核心技术源自西南交大丨世界首列氢燃料混合动力有轨电车研制成功
在西南交通大学即将迎来建校120周年华诞之际，4月27日，由西南交通大学作为项目主持单位承担的国家“十二五”科技支撑计划项目“燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车研制”取得重要成果。
历时两年多，项目研制的世界首列氢燃料混合动力有轨电车在中国中车唐山公司正式下线！首次突破燃料电池/超级电容混合动力有轨电车牵引和控制的一系列关键技术，在全球首次采用氢燃料电池/超级电容混合动力系统牵引驱动，真正实现二氧化碳与污染物“零排放”。
智能监控与新能源应用研究室的学术带头人，该研究室隶属于国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心和西南交通大学电气工程学院，现有教授1人、研究员1人，副教授2人，讲师2人，博士研究生7名，硕士研究生48名。
2013年，西南交通大学联合中车唐山公司提出的“燃料电池/超级电容混合动力100%低地板有轨电车研制项目”获得科技部国家科技支撑计划项目支持，西南交通大学负责燃料电池混合动力系统研制，中车唐山公司负责整车研制与生产。
历经两年攻关，首次掌握并突破了燃料电池/超级电容混合动力有轨电车牵引和控制的一系列关键技术，在全球首次采用氢燃料电池/超级电容混合动力系统牵引驱动，填补了该领域的空白，真正实现了二氧化碳与污染物的“零排放”。
在燃料电池/超级电容混合动力有轨电车开发过程中，按照商用型接触网有轨电车技术要求，西南交通大学与中车唐山公司联合开展了燃料电池混合动力有轨电车顶层设计。西南交通大学完成了燃料电池发电系统、动力电池/超级电容储能系统、电力变换系统、混合动力能量管理系统的整体设计与运行调试，完全掌握了燃料电池效率优化控制、多源混合动力系统能量管理、燃料电池集群协调控制等核心技术，申报中国发明专利20余项，发表高水平学术论文40余篇。
其中多源混合动力能量管理技术与燃料电池集群效率优化控制技术等为国际首创技术，代表了轨道交通中燃料电池混合动力技术国际最高水平。
燃料电池混合动力有轨电车实现了全线无牵引供电运营，不影响城市景观、建设工期短、无污染、零排放，可节省有轨电车线路建设初期成本。燃料电池混合动力有轨电车系统，具有经济可靠、维护费用低等特点，兼备城市观光功能，非常适合超大型城市轨道交通联络线与大中型城市干线交通，将为人们的绿色、舒适出行提供一个新的交通方式，具有十分广阔的发展前景。
西南交通大学电气工程学院新能源技术与应用团队
陈维荣
教授，博士生导师。西南交通大学电气工程学院院长、国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心常务副主任，国务院政府特殊津贴、茅以升铁道科技奖获得者，四川省学术和技术带头人、四川省教学名师、IET Fellow、中国能源学会常务理事、四川省电机工程学会副理事长、四川省铁道学会电气化专委会主任委员， 《电力系统及其自动化学报》编委、《现代电力》编委。长期从事铁道电气化与自动化、智能信息处理、群体优化算法、新能源技术与应用等领域的科研和教学工作，研究成果获国家科学技术进步二等奖2项、省部级科技进步奖9项。
刘志祥
研究员，硕士生导师。西南交通大学新能源应用研究所所长，四川省“千人计划”特聘教授，西南交通大学引进人才。主要从事燃料电池材料及发电技术、燃料电池混合动力技术、新能源发电储能及转换技术等领域的教学和研究工作。
戴朝华
副教授，硕士生导师。四川省学术和技术带头人后备人选，四川省优秀博士学位论文获得者，西南交通大学引进人才。长期从事电力系统及其自动化、新能源技术、智能优化算法等领域的研究和教学工作。
李奇
