混合動(dòng)力站場(chǎng)調(diào)車前期研究四川省杰出青年基金燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車能量管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究四川省國(guó)際合作項(xiàng)目質(zhì)子交換膜燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理及優(yōu)化控制技術(shù)教育部科學(xué)技術(shù)研究（重點(diǎn)）基于機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的PEMFC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型及其控制研究高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)基金基于過氧比滿意運(yùn)行區(qū)域的機(jī)車燃料電池系統(tǒng)凈輸出功率控制方法高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)基金燃料電池機(jī)車的動(dòng)態(tài)建模及優(yōu)化控制研究三、科研成果-氫燃料電池電動(dòng)機(jī)車2008年開始開展：氫燃料電池在軌道交通中的應(yīng)用（國(guó)內(nèi)最早）2013年研制成功：國(guó)內(nèi)首輛氫燃料電池電動(dòng)機(jī)車-藍(lán)天號(hào)可推廣應(yīng)用：各類工程作業(yè)車、地鐵檢修車、施工車、地鐵調(diào)車等國(guó)

內(nèi)

首

輛

氫

燃

料

電

池

電

動(dòng)

機(jī)

車

-

藍(lán)

天

號(hào)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)燃料電池類型PEMFC燃料電池功率150kW儲(chǔ)氫方式高壓氫罐儲(chǔ)氫壓力35

MPa儲(chǔ)氫容量23

kg整車重量外形尺寸45噸13.5m×2.6m×3.6m設(shè)計(jì)時(shí)速65km/h2019-4-2730華西都市報(bào)新聞新聞媒體報(bào)道科技日?qǐng)?bào)新聞四川省政府新聞報(bào)道三、科研成果-氫燃料電池電動(dòng)機(jī)車2016年4月研制成功世界首列商用型氫燃料電池混合動(dòng)力100%低地板有軌電車，已于唐山投入在軌運(yùn)行?？赏茝V應(yīng)用：城際動(dòng)車組、城市輕軌、現(xiàn)代有軌電車等。世界首列氫燃料電池混合動(dòng)力1

0

0%低地板有軌電車技術(shù)指標(biāo)參數(shù)燃料電池類型PEMFC燃料電池功率300kW儲(chǔ)氫方式高壓氫罐儲(chǔ)氫壓力35

MPa列車類型100%低地板城軌車車體長(zhǎng)度37米整車重量52噸供電電壓750VDC最高運(yùn)行速度70km/h乘客數(shù)量354人三、科研成果-氫燃料電池混合動(dòng)力有軌電車鋰電池和雙向DC/DC變換器動(dòng)車×2拖車散熱器空調(diào)系統(tǒng)儲(chǔ)氫系統(tǒng)制動(dòng)電阻單向DC/DC

變換器牽引逆變器燃料電池系統(tǒng)No.1超級(jí)電容器燃料電池系統(tǒng)No.2100%低地板有軌電車（

2動(dòng)1拖）三、科研成果-氫燃料電池混合動(dòng)力有軌電車三、科研成果-氫燃料電池混合動(dòng)力有軌電車三、科研成果-氫燃料電池混合動(dòng)力有軌電車名稱：西南交通大學(xué)軌道交通新能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室位置：成都市郫都區(qū)犀安路999號(hào)西南交通大學(xué)犀浦校區(qū)電氣館設(shè)備：價(jià)值5000余萬元，全套燃料電池系統(tǒng)（含電堆）及新能源的測(cè)試研發(fā)設(shè)備作用：進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，保持技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，促進(jìn)技術(shù)成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化功能齊全，商用研發(fā)承接活躍的大功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室三、科研成果-研發(fā)平臺(tái)

出版中文專著3部，英文專著4部（章節(jié)）序號(hào)專著名稱出版社時(shí)間1質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用科學(xué)出版社20162客運(yùn)專線牽引供電自動(dòng)化（“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書西南交通大學(xué)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-專著序號(hào)題目期刊收錄情況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發(fā)表論文（200余篇，SCI

50余篇、EI

100余篇）37三、科研成果-論文38發(fā)明專利100余項(xiàng)：授權(quán)30余項(xiàng)、申請(qǐng)60余項(xiàng)序

專利名稱

專利號(hào)

時(shí)間號(hào)1一種燃料電池有軌電車熱量綜合利用方法及其裝置ZL201410193795.22016.112一種水冷PEMFC