燃料电池铁道车辆的开发

燃料电池供电的铁道车辆是混合动力车辆,利用以氢为燃料的燃料电池以及储存燃料电池电能与制动时再生电能的蓄电池供电驱动。目前有欧洲的阿尔斯通公司公布了燃料电池供电车辆iLINT,美国TIG/m公司开发出搭载小功率燃料电池的有轨电车,中国青岛四方机车车辆公司及唐山轨道客车公司开发出燃料电池供电街道有轨电车等。文章介绍了燃料电池供电车辆的技术动向及待解决的课题。     

日本开发混合动力轻轨车

日本铁道综合技术研究所开发了一种混合动力轻轨车（Hi-Tram），能够在直流600V或1．5kV高架供电线路上运行，也可以用车载直流600V锂离子蓄电池提供动力运行。在转换到蓄电池供电时，列车最多可运行30km。70km／h车辆在日本札幌一段25．8km线路上的商业运营中已经成功完成了试验。     

燃料电池混合动力试验电动车的高性能化

介绍了新开发的接近于实用型的燃料电池混合动力试验电动车,以及运行试验的相关结果。阐述了通过在车辆地板下安装尺寸缩小的燃料电池和功率变换装置,确保了客室空间。增加燃料电池和蓄电池的容量,提高了其牵引性能。     

燃料电池混合动力试验动车组的开发

JR东日本铁路公司践行ESG(环境、社会、公司治理)经营理念,将能源多样化作为目标。作为实现该目标的一环就是开发配装由氢燃料电池和蓄电池供电的混合动力系统的FV-E991系燃料电池混合动力试验动车组,并进行实际验证试验。介绍了FV-E991系动车组的概况及目前的开发内容,以及今后准备进行的验证试验。     

新型城轨电车混合动力系统能量管理策略

采用燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力的无接触网城轨列车供电方式,已经逐渐发展成为有轨电车动力系统的一种理想方案。针对车载混合动力系统能量管理问题,在状态机控制策略的基础上引入功率解耦控制,由燃料电池满足低频负载功率,由辅助供电单元满足高频负载功率,通过状态机再次进行能量分配与管理。通过仿真实验,与未加功率解耦控制的状态机控制进行对比分析。仿真实验表明:控制策略可有效降低燃料电池的运行压力,并且能够充分利用辅助供电单元,减小锂电池在低荷电状态时高负载需求功率情况下的运行压力,提高了动力系统对于多变性负载和高功率负载供电的可靠性。     

氢燃料电池有轨电车结构设计及控制方法研究

设计了由燃料电池、动力电池、超级电容3个动力单元组成的氢燃料电池有轨电车混合动力系统结构,并研究了车辆驱动模式和制动模式下的控制方法。驱动模式下,基于母线电压控制方式,按照燃料电池、动力电池、超级电容的先后次序,依次切入动力单元,响应车辆驱动功率要求;制动模式下,按照超级电容、动力电池先后顺序,吸收回馈电能。解决了燃料电池与复合储能系统双模式运行条件下的动力匹配问题,使车辆达到设计的目标最高车速,并改善了经济性。通过实车测试,分析了运行工况、氢气消耗和燃料电池功率变化情况,验证了混合动力系统结构和控制方法的可行性。     

混合动力型轨道车辆的现代化驱动蓄电池系统

正尽管进行了大规模的科研工作,但是铅酸蓄电池或镍镉蓄电池(Ni-Cd)在电力或混合动力型轨道车辆上的应用,仍然未达到成熟的水平。目前已经在轨道车辆上应用的包括镍金属蓄电池(Ni-MH)或锂离子蓄电池(Li-Ionen)。所谓混合动力型轨道车辆,就是驱动装置既使用接触网(或第三轨)电能,也使用蓄电池电能,或既使用内燃机,也使用蓄电池作为动力的有轨电车,以及铁路机车车辆。对装备蓄电池的混合动力型轨道车辆的要求是:根据车辆重量和工作半径配     