副教授，博士生导师。四川省学术和技术带头人后备人选、四川省优秀博士学位论文获得者、四川省杰出青年基金获得者、西南交通大学引进人才、西南交通大学首届“雏鹰学者”计划入选者，IEEE高级会员、中国能源学会委员。主要从事微电网运行与控制、新能源发电系统优化与控制、燃料电池混合动力机车系统能量管理、电力系统稳定与控制等领域的科研工作。
张雪霞
讲师，硕士生导师。主要从事电力系统优化运行、燃料电池技术及应用等领域的科研、教学工作。主持、主研国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划项目、四川省科技计划项目等10余项，已发表20余篇学术论文，其中被SCI、EI收录10余篇。
郭爱
讲师，硕士生导师。主讲电路分析、信号与系统课程。主要从事车载大功率燃料电池建模与控制、混合动力系统能量管理领域的研究工作。参与国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金等科研项目。
氢燃料
是全球新型清洁能源开发利用的主流方向之一。氢燃料电池通过氢与氧的直接电化学反应发电，是电解水的逆过程，发电后的反应终产物只有水和余热，环境友好。
▲氢燃料电池技术原理图
以氢燃料电池为动力的城市轨道交通车辆，以其特有的零排放、无污染、低噪声、能源可再生、转化效率高等优势成为新时代城市交通发展的亮点，不仅解决了常规有轨电车需架设接触网、普通储能式有轨电车续航里程短等“瓶颈”问题，而且车载氢燃料电池能量密度高，整个反应过程最高温度不超过100℃，不产生氮氧化合物，惟一产物是水，做到最极致的“无污染、零排放”环保标准，体现了科技与创新的高度统一。
在燃料电池/超级电容混合动力有轨电车的联合开发过程中，中车唐山公司与西南交通大学按照实用型接触网有轨电车要求，对动力系统和整车进行了全新设计，动力、储能、制动、轮轴、风挡铰接等大部分设备和车体均为国产，完全掌握了燃料电池控制、多源燃料电池混合动力系统能量管理、牵引网络控制等核心技术。
首创了动力电池箱综合冷却、燃料电池系统余热利用等国际领先技术，完全满足轴重、加速度、平稳度、最高速度、载客量等指标。燃料电池有轨电车采用防爆型储氢装置、泄露传感器、温度控制器和泄露释放阀，设有智能检测系统进行两级保护。在车辆控制、节能和安全技术等方面达到世界最高水平，已申报中国发明专利50余项。
燃料电池混合动力有轨电车采用2动1拖３辆编组，设乘客座位66个，残疾人轮椅区2个，最大载客量336人，可根据用户需求灵活调整编组和载客量。车辆采用世界最先进的100%低地板技术，车厢地板距轨面高度仅0.35米，无需站台，乘客抬脚即可轻松搭乘。车辆曲线通过能力强，最小转弯半径仅19米，可沿现有城市道路直接铺设轨道，在地面行驶和停靠。车辆设置有无线wifi网络系统，方便乘客了解出行信息或者提供互联网接入服务。车辆配置的无线数据传输系统，可以实现列车网络控制系统和地面服务器之间无线数据上传和下载，便于进行车辆状态监控和维护。
这列商用型有轨电车采用多套燃料电池、多套储能系统设计，动力系统冗余度高，启动加速快，安全可靠。一次快速加氢只需15分钟，可持续行驶40公里以上，最高运行时速70公里。车辆利用超级电容的大功率充放电特性，配合燃料电池起动加速，由高储能密度的燃料电池作为牵引电源，可以最高时速持续运行。车辆制动、停站时，由燃料电池和制动能量回收系统为超级电容和蓄电池充电，制动能量回收率可达30%以上。车辆入库时，由蓄电池提供车辆控制、照明和通讯所需电能。
燃料电池混合动力有轨电车全线无接触网运营，不影响城市景观，也无需沿途设置充电站，工期短、无污染、零排放，线路整体建设成本比第三轨和储能式有轨电车节省3000万元/公里以上。这种有轨电车交通系统，具有经济可靠、维护费用低等特点，优于现有的快速公交系统，兼备城市观光功能，是未来城市轨道交通的新选择。
来源：西南交大电气工程学院 中国中车 中新网
本期编辑：交大新媒体中心 朱莹燕
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