燃料电池混合动力列车建模与运行控制研究

为提高燃料电池混合动力列车的燃料经济性,实现混合动力系统功率的合理分配,对以燃料电池、超级电容和动力电池为动力源的混合动力轻轨列车进行研究。通过分析混合动力系统结构,建立各动力源模型和基于列车自动运行(ATO)模式的系统仿真模型。在保证列车动力性能和燃料电池平稳运行的前提下,以合理分配功率为目标,提出一种基于10个工作模式的能量管理策略,以供能量管理系统根据需求进行选择。仿真结果表明:燃料电池在其高效运行区域内平稳工作,建立的系统模型满足列车运行仿真的需求;相比燃料电池两档式工作策略,所提出的能量管理策略耗氢量减少约17.4%;相比动力电池优先回收制动能量策略,回收的再生制动能量增加约8%。     

基于DP优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制

为了降低有轨电车用燃料电池/锂电池混合电源系统的氢气消耗、改善燃料电池功率变化速率以及避免锂电池荷电状态(state of charge,SOC)出现积累式缺电或供电过剩,文章提出了一种基于动态规划(Dynamic Programming,DP)优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制策略.基于燃料电池混合电源系统模型,建立燃料电池混合电源系统氢气消耗量与燃料电池功率变化率的目标函数,引入荷电状态惩罚函数以约束SOC始末值相等,通过DP全局优化寻找燃料电池与锂电池功率最佳分配序列,实现燃料电池混合电源系统协调控制.基于燃料电池混合电源仿真系统进行试验验证,结果表明:相较于有限状态机控制方法,燃料经济性提高了44.8％,燃料电池输出功率在20～60 kW的概率为64.16％,并且变化率明显改善,锂电池SOC始末值基本保持一致,验证了本文所提策略的有效性和优越性.     

JR东日本公司kihaE200型混合动力车辆

JR东日本公司为了降低在非电气化区间运行的内燃动车对环境的污染,开发了内燃混合动力车辆,该车辆具有内燃发动机和蓄电池组合的动力系统,验证了该车辆在运营中的环境污染、蓄电池性能和维护性能。新造了批量生产用的样板车kihaE200型混合动力车辆。     

光伏发电技术在轨道交通客车中的应用

轨道交通客车在载客运行的过程中消耗大量的电能。采用光伏发电技术后,蓄电池组将太阳能电池发出的电能存储,并随时与客车充电机进行电耦合,共同为客车供电。客车光伏电系统主要由光伏发电系统充电机、升降压斩波器、直流负载及供电控制系统组成。其中,光伏发电系统主要由光伏电池组件、发电控制器、蓄电池组及升降压斩波器组成。详细介绍了客车光伏供电系统的工作原理。     

混合动力技术进入现实世界

日本日立公司为东日本铁路公司制造的3列试验型混合动力动车已投入实际运行试验。与此同时,日立公司还与英国Network铁路及其他几家英国公司合作,对一辆经过改造的Hayabusa的混合动力动车开始进行试验。预计,采用蓄电池-柴油机混合动力技术最多可节省燃油20%,并可减少各种有害排放物达50%。文中介绍了该混合动力技术的原理、Hayabusa混合动力动车的改造和主要技术参数;另外,还对混合动力技术的发展前景进行了展望。     

燃料电池长期使用条件下的特性变化与危险性分析

燃料电池用于铁道车辆时,耐久性是十分重要的。日本铁道综合技术研究所制造了一台由100 kW级燃料电池供电的试验铁道车辆,并在试验轨道上进行长达10年的运行试验。试验结果表明,虽然燃料电池输出电压比试验初期降低了5%。但燃料电池的能量转换效率保持在50%左右。此外,对燃料电池系统的零部件可能造成的危害进行了风险评估,提出了改进措施,将此作为今后研发新燃料电池系统的设计指南。     

一种考虑能量管理的混合动力列车节能运行综合优化方法

研究一种采用接触网与车载电池的双源混合动力动车组列车,提出了一种运行控制策略与能量管理的综合优化方法。以全局等效能耗最小为目标,首先描述了混合动力列车功率流模型,列车运动学模型和车载电池模型,构建了速度曲线和能量管理综合优化模型。针对列车运行过程具有空间分段、状态量连续、约束有差异的特点,将综合优化模型转化为多阶段混合动力列车运行策略与能量管理综合优化模型,引入自适应伪谱法进行求解。最后通过一段混合供电制式线路进行仿真验证,结果表明,此算法能够根据列车运行需求和约束限制计算出列车优化速度曲线、车载电池充放电时机与电流大小,实现2种供电制式的混合运行,提高整车的电能利用效率,从而达到节能的目的。     

柴油机混合动力车辆用运转仿真器的开发

在铁道行业,以节能减排为目的,正在研发、引进柴油机混合动力车辆。在开发混合动力车辆时,必须对车辆的运行性能、节能效果、减排效果做出评价。日本铁道综合技术研究所开发了柴油机混合动力车辆用运转仿真器作为其评价方法,其基本结构     

为减少排放而设计的燃料电池机车

事实上,氢燃料电池可以提供无污染、无噪声运行。因此,伯灵顿北方圣菲铁路公司（BNSF）和车辆工程LLC公司正在带领一个团体开发氢燃料电池混合动力调车机车,以减少市郊铁路调车场的空气和噪声污染。因为燃料电池能产生大量电能,所以这种调车机车还可以用作一种移动备用电源。这种“机车-电网”能力可以为军事基地和灾难期间提供电源。     

日本开发燃料电池和蓄电池复合型电动车组

<正>日本国土交通省提供补助资金,日本铁道综合技术研究所开发了一种在非电气化铁路区段运行,替代内燃动车,采用燃料电池和蓄电池的复合型节能动车。新型试验列车已于2008年12月试制成功,车上装有功率100kW级燃料电池,解决了     

高负载运行下柴油混合动力列车用最优充放电控制方法的开发

研究了一种可延长运行高负荷柴油混合动力车辆的蓄电池寿命的最优充放电控制。通过实际列车验证,该控制方法具有良好的性能。     

氢-电混合动力机车动力蓄电池系统设计

为响应国家能源发展规划，研制700 kW氢-电混合动力机车。氢-电混合动力机车动力蓄电池系统选用钛酸锂电池。介绍动力蓄电池系统的造型和参数的确定。设计时，从监测控制及通信、短路防护、热蔓延防护、消防安全等方面遏制蓄电池热失控的发生。从电池单体、电池包和电池系统3个层级开展动力蓄电池系统试验。     

蓄电池式装载机双电机驱动系统参数匹配优化

为提高蓄电池式装载机整机能量利用率,在满足各项性能指标的基础上,以某蓄电池式装载机为研究对象,通过分析电机参数对蓄电池式装载机动力性能和经济性能的影响机理,提出用2台电机分别为蓄电池式装载机的液压系统和行走系统提供动力的双电机动力驱动方案。在兼顾蓄电池式装载机的动力性和高效性的基础上,对行走系统主要元件进行参数匹配,包括电机参数匹配、电池参数匹配等。基于拟合循环工况,从爬坡能力、加速能力以及插入堆料能力等方面考虑电机的峰值工作特性,采用概率统计法精确匹配电机额定功率和电机参数,从而满足蓄电池式装载机的动力需求,降低蓄电池式装载机的功率。构建蓄电池式装载机驱动系统优化模型,以单次循环耗电量为优化目标,基于蓄电池式装载机的驱动作业特性利用粒子群算法对蓄电池式装载机驱动电机运行工况、传动比参数进行了优化。研究结果表明：优化后整机模型单次循环能耗降低了2.7%,动力电池SOH健康状态下循环次数增加了2.7%,可为蓄电池式装载机参数匹配优化研究提供参考。